火力发电厂铝母线焊接工艺控制.pdf

经验与探讨 湖 南 电 力 第2 7卷／ 2 0 0 7 年第6期 火力发电厂铝母线焊接工艺控制 李建龙 ， 1 ．湖南省火电建设公 司，湖南 株洲 4 1 2 0 0 0 ；2 ． 李 光 湖 南省 电力公 司试验研 究院 ，湖南 长 沙 4 1 0 0 0 7 摘要 通过对铝母线的焊接性及使用特点分析 ，制定铝母线焊接工艺方案，根据相关 规程规 定 ， 进行 指定 项 目的焊接工 艺试验 ， 并运 用制 定 的焊接 工 艺在 6 O 0 MW 火力发 电机 组的铝母线安装工作 中顺利实施，对实施铝母线及其它有 色金属材质焊接工作有一定的 指导意 义 。 关键词 铝母 线 ；焊接 性 ；焊接 工艺 中图分类号T G 4 5 7 ； U 2 9 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 8 0 1 9 8 2 0 0 7 0 6 0 0 4 2 0 3 W e l d i ng t e c h no l o g y c o nt r o l o f a l umi n u m b u s i n t h e r ma l po we r pl a n t LI J i a n l o n g ．LI Gu a n g 1 、 Hu n a n Th e r ma I P o we r C o n s t r u c t i o n Co ． ，L t d ，Z h u z h o u 4 1 2 0 0 0，Ch i n a ；2 ．Hu n a n El e c t r i c Po we r Te s t 8 L Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Ch a n g s h a 4 1 0 0 0 7， Ch i n a Ab s t r a c t W e l di n g t e c h n o l o g y s c h e me of a l u mi n u m b u s wa s s e t d o wn b y a n al y z i n g we l d a b i l i t y a n d u s i n g c h a r a c t e r i s t ic o f a l u mi n u m b u s ． We l d i n g t e c h n o l o g y t e s t s o f t h e s p e c i f i c p r o j e c t we r e c o n d u c t e d a n d a p p l i e d i n a l u mi n u m b u s i n s t a l l me n t f o r 6 0 0 M W t h e r ma l p o we r pla n t ，o f f e r i n g r e f e r e n c e t o we l d i n g o f a l u mi n u m b us a n d o t h e r n on f e r r o u s me t a l ma t e r i a l s ． Ke y wo r ds a l u m i n u m b u s； we l d a b i l i t y；we l d i n g t e c h n o l o gy 1 概 述 铝母 线是火 力发 电厂 重 要 的电气设备 ，在 6 0 0 Mw 火力发 电机组 中，配套设计 的 2 2 0 k V或 5 0 0 k V 配电装 置中较多采用 L D Re T6牌号材质铝 母线 。其焊接安装质量直接关系到机组以及电网的 安全稳定运行。同时 ，该项 目的焊接工作也往往是 业主 或监理方重点关注的质量控制点。在铝母 线的焊接实施过程 中， 在严格遵循D I ／ T 7 5 1 2 0 0 1 铝母线焊接技术规程 、 G B J 1 4 9 1 9 9 0 电气装置 安装工程 母线装置施工及验收规范以及 焊接工 艺评 定规程 、 焊工 技术 考核 规程 的基础上 ，进 行铝母线材质焊接工艺性分析，以及相应的工艺试 验 ，确保制定的工艺满足安装要求 。 2 铝母线焊接性分析及使用特点 2 ． 1 母材介 绍 I D R e T6 接近6 0 6 3牌号 ， 属于铝合金中变形铝 收稿 日期 2 0 0 7 0 7 1 8 系列 ，处 于 固溶 热处理后进 行人工 时效 的状态 ，适 用于固溶热处理后 ，不再进行冷加工的产品，其化 学成分 符合GB ／ T 3 1 9 0 1 9 9 6 标准要求 及性能 指标如表 1 ，2所列。 表 1 母材化学成分 2 ． 2 焊 接性分 析 L D Re T6铝合金可以焊接 ，常用的焊接方法包 括有气焊 、焊条 电弧焊、钨极氩弧焊 TI G 、熔化 极氩弧焊 MI G等，但必须掌握其焊接特点及可 能出现的问题 。在焊接性分析过程中，认为主要存 维普资讯 第2 7 卷／ 2 0 0 7年第6期 湖 南 电 力 经验与探讨 在以下 2 方面的特点，需在工艺制定时采取措施 。 2 ． 2 ． 1 易产 生气孔 n 铝及铝合金具有导热率高的特点 ，为钢的 2倍 左右 ，同时，液态铝可溶解大量氢气 ，固态时几乎 不溶解。其随温度变化的溶解率曲线如图1所示 一 ’ b I ● 舌 ， 0 ． 6 9 0 l t ● C L● C ●0 0 3 6 5 0 0 图1 氢在铝 中的溶解度 P H 。 一1 0 1 k P a 因此，氢在焊接熔池快速冷却 、凝固结晶过程 中， 来不及逸出熔池表面， 极易在焊缝中形成气孔 。 2 ． 2 ． 2 易形成夹渣、未熔合缺陷 铝及铝合金 的化 学活 泼性强 ，与氧 的亲和力极 大 ，任何 温度下 都会 氧化 ，在母材 表面形 成氧化 铝 A1 0。 薄膜 ， 其厚度约o ． 1 0 ． 2 g m，熔点高 约 2 0 5 0℃ ，组织致密 ，保护着母材表面。焊接时该 氧化膜妨碍母材熔化和熔合 ， 易出现未熔合缺陷； 氧 化膜密度大 约为铝的1 ． 4倍 ， 不易浮出熔池表面， 易在焊缝中形成夹渣缺陷。 2 ． 3 使 用特点要 求 制定铝母线焊接工艺时，除考虑材质的焊接性 外，还应充分考虑其使用性能 ，满足相关技术规程 的要求。主要包括满足焊接接头导电率以及最低抗 拉强度值的规定。 2 ． 3 ． 1 焊接接头直流电阻值应不大于规格尺寸均 相同的原始材料直流电阻值的1 ． 0 5倍。 2 ． 3 ． 2 焊接接头拉伸试验， 其焊接接头抗拉强度一 般不应低于原始材料抗拉强度值的下限。经热处理 强化的铝合金，其焊接接头的抗拉强度不得低于原 始材料标准值的 6 0 9 ／ 5 。 采用半 自动熔化极氩弧焊 MI G ，配套使用 E S A B LA W5 2 O焊接设备 ， 直流反接 焊丝接正 使 用。 该焊接方法能满足铝及铝合金材质热导性高、 热 容量大、热损失快的焊接特点 ，提供能量集中的强 热源焊接。同时，其强规范焊接电弧的冲击力能起 到破碎致密氧化铝薄膜的作用，有利于消除焊缝未 熔合 、夹渣等缺陷。 焊接材料 焊丝选用 E S AB OK Au t r o d 4 0 4 3 1 ． 2 mm 规格的铝硅焊丝 相当于丝3 1 1 ， 该焊丝 具有抗裂性强、通用性广的特点。保护气体为高纯 氩 ，氩气纯度 ≥9 9 ． 9 9 。 选用焊丝化学成分 符合 G B ／ T3 1 9 0 1 9 9 6 标 准要求 、力学性能如表3 ，4 。 表 3 焊 材化学成 分 表 4 焊丝 力学性能 3 ． 2焊接接 头型式 接头型式设计为内侧带衬垫 套管的对接接 头 ，具体如图2所示。 3 焊接工艺 3 ．3 3 ． 1 焊 接方法及 焊接材 料 一 一一 7一 。’ 一 ’ 一 、 ／‘二 二 、 、 I _．11一 母线 ， ～ ～ ～ ＼ 、 1 一一一⋯一～一 L一 t 一 一一 J 内衬管一一 图 2 焊接接 头坡 12 型式 焊接 参数 根据安装设备管材规格 1 3 3 mm7 mm 为 4 3 蔑 ● 违 却 冷 ． 1 ㈣ 维普资讯 经验与探讨 湖 南 电 力 第2 7卷／ 2 0 0 7年第6 期 主以及焊接电源设备 ，拟定的工艺参数如下 焊接层数2层 2道，焊接电流 1 6 5 ～1 8 0 A， 焊接 电压 2 7 2 9 V。 3 ． 4 预 热工艺 根据氢在铝 中随温度变化的溶解 曲线图 1可 知，在凝固点附近时 ，氢气的溶解量急剧下降 ，此 时极易在焊缝中形成气孔缺陷。因此，考虑增加预 热工艺，使焊缝的冷却速度降低 ，从而延长氢气的 逸出时问，避免气孔缺陷的产生。 具体预热参数拟定为 预热温度1 O 0 ℃， 并在焊 接过程中保持，采用火焰方法加热 ，其加热点选定 在距离对 口中心每侧 8 0 miT t 以外区域进行。 3 ． 5 其 它要求 考虑到铝母线焊接气孔及夹渣、未熔合缺陷的 敏感性 ，在焊前要求对焊件坡口及附近母材两侧各 3 0 5 0 mm 范围内的油污、氧化膜和其它杂质清除 干净 。清理方法和要求明确如下 除油污 用汽油或丙酮等有机溶剂清除表面的 油污 ； 除氧化膜 用钢丝轮或刮刀等机械方法去除氧 化膜 ； 清理后的焊件应立即进行焊接工作 ，其间隔时 问不应超 过 2 4 h 。 同时 ，焊接时，在焊接场所搭设防风棚，避免 环境因素造成焊缝气孔缺陷。 4 焊接 工艺试验 根据拟定的焊接工艺 ，选取铝母线设备管材进 行焊接工艺试验，共制作工艺试验试件 3个尺寸为 2 0 0 mmx 3 0 mm7 mm，相应的试验数据见表5 ～ 7。 经过焊接工艺试验， 说明制定的工艺参数合理， 符合规程要求。 表 5 焊接 接头直 流电 阻值 测定试 验数据 n 试验试件 试件 1 试件2 试件 3 原始材料直流电阻理论计算值 2 8 ． 0 焊接接头直流电阻值 2 2 ． 4 2 6 ． 1 2 5 ． 3 合格标准 ≤1 ． 0 5 2 8 ． 0 2 9 ． 4 结论 合格 合格 合格 试验条件 环境温度 2 0 ℃； 采用J D2 2 0 1回路 电阻测试仪 4 4 表 6 焊接接头 抗拉强度试 验数据 M P a 试验试件 试件 1 试件 2 试件 3 焊接接头抗拉强度值 原始材料抗拉强度下限值 合格标准 结论 1 2 7 1 3 1 1 2 9 2 0 5 ≥ 2 0 5 6 0 1 2 3 合格 合格 合格 表 7 焊 接接头无损探 伤试验数 据 试验试件 试件 1 试件 2 试件 3 焊接接头射线探伤评定等级 焊接接头射线探伤评定标准 结论 I 级 I级 I 级 铝母线 焊接接头 射线探伤规 定 铝 母线焊 接技 术规程 D L ／ T 7 5 1 2 0 0 1附录 B 优良 合格 合格 5 实施效果 运用以上通过工艺验证的铝母线焊接工艺，先 后完成大唐华银金竹山电厂5 0 0 k V配电装置， 华电 长沙电厂2 2 0 k V配电装置铝母线焊接工作。 共完成 2 0 0 mm 1 0 ram／ 1 8 0 mml 3 0 mm 7 ram／ l 1 6 ／ i D R e T6 焊 口1 8 2 个 ， 按规程及质检程序要求 完成相应的射线探伤及质量验收工作 。射线探伤一 次合格率为9 9 ． 1 ， 综合验评质量等级评定为优良。 6 结束语 铝母线焊接是火力发电厂电气设备安装过程中 的一道重要工序， 在高电压、 大电流运行工况下 ， 对 安装焊缝内在和外表质量的要求越来越高 。需要在 实施过程中充分掌握铝母线材质的焊接特性，并按 规程的要求进行必要的工艺性试验，并在实施过程 中严格控制关键工序，方可保证高参数机组铝母线 焊接质量。 参 考 文 献 [ 1 ]陈祝年．焊接工程师手册 [ M] ．北京 机械工业出版社 ，2 0 0 2 ， [ 2 ]周振丰，张文钺．焊接冶金 与金属焊接性 [ M] ，北京 机械工 业 出版社 ，1 9 9 2 ． 作者简介 李建龙 1 9 7 2 一 、男 、大学本科、工程师 、从事大型火力发 电厂 焊接 、热处理专、 l 施工技术管理工作 维普资讯