一种变压器油箱铜板焊接方法与流程

本发明涉及钢材与铜材焊接的方法，特别涉及一种变压器油箱铜板的焊接方法。

背景技术：

变压器油箱为箱式结构，箱体部分由箱底、箱壁、箱盖构成，如图1所示，材质一般为碳钢板和低磁板。变压器及油箱在运行过程中，油箱内部将产生磁场，为此，一般在油箱箱壁、箱盖处装焊铜板以屏蔽磁场，如图2所示。

然而，铜板与铜板间焊接，铜板与箱体焊接是一项技术难题：首先，从焊接方法的选择上，在结构件制造单位中，常用的焊接方法有焊条电弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊，其中，使用焊条电弧焊进行铜板焊接，将容易产生气孔、裂纹等缺陷，焊缝成形较差，且操作难度大，使用钨极气体保护焊，由于钨极气体保护焊一般电流较低、电弧电压低，因此对于铜板焊接，难以形成熔池，此外，采用钨极气体保护焊对于结构件产品生产效率低下。

因此，亟需开发一种操作简便、焊接变形小的变压器油箱铜板焊接方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：使用氩气和氦气的混合气作为保护气，使用熔化极气体保护焊对铜板和钢制油箱进行焊接，不需要对铜板或者钢制油箱进行预热，可便利地执行焊接操作，并且焊缝质量好，产品变形量小，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种变压器油箱铜板焊接方法，其特征在于，该方法使用氩气和氦气的混合气作为保护气，使用熔化极气体保护焊对铜板和钢制油箱进行焊接，优选地，基于氩气与氦气的总体积，其中氩气体积分数为20％～40％。

附图说明

图1示出变压器油箱的外部结构示意图；

图2示出变压器油箱内部结构示意图；

图3示出角焊缝结构的剖面示意图；

图4示出角焊缝结构俯视图，即，M向视图；

图5示出对接焊缝结构的剖面示意图；

图6示出对接焊缝结构的俯视图，即，N向视图；

图7示出塞焊结构的剖面示意图；

图8示出塞焊结构的俯视图，即，P向视图。

附图标号说明：

1-变压器油箱的箱盖

2-变压器油箱的箱壁

3-变压器油箱的箱壁

4-与变压器油箱焊接的铜板

5-塞焊焊孔

6-对接焊缝

7-角接焊缝

8-变压器油箱箱体钢板

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下详述本发明。

在对铜和钢进行焊接时，通常选用以纯氩气作为保护气的半自动熔化极气体保护焊，然而，使用以纯氩气作为保护气的半自动熔化极气体保护焊装焊铜板时仍然存在以下难点：

(1)铜的热导率在20℃时比铁大7倍，1000℃时大11倍。铜板焊接时热量极易发散，使加热范围增大，焊接区难以达到熔化温度，为此，焊前一般需要将铜板或箱体预热到较高温度；

(2)如(1)中所述，将铜板或箱体加热到较高温度后再施焊，将产生严重的焊接变形，尤其是对于铜板与箱壁的焊接，除焊接铜板四周的焊缝外，铜板与箱壁还要进行塞焊，如图3所示，因此，需要进行预热及焊接的位置较多，更加加大了油箱箱壁与铜板的焊接变形，后续难以校正；

(3)即使采用焊前预热至较高温度的方法，在进行焊接时，焊缝成形质量仍然很差，且焊缝表面乌黑；

(4)铜板焊接另一大难点在于，所形成的焊缝熔深较浅、熔合不良，焊缝承载能力差。

根据本发明，提供一种变压器油箱铜板焊接方法，其特征在于，该方法使用氩气和氦气的混合气作为保护气，使用熔化极气体保护焊对铜板和钢制油箱进行焊接。

在本发明中，在氩气与氦气的混合气中，基于氩气与氦气的总体积，其中氩气体积分数为20％～40％，优选为25％～35％，最优选为30％。

本发明人发现，在相同焊接电流下，氦弧的功率、穿透力比氩弧强很多，因此，可获得较大熔深，然而，单纯氦气对熔池的保护效果较差，而且隔绝空气的效果也差，因此，容易造成飞溅且容易产生气孔等焊接缺陷，而当混合气体中，氩气体积分数为20％～40％时，尤其是在30％时，在相同的焊接电流作用下，由混合气所产生的电弧适中，既显示出氦气的熔透性作用，又具有氩气电弧的稳定特性。

本发明人还发现，该保护气只有特定为氩气和氦气混合气，而且，基于氩气与氦气的总体积，其中氩气体积分数为20％～40％时，才能够达到所述的技术效果，而使用其它种类的混合气体，如二氧化碳与氩气的混合气、二氧化碳与氦气的混合气等，或者混合气中氩气的体积分数不在所述范围内时，均不能够达到所述的技术效果。

在本发明中，在焊接时，氩气与氦气混合气体的气流量为15L/min～25L/min，优选为18L/min～20L/min。

本发明人发现，当气流量小于15L/min时，焊接时保护气体对熔池保护效果不佳，并且熔深不足，造成焊接质量降低，当气流量大于25L/min时，气流量过大，易造成焊接缺陷，如气孔、焊道偏吹等，而气流量在15L/min～25L/min时，既能够提供足够的熔深，同时也能够避免焊接缺陷。

在本发明中，焊接用的铜板为黄铜铜板、青铜铜板和纯铜铜板。

本发明人发现，黄铜和青铜中均掺杂有其它金属，即，含有的杂质含量较高，在焊接时容易熔化，易于焊接，而纯铜中的杂质少，其在焊接时不易熔化，且纯铜塑性更高，焊接时更容易产生焊接变形。因此，使用一般方法难以将纯铜铜板之间或者纯铜铜板与钢制板材进行焊接，而使用本发明提供的方法不仅适用于黄铜铜板、青铜铜板，还适用于纯铜铜板。

在本发明中，焊接用的铜板的厚度为2～8mm，优选为3～6mm。本发明人发现，若铜板厚度过薄，铜板平面度无法保证，且无法起到良好屏蔽磁场的效果；若铜板厚度超过8mm，将增加制造成本，同时在铜板焊接过程中，若不进行预热铜板仍难以熔化，若预热将产生较大焊接变形量。

在本发明中，用于制造所述箱体的板材为碳钢板或者为低磁钢板，在本发明中，所述碳钢板是指含碳量小于2.11％的铁碳合金；所述低磁钢板是指对铁磁性无感应的钢板。

在本发明中，在焊接时使用的设备为半自动熔化极气体保护焊机，所述半自动熔化极气体保护焊机包括手持的焊枪，其中，所述焊枪能够在焊接过程中自动送进焊丝，优选地，焊丝送进的速度为240～400mm/min，优选为280～320mm/min。

在本发明中，所述的焊枪具有如下结构特点。所述焊枪的枪头部分主要由手持把(枪柄)、弯头、绝缘套、连接杆、导电嘴、保护套等构成，枪头后面由送丝软管、气管以及气管外包裹的金属铜线和绝缘胶套构成；焊接过程中，由送丝软管送入铜焊丝至枪头部分，再由枪头送出至工件，同时氩气和氦气的混合气体从气管中送入至枪头部分，从而进入到焊丝与工件附近的待焊区域，这时按下手持把上的点触开关，便在工件和焊丝之间形成稳定的焊接电弧。

在本发明中，所用的焊丝为铜铝合金焊丝，其中，以焊丝的总重量计，其中，铜的重量分数为79.38～94.5wt％，优选为90.2～93wt％。

在本发明中，所用焊丝的直径为Φ1.2mm。

在本发明中，在焊接时，焊接电流为180～280A，优选为210～250A。

本发明人发现，使用上述特定材料、特定直径的焊丝，在上述走丝速度以及焊接电流、送进焊丝速度的操作条件下，在对铜板和钢板进行焊接时，无需预热，直接进行焊接即可焊接形成表面良好的焊缝，且铜板与钢板基本无变形。

本发明提供的方法适用于铜板与钢板之间的角焊、塞焊，和铜板与铜板之间的对接焊。

在本发明中，所述角焊是指铜板边缘与钢板板面之间进行焊接，如图3和图4所示。特别地，角焊可以按以下操作进行：先将铜板四周与钢板之间进行点焊固定，以避免焊接过程中铜板产生变形；焊接时，焊枪对准铜板与钢板接触位置，从而能够尽量使部分熔化金属进入到铜板与钢板的间隙中，增加焊缝强度。

在本发明中，所述塞焊是指将铜板上开设的焊孔与钢板板面之间进行填充焊，如图7和图8所示。特别地，塞焊可以按以下的操作进行：将焊枪对准塞焊孔中心起弧，起弧后焊枪沿塞焊孔边缘焊接一圈，同理能够尽量使部分熔化金属进入到铜板与钢板的间隙中，增加焊缝强度，之后焊枪在塞焊孔内沿周向焊接，直至塞焊焊缝高度不低于铜板表面，塞焊结束后将焊缝打磨至与铜板表面平齐。

在本发明中，所述对接焊是指将相邻的两块铜板焊接成一体，如图5和图6所示。特别地，对接焊可以按以下操作进行：与角焊类似，先将对接处的铜板与钢板之间进行点焊固定，以避免焊接过程中铜板产生变形；焊接时，焊枪对准单侧铜板与钢板接触位置焊一道角焊缝，再对准另一侧铜板与钢板接触位置再焊一道角焊缝，同理能够尽量使部分熔化金属进入到铜板与钢板的间隙中，增加焊缝强度，之后将两铜板之间剩余未焊区域焊满，对接焊结束后将焊缝打磨至与铜板表面平齐。

在本发明一种优选的实施方式中，所述焊接方法包括以下步骤：

步骤1，将待焊接的铜板放置于变压器油箱内的指定位置，在铜板四周与钢板接触位置进行点焊固定；

步骤2，由铜板中心向边缘进行塞焊，在本发明中，所述塞焊可按照先中心后边缘的顺序依次进行；也可按照先中心后边缘的顺序间隔进行，然后再将剩余的焊孔进行塞焊；当有多块铜板需要对接焊时，优选先对位于中间位置的铜板进行塞焊；

步骤3，对相邻的两块铜板进行对接焊；

重复上述步骤2和步骤3，直至所有铜板均完成塞焊及对接焊；

步骤4，对铜板和钢板进行角焊。

根据本发明提供的变压器油箱铜板焊接方法，具有以下有益效果：

(1)该方法采用半自动熔化极气体保护焊，其中，所用的焊丝为Φ1.2mm直径的铜焊丝，焊接效率高，所用工时仅为传统方法的10％左右；

(2)保护气体为氩气和氦气的混合气体，在焊接时获得了较大熔深，并且兼顾了氦气的熔透性和氩气的电弧稳定特性；

(3)该方法焊前无需预热，可在常温下直接施焊，大大减小了铜板及箱体的变形量，在相同条件下，传统预热方法焊接后产生的形变量约为20mm左右，而本发明提供的方法焊接后产生的形变量仅为3～5mm左右；

(4)该方法焊前无需预热，可在常温下直接施焊，极大地降低了操作复杂程度，提高了生产效率；

(5)该方法所形成的铜焊焊缝表面美观、光亮且焊接飞溅较少；

(6)该方法在焊接时，直接进行焊接操作而不需要在焊道上预先堆焊。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。