变压器油箱铜板屏蔽埋弧焊工艺图解

变压器油箱铜板屏蔽的结构形式如图1所示，变压器油箱箱壁内部铺焊铜板屏蔽，铜板周边与箱壁为搭接焊。通常铜板屏蔽为4mm~6mm的紫铜板（T2），箱壁为8mm~12mm的碳素钢钢板（Q235-Q345）。
图1 油箱铜板屏蔽的结构型式

铜板焊接时常产生的问题由于铜和大多数铜合金的热导率比普通碳钢大7倍～11倍，熔焊时大量的热从母材上散失，焊接区难以达到熔化温度，造成难熔合。又因铜的 线胀系数及收缩率比普通碳钢大，因此焊接时在无拘束条件下易变形。由于铜及铜合金中合金元素及有害杂质的作用，焊接时易形成低熔共晶体和脆性化合物，易产 生偏析，使接头产生热裂纹。铜与钢焊接时易出现气孔，其主要原因是过量的氢存在。在焊接过程中热作用之下，晶粒严重长大，杂质和合金元素的掺入，有用合金 元素的氧化，各种脆性的低熔共晶体出现于晶界或产生脆性相，使接头的塑性、韧性等显著下降。
铜板焊接方法的选择采用自动埋弧焊，与手工焊条焊、气体保护焊等常规焊接方法相比较具有如下优势。
（1）生产效率高。埋弧自动焊的生产率可比手工焊提高5倍～10倍，并能连续送进而无需更换焊条。电弧热量大，焊丝熔化快，熔深也大，焊接速度比手工焊快的多。板厚30mm以下的自动焊可不开坡口，而且焊接变形小。
（2）焊剂层对焊缝金属的保护好，且焊机始终工作在固定好的小车上，较手工焊稳定许多，所以焊缝质量好。
（3）节约钢材和电能。钢板厚度一般在30mm以下时，埋弧自动焊可不开坡口，这就大大节省了钢材，而且由于电弧被焊剂保护着，使电弧的热得到充分利用，从而节省了电能。
（4）改善了劳动条件。除减少劳动量之外，由于埋弧自动焊时看不到弧光，焊接过程中无氩气，这对保护焊工眼睛和身体健康是很有益的。
紫铜板与低碳钢的焊接，采用埋弧焊的方法目前国内并不常见，其应用情况及出现的问题很少有报导。变压器油箱上焊接大面积的铜板屏蔽，导热快，如果采取普通的焊接方法，不增加局部预热等措施，焊接线能量很难满足焊接质量的要求，综上，埋弧焊的方法可作为铜板屏蔽焊接的首选。
焊接材料的选择
传统的铜板焊接基本都采用与母材相同材质的焊丝，即铜焊丝，但铜焊丝与钢焊丝厢壁成本较高，目前市面上铜焊丝＞1000元/盘，而钢焊丝在100元/盘左 右，如果使用钢焊丝，采用同样的焊接线能量焊每米可以节约焊丝大约十倍的成本。另外，钢焊丝与铜焊丝相比具有很好的韧性和强度、抗裂性好的特点。钢焊丝与 铜焊丝相比熔点低，在配以同一电源的情况下，焊接工艺性好，焊线成型好。
焊接试件工艺方案
根据铜板屏蔽的结构型式，拟定埋弧焊钢焊丝、焊剂匹配工艺方案，并赋予工艺参数制作焊接试件。
表1 焊接试件工艺方案

根据铜板屏蔽与油箱箱壁焊接结构，采用4mm厚的铜板与钢板进行搭接焊接。采用了如下的焊接工艺。由于钢—铜本身物理性能上的差异，在焊缝位置容易出现裂纹，所以所采用的焊接方式是将焊缝设置在铜板上，通过将铜板直接焊透，使其与钢板融合到一起。搭接结构与焊缝位置示意图见图2。
图2 铜板与钢板搭接形式示意图

这种焊接方式的焊缝没有裂纹；同时，截断焊缝后发现，铜板已被焊透，并与钢板融合在一起。这是由于铜板直接焊透而焊接到钢板上，其中不涉及钢板与铜板对接 所存在的物理性能差异问题，这种方法只有铜板与钢板的结合处产生纵向的合力，其主要应力不会对焊缝产生破坏，所以不会产生裂纹。优化后的H08MnA焊丝 配合焊剂SJ101铜与铜对焊焊接工艺参数，见表2。
表2 H08MnA焊丝配合焊剂SJ101铜与铜对焊焊接工艺参数

由此可见，本文中笔者采用的这种搭接焊接方式，既可以保焊缝质量，又能保证焊透；同时，这种搭接焊接方法适于铜与钢板的搭接焊接，且焊接效果较好。渗透探伤检测结果为焊缝不渗漏。
H08MnA焊丝配合焊剂SJ101对6mm铜板与箱壁的焊接根据产品结构需要，同样也对6mm的铜板与钢板之间进行搭接焊接（图3）。采用了4mm厚的焊接接头方式。结果多次试验，得到了优化后的H08MnA焊丝配合焊剂SJ101铜与铜对焊焊接工艺参数，所采用的焊接参数见表3。
图3 H08MnA 配合SJ101 焊接焊缝
(a) 焊缝起点处

(b) 正常焊缝处

表3 H08MnA焊丝配合焊剂SJ101对6mm铜进行搭接焊焊接工艺参数

同样结果，这种焊接获得的焊缝形态和表面质量较好，无裂纹，同时，焊缝截断后可以观察到铜板与钢板实现了很好的熔合，无缺陷，见图4。此焊接工艺即可以保证焊缝表面的成型美观，又能减少在实际生产中的焊后打磨工作量，同时也能够保证焊缝的抗拉强度。渗透探伤检测结果为焊缝不渗漏。
图4 H08MnA焊丝配合焊剂SJ101对6mm铜板焊接并搭接在钢板上

传统的油箱内部铜板屏蔽与油箱内壁焊接方法焊线成型不好，有时出现焊线不完整，焊线不连续，焊线宽窄不均、高低不一致、咬边现象，外观凸凹不平，修复需要再次填补焊接，焊后打磨量大，采用埋弧自动焊方法，焊缝宽窄一致，焊线饱满，焊缝与母材过渡光滑圆润，一次成型，不需修复打磨。
埋弧自动焊方法与传统的手工气体保护焊相比，不仅采用了较大的焊接电流，焊接熔深大，熔敷效率高，可大幅度提高焊接速度，而且，自动送进焊丝，自动送进焊剂，实现自动化焊接。从而提高油箱的焊接生产效率，可提高焊接速度3倍以上。
采用埋弧自动焊接方法取代传统的手工气保焊方法焊接油箱铜板屏蔽并采用钢焊丝代替铜焊丝，焊接成本低，焊接效率高，焊线质量好，在满足设计损耗的前提下，可以应用于变压器油箱铜板屏蔽的焊接。并且由于埋弧自动焊通常是轨道式焊接小车自动焊接，对铜板屏蔽的长直焊缝更加方便快捷。