有色七冶建设股份有限公司黎新华
［摘要］本文主要论述铝母线作为有色金属冶炼的大导体的焊接工艺，比如铝、镁、钛的电解，通常都是线路长、电流强度大，为了降低电解成本，提高导电率和降低电压损耗尤为重要，因此铝母线焊接质量是关键。
［关键词］铝母线；MIG焊；工艺措施
铝母线作为有色金属冶炼的导体,就目前的工艺设计，截面面积一般为25000~100000mm2，载荷电流一般为240~350kA。由于电流强度大，线路相对较长，电磁场大，为提高导电率和降低电压损失，铝母线的制作安装是电解的重要环节，而铝母线的工程质量主要表现在焊接质量和两母线接触面质量。这就要求我们在加工和焊接的过程中，采用先进的加工手段和焊接工艺设备进行科学地管理，使焊接接头电压降控制在0.5mV以下，压接面电压降控制在5mV以下。为了实现这个目标，采用以下焊接技术和措施。
1焊机的选择
选用时代逆变焊机或日产TRA-500半自动熔化极（MIG）氩弧焊机。其中，日产TRA-500氩弧焊机采用平特性电源，熔化极静特性曲线是上升曲线，电弧自我调节能力强，电弧稳定性好。采用阴极反接，比正接电弧稳定性更好，而且阳极反接“阴极雾化”效果好，能清除焊接面氧化膜。熔化极氩弧焊接电流高，不需引弧板（钨极氩弧要引弧板）。TRA-500型脉冲氩弧焊机平均电流小、熔透能力强、焊接变形小。
2采用半自动熔化极（MIG）氩气保护焊接特点分析
2.1铝母线的焊接特点
铸铝母线与硬焊板（δ=10mm）、铝软带束（δ=1mm）截面相差悬殊，最小10倍，最大25倍。焊接基本上没有坡口，都采用Ⅰ型焊缝，软母线束有的有坡口，有的没有坡口。在铸铝母线焊接面上首先应清除氧化膜，硬铝焊板、软母线焊接端头不进行氧化膜处理，焊接面的“阴极雾化”作用可以使氧化膜清除，使焊缝金属能很好地与母线焊接面熔合。
2.2铝母线焊接主要缺陷
铝母线焊接主要缺陷是：未熔合（未熔透）、氢气孔及热裂纹、结晶裂纹（铝焊接没有冷裂纹）。
2.3铝及铝合金焊接特点
工业纯铝主要杂质是Fe和Si，纯铝熔化温度660℃。氧化膜厚度为0.1~0.2μm，氧化膜易附着水分，是焊接金属产生氢气孔的原因之一。杂质Fe和Si对铝合金的可塑性，导电性及焊接裂纹都有一定影响。根据国内外经验，铁、硅比大于1可减少裂纹。
2.4熔氢现象严重
液态铝可以大量溶解氢，而固态铝几乎不溶解氢，液态铝溶解氢是固态铝的20倍，而焊缝冷却速度则为钢的4~7倍，使氢来不及析出而产生氢气孔。热胀冷缩严重，结晶收缩率是钢的2倍。高温强度低，370℃时强度仅为11g/mm2，常常不能支持液态金属重量。固液态变化时无颜色变化，给焊接时掌握加热温度带来了很大困难。
3焊接技术措施与质量要求
3.1焊材
铝焊丝材质一般应高于母线一级,或与铝母线同级。铝焊丝表面应光滑、无裂纹、气泡、毛刺及局部凹陷或折弯。绕在焊丝盘应拉力一致，否则影响送丝稳定性。焊丝盘必须用塑料袋包好，最后开口处封闭。铝焊丝超过1年不应使用。铝焊丝中的杂质铁、硅比应大于1，最好近似2，小于1则增加热裂纹。冷却后抗拉强度应大于8g/mm2。铝焊丝表面应洁净、干燥。
3.2氩气
铝母线熔化极MIG，氩气保护焊,按现行国家标准GB-4842中一级以上的工业纯氩气，氩气纯度99.99%以上,氧含量超过0.1%，焊缝表面有黑烟；氨超过0.5%将使熔池流高性差，氢与水分超标则增加氧气孔。
3.3氢气孔的控制
铝母线熔化极焊接比钨极氩弧焊易产生氢气孔，这是铝焊接无法杜绝的缺陷。其主要原因是铝在液态时大量溶解氢，而固态时几乎不溶解氢，液态铝溶解氢是固态铝的20倍，加之熔化极焊接冷却速度快，氢来不及析出，形成氢气孔。所以铝母线熔化极氩弧焊应采取一定的措施将氢气孔降到最低限度，其主要措施是减少氢气的来源。
焊件、焊丝都一定要干燥、无水分，因氧化膜易附着水分，所以清除氧化膜不单是使焊缝金属与母线很好熔合，也是减少产生氢气孔的来源。每天开始焊接前，要空放一下氩气以便冲去氩气管水分，氩气要有一定流量才能很好保护电弧与熔池。在有二级风以上时，要有防风措施和适当的焊接规范，尤其表现在焊接速度上，掌握不当也会产生氢气孔。
3.4焊接工艺
保证焊接质量要有适当的焊接工艺，电弧电压高则熔透性能差，一定要电弧电流稍大，熔透性才能好，这是有理论根据的。在焊接过程中，前倾角不要大于5°，前倾角大熔透性也差。每个焊工所用电流不尽相同，但有一定范围，电弧必须控制住熔池，不能使铝液流淌在电弧前面而形成灌浆，造成焊缝金属没有和母材熔合。
3.5材料的洁净
铝母线焊接面不能有油污，有油污影响电弧稳定性，即影响焊接质量,要用丙酮或四氯化碳溶剂清除油污。要用机械方法即钢丝刷清除母线焊接接触面氧化膜，才能使焊缝金属很好与母材熔合。
3.6焊口
在焊接一般硬焊板或铝软带时，规范要求焊缝宽度为10±2mm。用Ф2.4mm铝焊丝，电弧电流稍大熔透性就好，电弧直径一般为10mm。如果提高了电弧电压，则扩大了电弧直径，如同时提高了焊接电流，焊丝熔化速度就快，电弧就不能很好控制熔池，直接影响着焊接质量。所以焊缝宽度7~10mm可一遍焊接成形。焊缝宽度要一致，不能一头宽、一头窄。
3.7起弧
熔化极氩弧焊起弧时不用引弧板,但起弧时不要在端头起弧，要在端头里面起弧，起弧后用好衰减电流。焊丝熔化慢，起弧一般有预热作用，能使焊缝金属很好与母材熔合，收弧时也要用好衰减电流才能不产生弧坑及弧坑裂纹。
3.8熔池
由于焊接铝液无颜色变化，焊接过程中一定要盯住熔池，观察焊接面是否“挂浆”（即熔接面是否熔化）若看不到“挂浆”说明焊缝金属不能很好与母材熔合，这就是铝焊接与钢焊接的不同之处。
3.9焊接环境
当环境温度在5℃以下时不能焊接，电解铸铝母线体积大，预热也难以达到焊接质量要求，根据情况要采取保护措施，环境温度最好保持在8~10℃。
本铝母线焊接技术总结是我单位在十几个电解铝项目具体施工焊接中的经验总结，但还是存在许多不足之处。在以后的工程施工焊接中，我们会不断总结、积累经验，提高我们自己的施工焊接水平，也希望能给其他类似工程起到借鉴作用。