本發(fā)明屬于鋁合金焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導(dǎo)率的焊接方法。

背景技術(shù)：

鋁合金管型母線主要應(yīng)用于輸變電設(shè)備中導(dǎo)體連接、輸電線路跳線、電力設(shè)備導(dǎo)體連接以及融冰裝置中作過流導(dǎo)體，是電力輸變電系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備之一。焊接技術(shù)是變電站鋁合金管型母線其主要安裝方法，由此形成的鋁合金管型母線焊接接頭質(zhì)量對輸變電系統(tǒng)及電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行具有重要作用。

隨著近年來超高壓、特高壓技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)電壓等級不斷提高，鋁合金管型母線的材質(zhì)、規(guī)格也在不斷提升，大管徑厚壁管型母線管型母線逐步獲得了應(yīng)用。由于鋁合金管型母線焊縫金屬一般合金元素含量較高，而且常常存在氣孔等缺陷，其電導(dǎo)率同母材相比一般較低。電導(dǎo)率較低帶來的直接影響為電能損耗，尤其對于變電站而言，鋁合金管型母線焊接接頭數(shù)量眾多，由此導(dǎo)致的電能損耗成為不可忽視的一點(diǎn)。此外電導(dǎo)率較低還可能給線夾等金具焊接接頭帶來發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)，影響鋁合金管型母線安全運(yùn)行。

對于固溶體而言ρ＝χ_aρ_b+χ_aρ_b+Cχ_aχ_b，其中ρ為電阻率，χ_a，χ_b為原子百分比，ρ_a，ρ_b為兩種純物質(zhì)對應(yīng)的電阻率，C為比例常數(shù)，在鋁合金焊絲制造中Al固溶體含有的元素一般為Mg，Si等，均具有較高的電阻率，因此會(huì)增加焊縫的電阻帶來電導(dǎo)率的下降。而對于兩相合金電導(dǎo)率具有如下關(guān)系：ρ＝χ_αρ_α+χ_βρ_β，其中ρ為合金電阻率，χ_α和χ_β分別為α，β的相含量，可以看出合金的電導(dǎo)率復(fù)合線性混合定律，對于鋁合金焊縫，其物相主要為α-Al，其他可能出現(xiàn)的物相包括Mg₂Si以及β’，β”強(qiáng)化相，該類強(qiáng)化相的導(dǎo)電能力均較低。通過上述分析可以看出對于鋁合金焊縫，較高的合金元素添加以及其他物相的產(chǎn)生均會(huì)帶來電導(dǎo)率的下降。此外，目前鋁合金管型母線常采用增加襯管的方式來保證根部焊接質(zhì)量，這樣勢必導(dǎo)致焊接工藝復(fù)雜，并增加了材料成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導(dǎo)率的焊接方法，本發(fā)明采用鎢極氬弧焊焊接工藝完成管型母線焊接，同時(shí)通過合理優(yōu)化工藝參數(shù)，使得焊接接頭具有較高電導(dǎo)率，保證了鋁合金根部質(zhì)量，同時(shí)取消襯管使用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種提高鋁合金管型母線焊接接頭電導(dǎo)率的焊接方法，具體步驟為：

1)將坡口加工成V形，坡口角度為80～100°，根部不留間隙，坡口角度較大，間隙大，從而克服母材易產(chǎn)生氣孔和未融合的缺陷；

2)對焊絲表面和待焊工件表面進(jìn)行清理，去除表面氧化膜、油脂和灰塵；

3)采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為：氣體采用99.999％純度氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為8L/min-15L/min，電弧電壓為18～22V，焊接電流為140A-300A；

4)焊后熱處理，焊接完成后立即將被焊件放置在加熱裝置內(nèi)，熱處理溫度上升速度為150～300℃/h，在330-380℃溫度范圍保溫40min-2h，完成保溫后隨加熱裝置緩慢冷卻至室溫。

優(yōu)選的，所述鋁合金管型母線為6063鋁合金管型母線，規(guī)格為Φ110mm×10mm；

優(yōu)選的，本發(fā)明步驟(3)采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接前對坡口及其兩端進(jìn)行預(yù)熱，加熱溫度為150～180℃，保溫時(shí)間為0.5-1h；預(yù)熱溫度過低，預(yù)熱效果差，焊接過程中易產(chǎn)生裂紋；預(yù)熱溫度過高，容易導(dǎo)致焊接接頭力學(xué)性能下降；

優(yōu)選的，本發(fā)明所述焊接方法還包括：步驟(5)磨光焊縫表面，利用X光無損探傷檢驗(yàn)和導(dǎo)電率測試；

優(yōu)選的，所述坡口角度為90°；

優(yōu)選的，所述焊絲表面和待焊工件表面清理方式具體為：采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進(jìn)行清理，之后采用丙酮進(jìn)行清洗，擦拭待焊工件鋁合金表面時(shí)需使用工業(yè)擦拭紙，防止采用其他會(huì)遺留纖維的材料，防止氧化膜產(chǎn)生，以防對焊接過程帶來不利影響；

優(yōu)選的，所述焊接工藝參數(shù)為：氣體采用99.999％純度氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為10～13L/min，電弧電壓為19～20V，焊接電流為190～200A；上述焊接工藝參數(shù)，能夠有效保證較高的輸入熱量，延長熔池的存在時(shí)間，改善根部的焊透程度，增強(qiáng)熔池的攪動(dòng)，有效避免氣泡及裂紋產(chǎn)生，同時(shí)也避免因高溫造成焊縫成型不良，造成塌陷、燒穿等缺陷，切實(shí)保障焊接質(zhì)量；

優(yōu)選的，選用Al-Si系焊絲作為填充材料，焊絲直徑為5～10mm；焊絲中的化學(xué)元素的質(zhì)量百分比(wt.％)如下：Si含量4％～6％，Ti，0.1％-0.25％，Mg≤0.1％，F(xiàn)e≤0.04％，Cu≤0.05％，余量為Al。本發(fā)明焊絲以Al-Si為基礎(chǔ)成分，具有良好流動(dòng)性，因此可顯著提高焊接操作工藝性，改善焊縫的成形，降低焊接接頭軟化現(xiàn)象；Ti元素可以抑制Fe，Si金屬間化合物有害相的形成，細(xì)化合金晶粒，改善焊縫的力學(xué)性能；從而提高焊接接頭的電導(dǎo)率；

優(yōu)選的，所述焊后熱處理具體為：采用柔性陶瓷電阻片加熱，以焊縫為中心，在兩側(cè)3～5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片，在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉；將熱電偶布置于焊縫中心位置，監(jiān)控?zé)崽幚頊囟?；熱處理溫度上升速度?00～250℃/h，在350-370℃溫度范圍保溫1h-1.5h，完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫，降溫速度≤100℃/h。經(jīng)過上述焊后熱處理，從而有效消除焊接殘余應(yīng)力，進(jìn)一步提高了鋁合金管型母線的機(jī)械性能及導(dǎo)電性。

上述焊接方法焊接得到的鋁合金管型母線焊接接頭。

由于鋁合金導(dǎo)熱性強(qiáng)，熱熔量大；線膨脹系數(shù)大，且易形成氧化膜，因此焊接時(shí)氧化膜易吸附水分，形成氣孔，進(jìn)而出現(xiàn)夾渣、未熔合等缺陷，在降低焊接接頭機(jī)械性能的同時(shí)，(α+β)二元共晶相增多，導(dǎo)致焊接接頭電導(dǎo)率下降。

基于此，本發(fā)明提出了采用鎢極氬弧焊焊接工藝完成管型母線焊接，各步驟協(xié)同配合，采用具有良好流動(dòng)性以及焊接工藝性能的Al-Si系焊絲，通過調(diào)整和添加微量合金元素，配合優(yōu)化后的焊接工藝，有效可以保證鋁合金根部質(zhì)量，取消襯管使用，切實(shí)提高了管型母線的焊接質(zhì)量，有效避免氣孔、夾渣、未熔合等缺陷產(chǎn)生，從而減少(α+β)二元共晶相，有效提高了鋁合金焊接接頭的塑性延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能，同時(shí)鋁合金電導(dǎo)率也得到明顯提高。

附圖說明

圖1為鋁合金管型母線坡口角度示意圖；

圖2為鋁合金管型母線焊接接頭拉伸和彎曲試樣。

具體實(shí)施方式

結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進(jìn)行限定。

實(shí)施例1

焊接用母材為6063鋁合金管型母線，規(guī)格為Φ110mm×10mm，退火態(tài)。

具體焊接方法如下：

1)將坡口加工成V形，坡口角度為90°，根部不留間隙；

2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進(jìn)行清理，之后采用丙酮進(jìn)行清洗，擦拭待焊工件鋁合金表面時(shí)需使用工業(yè)擦拭紙；

3)對坡口及其兩端進(jìn)行預(yù)熱，加熱溫度為170℃，保溫時(shí)間為40min；而后采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為：氣體采用99.999％純度氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為12L/min，電弧電壓為20V，焊接電流為200A，選用Al-Si系焊絲作為填充材料，焊絲直徑為5mm；焊絲中的化學(xué)元素的質(zhì)量百分比(wt.％)如下：Si含量5％，Ti，0.15％，Mg≤0.1％，F(xiàn)e≤0.04％，Cu≤0.05％，余量為Al。

4)焊后熱處理，采用柔性陶瓷電阻片加熱，以焊縫為中心，在兩側(cè)3～5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片，在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉；將熱電偶布置于焊縫中心位置，監(jiān)控?zé)崽幚頊囟?；熱處理溫度上升速度?50℃/h，在370℃溫度范圍保溫1h，完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫，降溫速度≤100℃/h。。

5)磨光焊縫表面，利用X光無損探傷檢驗(yàn)和導(dǎo)電率測試。

獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭，塑性延伸強(qiáng)度為70MPa、抗拉強(qiáng)度120Mpa，經(jīng)X光無損探傷檢驗(yàn)合格，焊接接頭導(dǎo)電率51.8IACS％，與母材(53.6IACS％)相當(dāng)。

實(shí)施例2

焊接用母材為6063鋁合金管型母線，規(guī)格為Φ110mm×10mm，退火態(tài)。

具體焊接方法如下：

1)將坡口加工成V形，坡口角度為80°，根部不留間隙；

2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進(jìn)行清理，之后采用丙酮進(jìn)行清洗，擦拭待焊工件鋁合金表面時(shí)需使用工業(yè)擦拭紙；

3)對坡口及其兩端進(jìn)行預(yù)熱，加熱溫度為150℃，保溫時(shí)間為1h；而后采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為：氣體采用99.999％純度氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為8L/min，電弧電壓為22V，焊接電流為300A，選用Al-Si系焊絲作為填充材料，焊絲直徑為10mm；焊絲中的化學(xué)元素的質(zhì)量百分比(wt.％)如下：Si含量4％，Ti，0.25％，Mg≤0.1％，F(xiàn)e≤0.04％，Cu≤0.05％，余量為Al。

4)焊后熱處理，采用柔性陶瓷電阻片加熱，以焊縫為中心，在兩側(cè)3～5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片，在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉；將熱電偶布置于焊縫中心位置，監(jiān)控?zé)崽幚頊囟?；熱處理溫度上升速度?50℃/h，在330℃溫度范圍保溫2h，完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫，降溫速度≤100℃/h。。

5)磨光焊縫表面，利用X光無損探傷檢驗(yàn)和導(dǎo)電率測試。

獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭，塑性延伸強(qiáng)度為68MPa、抗拉強(qiáng)度115Mpa，經(jīng)X光無損探傷檢驗(yàn)合格，焊接接頭導(dǎo)電率49.1IACS％，與母材(53.1IACS％)相當(dāng)。

實(shí)施例3

焊接用母材為6063鋁合金管型母線，規(guī)格為Φ110mm×10mm，退火態(tài)。

具體焊接方法如下：

1)將坡口加工成V形，坡口角度為100°，根部不留間隙；

2)采用不銹鋼鋼絲刷對待焊工件表面以及焊絲表面進(jìn)行清理，之后采用丙酮進(jìn)行清洗，擦拭待焊工件鋁合金表面時(shí)需使用工業(yè)擦拭紙；

3)對坡口及其兩端進(jìn)行預(yù)熱，加熱溫度為180℃，保溫時(shí)間為0.5h；而后采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接工藝參數(shù)為：氣體采用99.999％純度氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為15L/min，電弧電壓為18V，焊接電流為180A，選用Al-Si系焊絲作為填充材料，焊絲直徑為8mm；焊絲中的化學(xué)元素的質(zhì)量百分比(wt.％)如下：Si含量6％，Ti，0.1％，Mg≤0.1％，F(xiàn)e≤0.04％，Cu≤0.05％，余量為Al。

4)焊后熱處理，采用柔性陶瓷電阻片加熱，以焊縫為中心，在兩側(cè)3～5倍壁厚位置覆蓋柔性陶瓷電阻片，在柔性陶瓷電阻片上覆蓋保溫棉；將熱電偶布置于焊縫中心位置，監(jiān)控?zé)崽幚頊囟龋粺崽幚頊囟壬仙俣葹?80℃/h，在380℃溫度范圍保溫40min，完成保溫后在覆蓋保溫條件下焊縫緩冷至室溫，降溫速度≤100℃/h。。

5)磨光焊縫表面，利用X光無損探傷檢驗(yàn)和導(dǎo)電率測試。

獲得6063鋁合金管型母線焊接接頭，塑性延伸強(qiáng)度為68MPa、抗拉強(qiáng)度115Mpa，經(jīng)X光無損探傷檢驗(yàn)合格，焊接接頭導(dǎo)電率51.18IACS％，與母材(53.5IACS％)相當(dāng)。

上述雖然結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。