高压氧枪MIG的铜钢焊接工艺

摘要

高压氧枪是钢铁公司炼铁设备中的重要不见，其部件中间管道走氧气往炉内加氧，外管是水循环管道，前头材料用纯铜铸造，铜导热率高，耐高温，散热快，后面铜管和钢焊接，形成一个氧气枪头。钢的另一头与设备焊接。

但其铜钢焊接时易产生气孔、裂纹等技术性问题，其成品率较低。针对这一问题，我们从焊接方法入手，选择加热，保温MIG焊的工艺进行试验，取得了成功，并在生产中取得了较好的经济效益。

高压氧枪主要用于炼铁高炉的加氧助燃，其工作环境恶劣，热辐射较强，为取得较好的导热率，延长气使用寿命，产品要求焊接后进行车床加工，焊口车平，光滑。水压试验1.5-2.0MPa,及着色、探伤、检验、X光探测等。

焊接工艺分析

一）铜钢的焊接性分析

1、难融合、焊缝成型能力差。

铜的导热率在20℃时比铁大7倍多，1000℃时大11倍多。焊接时热量迅速从加热区传出去，使加热范围扩大，焊接区难以达到熔合温度，母材和填充材难熔合。同在熔化温度时，表面张力比铁小1/3，流动性比钢大1-1.5倍，因此表面成型能力差。

2、焊接应力和变形差。

铜的线膨胀系数和变形比钢大15%，而收缩率比钢大一倍以上，再加上铜导热能力强，焊接时的大功率热源会使热影响区加宽，若工件刚度不大，则产生变形大；若刚度过大则产生较大的焊接应力。

3、易产生气孔，裂纹。

铜与钢焊接时焊缝产生气孔和裂纹，主要来源于焊材中（保护气，母材、焊丝及空气的入侵）的氢和水气。 二）焊接方法的选择

1、气焊由于效率低，大工件要求强度高，无法满足，不宜采用。 2、焊条电弧焊由于焊缝质量差，劳动条件差等缺陷也不宜采用。

3、TIG焊因焊接电流小，而氧枪类工件壁厚，要求的预热温度高，劳动条

件恶劣，焊工无法靠近施焊区，不宜采用。

4、MIG焊有焊接效率高、相同电流下熔深大、焊接速度快、焊接变形小等

特点，基本上克服以上三种焊接方法的缺点，是首选的焊接方法。

三）焊接材料的选择

1、焊丝和焊剂的选择

由于纯铜在焊接时易出现气孔，与钢焊接易出现热裂纹和焊不透，选用焊丝时除了满足对焊丝的一般工艺、冶金要求，最重要的是杂质的含量和脱氧能力。所以我们选用含脱氧元素的紫铜特制焊丝，即HSCUS201,直径2.0MM。

焊剂的作用是防止熔池金属氧化和其他气体侵入并改善金属的流动性。经过实验对比我们选用了CJ301熔剂。工件清理干净后，取适量CJ301粉状熔剂倒入容器内，用乙醇调成糊状，涂刷于焊接工件的坡口及两侧各30MM范围内。

2、保护气体的选择

在氩弧中，电弧电压和能量密度较低，电弧燃烧稳定，飞溅极小，成型效果好，故选用99.99%氩气。

四）工件坡口的设计

氧枪头部是纯铜铸造，壁厚为14MM，后部为钢管，壁厚是14MM，组合后形成一个封闭的内腔，无法采用x型坡口。我们采用V型坡口，坡口加工成如图1所示。这种坡口形式避免了焊接时另外加附衬板使水道减小及铜（CU）液从焊缝背面流失、焊穿等缺陷。

图一

五）焊前准备

组对清洗：用丙酮或汽油清除坡口两侧50MM范围内的油污、水分及附着物。用钢丝轮清除此范围内的氧化层，直至表面露出金属光泽。进行组队时，用三点组队法，点焊均匀，防止变形拉裂，然后安装在变位机的焊接工装上。

用CJ301焊剂把酒精调成糊状，均匀涂刷在工件坡口及两侧30MM范围，进行预热，使工件获得足够的热量，减小焊接应力，防止热裂纹。预热温度为400-450℃。需要说明的是进行MIG焊前，需要TIG焊打底焊一遍，因为MIG焊易焊穿及熔合不透。同时和焊接工艺参数配合。参数如下： 六）焊接工艺参数（表一）和焊接要点：

1、工艺参数表一 焊接电流 电弧电压 焊速 氩气流量 焊道层数 I/(A) U/(V) M/MIN Q/（L/MIN） 1 250-270 24-26 0.18 15-20 2 360-400 26-29 0.18 本工艺参数经多次试验，得到最佳电流、电压匹配效果，飞溅最小，焊缝成型良好。

2、焊接要点

钢与铜焊接时，焊缝是铁与铜的混合固溶体。因此，随着焊缝中含铜量的增加，产生热裂纹的倾向也加大。但是从生产实践中得知，当焊缝中的含铁量较低（如0.2%-1.1%）时，焊缝金属的结晶特点和紫铜焊接时差不多，所以焊缝的抗热裂性能较低。随着焊缝含铁量的增加，焊缝的抗热裂性能也相应提高。当含铁量为10%-43%时，焊缝抗热裂性能最高。但若再进一步提高铁含量，则焊缝的抗热裂性能反而迅速下降。所以焊接时，由于铜的热导率比低碳钢大得多，焊前要预热。我们用自己制造的电炉加热，预热温度为600-700℃，从观察口观看铜面为暗红色。焊接时，还应将电弧偏离坡口中心，残能保证焊接接头的力学性能。 七）焊接工艺过程

TIG焊打底完成后，向焊缝撒些干焊剂CJ301，以防焊缝氧化。然后加热，加温完成后保温0.5小时使整个工件温度均匀，然后进行施焊。将焊枪移至焊缝处第一层焊接位置，焊枪焊丝要偏离钢一面，焊丝离钢面一侧坡口2MM，喷嘴离焊件8MM-15MM,焊枪略爬坡10MM燃弧。此时听到轻微的“啪啪”声，启动变位机，使工件均匀旋转，向前焊即可。这时要注意，焊枪的位置随工件的旋转可能

发生变化，要始终保持焊枪处于焊缝的最佳位置，即以上所述参数。如图所示（图二）：

焊枪 约10MM

旋转方向焊接方向

图二

中心线

第一层完成后将焊枪移至焊缝铜面和第一层焊缝边中间进行施焊，同时加大电流电压继续向前焊接，注意观察熔池在两层接头处形成饱满的缓坡状接口。当盖面层焊完后要超过接头20-30MM，在此处将电流电压缓降，同时息弧。焊接完毕后，把工件从工装变位机上吊下来，用保温棉包裹，使工件缓冷，以防止裂纹。完全冷却后，进行车床加工，产品检验。 八）产品检验

1、外观：焊缝成型良好，无裂纹无气孔等不良缺陷。

2、经2.0Mpa水压，保压30MIN试验，无渗漏、冒汗等现象。 3、着色，渗透探伤（JB/T6062-1992）检验，II级合格。 4、X射线探伤根据GB3323-87,II级合格。 九）结论

高压氧枪采用加热后MIG焊的工艺焊接，焊后成型良好，质量完全能满足炼铁高炉的使用。但是也有不小缺点，如无法进行室外作业；设备较复杂，对使用和维护要求高等。随着我们技术水平的不断提高、设备的不断改进，这些问题将逐步得到解决。

由于我水平有限，本文中或有不足和错误，请老师给予指导和纠正。

烟台万隆真空冶金有限公司 徐勇奎

2010年7月18日