首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 柔性轧纹铜护套防火电缆氩弧焊工艺质量影响因素

柔性轧纹铜护套防火电缆氩弧焊工艺质量影响因素

2025-03-27 41 上传者：管理员

摘要：轧纹铜护套氩弧焊工艺质量的提高是确保柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆使用性能的关键。通过对影响轧纹铜护套氩弧焊工艺质量相关因素的综合研究和分析发现，轧纹铜护套氩弧焊工艺质量的影响因素不仅与该工序自身密切相关，而且与上下衔接的铜护套成型工序和铜护套轧纹工序也密不可分。为此，有针对性地提出了相应的控制措施，以保证轧纹铜护套氩弧焊的焊接质量。

关键词：
柔性矿物绝缘防火电缆
氩弧焊工艺
轧纹铜护套
防火电缆
防火电缆产品
加入收藏

防火电缆具有可耐火和耐高温运行､过载保护能力强､机械强度高､屏蔽性能好､防水､防爆､使用寿命长等优点,被广泛应用于消防､医院､地铁､冶金､化工､矿井等多种行业和场合｡目前,我国市售的防火电缆产品有多种,大多为矿物绝缘电缆(如BTTQ型电缆､BTTZ型电缆等)､柔性矿物绝缘电缆(如YTTW型电缆､RTTZ型电缆等)[1-2]｡相比于氧化镁绝缘重载防火电缆,柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆的可控性较强､生产设备投资较少､能耗较低,因而具有较高的经济效益｡但在柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆的生产过程中,因轧纹铜护套氩弧焊工序的影响因素较多,工艺控制的难度较大,工艺质量多有瑕疵｡为此,本文对影响轧纹铜护套氩弧焊质量的因素进行分析和研究,并提出相应的控制措施｡

1、轧纹铜护套氩弧焊工艺特点

不同于其他防火电缆金属护套采用挤制方式生产,柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆的轧纹铜护套采用铜护套成型→铜护套焊接→铜护套轧纹方式生产｡轧纹铜护套焊接工序介于铜护套成型工序和铜护套轧纹工序之间,一般采用氩弧焊设备进行铜护套焊接,故该工序也称之为轧纹铜护套氩弧焊工序｡氩弧焊工艺通常具有以下特点:a.在氩弧焊焊接时,采用惰性气体保护,避免金属带在焊接和冷却过程中氧化,确保焊缝质量;同时利用氩､氦易电离的特性,传导热量(特别是热传导系数较大的氦离子轰击金属表面的氧化层)｡b.氩弧焊设备采用焊接电源正极接地,即采用不熔化钨极氩弧焊,使钨极长时间工作不易变形,从而确保了大长度的焊接,设备整个工艺过程的自动连续性是实现连续焊接的根本保证｡c.洁净的金属带经导轮定位机构进入精切机,可确保切口新鲜的金属带成型后能很好地在惰性气体保护下进行连续可靠的焊接｡纵观整个轧纹铜护套生产过程,轧纹铜护套氩弧焊质量的影响因素不仅与该工序自身密切相关,而且与上下衔接的铜护套成型工序和铜护套轧纹工序也密不可分｡

2、轧纹铜护套氩弧焊质量影响因素

2.1铜带原材料选用

2.1.1铜带质量控制

为了确保轧纹铜护套氩弧焊质量,应采用符合GB/T2059—2017《铜及铜合金带材》标准中T2M或TU2M牌号带材要求的铜带,并且铜带表面应光亮､清洁､无氧化颜色､无水锈斑纹､全软､厚薄均匀以及切边无明显荷叶边､无明显S弯､无夹杂起层､边沿无严重划伤和碰伤,否则会造成以下焊接问题:a.表面有油污､水膜的铜带易导致漏孔､焊缝发黑等焊接缺陷,以及污染钨极,加速钨极烧损;b.表面有氧化颜色､水锈斑的铜带易引起偏弧､污染钨极及加速钨极烧损;c.出现明显荷叶边及S弯的铜带易引起合缝不稳,导致焊接不稳定;d.有金属丝夹杂及起层的铜带易造成焊接短路熄弧,从而引起长缝或其他缺陷;e.软化不好或处于硬态的铜带易使焊缝及附近区域因承受高温而全软,导致在拉伸(缩径)时产生不均匀变形,出现焊缝下陷,同时对成型亦不利｡

2.1.2铜带规格和精切质量控制

为了确保轧纹铜护套氩弧焊工艺质量,应选用合适规格的铜带(即铜带宽度),避免因铜带宽度过大而浪费材料,以及因铜带宽度过小而切边不齐,影响焊接质量｡电缆所需铜带宽度w的计算公式为:

式中:D为焊管外径;Df为铜护套前缆芯外径;h为轧纹深度;t为铜带厚度;δ为间隙,δ=0.5~1.0mm;w2为铜带废边宽度,w2,min=5mm｡

在选择合适规格铜带的基础上,还应提高精切质量｡精切刀间距为切带宽度,通常切带宽度w0=(D-t)π+0.5mm｡如果铜带精切质量不好,则容易引起坡口过大或一边高一边低,严重时甚至引起合缝处搭叠(如图1所示),影响焊接质量｡为确保铜护套焊接质量,在切带时应压紧铜带,严禁松动,切完后两边铜带对缝应严密,不能有缝,同时在切带过程中严禁卡尺类工具磕､碰损伤精切刀口｡

图1因精切质量不好导致的铜带成型合缝处欠佳现象

2.2铜护套成型工序工艺控制

2.2.1铜护套成型工序配置和调整

铜护套成型工艺控制直接影响铜护套氩弧焊焊接质量,为避免焊接时发生偏弧和焊缝容易开裂等不良现象,应确保铜带成型合缝平整(两边高低一致)､紧密,缝中不夹杂异物,缝在正上方且稳定｡对于厚度较厚不易弯曲的铜带,应特别关注,避免其出现因受应力影响而导致的难以合缝､合缝不稳､间隙性的鼓边或合缝两边一边高一边低等不良现象｡为了实现良好的铜护套成型(铜带合缝处缝隙平整､紧密而不重叠),必须按工艺规定配置并调整各成型模具(包括成型定位､成型轮､喇叭模､定径模等),同时调节铜带张力｡通过不穿缆芯走空管且不焊接的方式,仔细观察钨针下方的铜带合缝处缝隙是否平整｡一旦发现有一边鼓起现象,则表明铜带合缝质量有问题,必须通过调整铜带张力或更换尼龙喇叭模或调整铜带宽度等一项或多项措施进行改善,直至走空管时铜带合缝处缝隙平整｡

2.2.2成型模具配置

在铜护套成型模具配置时,应根据铜带宽度和焊管外径(轧纹前铜护套外径)D进行成型轮､喇叭模､定径模等铜护套成型模具设计｡通常先通过成型轮使铜带预变形后,再由喇叭模和定径模使之变为圆润的管状,进行下一步缝隙焊接｡

成型轮主要用于铜带两边及整体成型,可选用1道次或2道次成型轮｡图2示出了2道次成型轮的结构尺寸,其第1道成型轮先将较难成型的铜带两边弯曲,第2道成型轮再逐渐加大整体成型的弧度,图中所示为成型轮的凹轮(下轮)R､R2,凸轮(上轮)R､R2均应减去(t+0.2mm)｡为了不损伤带边,有利于焊接,第1道成型轮的凹轮进口宽A1应大于精切带宽(切带宽度)w0(A1>w0);第2道成型轮的凹轮进口宽A2应大于前轮成型后铜带的总宽a1(A2>a1)｡通过成型轮使带材预变形后,再经喇叭模使其变为圆润的管状,进行下一步的缝隙焊接｡喇叭模的结构尺寸可根据不同的铜带性能和焊管外径D进行设计｡一般喇叭模锥度β=8°~12°(如图3所示);如果使用多道喇叭模,则前面一道喇叭模的进口直径din是后面喇叭模出口直径dout的70%~80%,一般靠近成型轮的喇叭模的进口直径din=(0.7~0.8)πD,靠近定径模的喇叭模出口直径dout比定径模直径大2~3mm｡定径模的结构尺寸可根据焊管外径D进行设计,定径模内径Dfdm,i=Df+2t+2h+(0.5~1.0)mm｡为确保铜带成型良好､合缝紧密,所设计的定径模应在轴向上从入口处至0.8Lfdm(Lfdm为定径模长度)处宜有0.5°~1.0°的锥度｡

图22道次成型轮的结构尺寸

图3铜护套成型喇叭模结构尺寸

2.3铜护套氩弧焊工序工艺控制

2.3.1焊接工艺参数设置

铜护套氩弧焊工序中焊接工艺参数(特别是焊接电流)的合理设置是确保铜护套焊接良好的关键,应避免因焊接电流过大而烧穿焊缝,以及因焊接电流过小使焊缝两边各仅熔化一点点而无法熔合在一起｡表1示出了不同厚度铜带焊接时焊接电流的设置｡为了确保铜护套焊接质量,可通过在焊接铜护套前先试焊一段空管(不穿缆芯),在调试好焊接工艺参数(合适的焊接电流与焊接速度)后,再穿入缆芯进行正式焊接｡

表1不同厚度铜带焊接时焊接电流的设置

2.3.2钨极选用和安装

钨极是焊接铜护套的关键部件,其质量对焊接质量有极大的影响｡为了确保铜护套焊接质量,钨极宜为2%~3%钍钨电极,该类钍钨电极虽比铈钨电极起弧难一些,但长期焊接稳定性好,一般采用3~4mm钨针｡焊接所用钨极必须断面整齐､无开裂,含钍量足且均匀,在焊接时变形极小､前端堆积物很少､焊弧稳定｡相对于国内品牌钨极,霍尼韦尔､西德宝､钢盾等国外品牌钨极质量更好,高质量钨极具有以下优势:可避免钨极前端容易形成堆积物而影响焊接质量(如堆积物较多时还会有部分下落,造成瞬时短路烧灼,表现为小黑点,严重时甚至会造成针孔);可避免频繁停车清理,减少停车再启车时容易出现漏点的现象,确保铜护套气密性｡

钨极在安装钨针前,应先用砂轮机打磨钨针(钨针与砂轮成15°角),将其表面一层打磨掉,打磨后的钨针前端形状如图4所示,并通过抛光使之洁净光亮｡每次焊接前必须保证钨针头的洁净,钨针在打磨后立刻装入焊枪嘴内,避免再次接触到污染物｡钨针前端直径Φ1会影响焊缝宽度,对于较薄的焊带宜选择较小值,对于较厚的焊带宜选择较大值｡在安装钨针时,使用调节按钮进行上下､左右､前后调节焊接位置,使钨针处于焊缝正上方约0.5mm｡喷嘴与钨极是同电位,钨极必须伸出喷嘴2~4mm,在调节钨极时应注意喷嘴头要离碳刷或焊管远一些,避免因靠近碳刷引起喷嘴对碳刷放电影响焊接,甚至烧坏喷嘴｡

图4钨针前端形状

2.3.3保护气体选用和流量设置

为了确保铜护套焊接良好,应采用普通纯氩(99.98%)和普通纯氦(99.99%)作为保护气体,严禁采用纯度较低的氩气和氦气(特别是混入氧气)作为保护气体,以免无法起到应有的保护作用,影响焊接质量｡对于不同厚度铜带,在焊接速度为1~20m/min时,气体流量的设定宜保持稳定,避免随焊接速度的加快而加大､随焊接速度的减小而减少､随铜带厚度不同而变化｡相对空气流量计,采用稳定性极好的小气流量保护阀可实现0.1m3/h的精确控制,避免因保护气体流量过大易产生絮流,而导致焊弧不稳和钨极变形｡在焊接前的系统检查时,应特别注意气路是否漏气｡

2.3.4焊接设备放置环境

为了确保铜护套焊接良好,焊接设备应安放在无灰尘车间,以免灰尘影响铜带的洁净和成型焊接部分的洁净;焊接设备不宜安放在风道,特别是成型焊接部分(最怕风的干扰),必要时可在成型焊接处特别加装隔风装置;焊接设备旁边不允许有强烈振动的设备;操作人员严禁用油､脏手去摸金属带材及成型部分,特别是精切带边及焊缝｡

2.3.5缆芯制作质量和放线状态控制

为确保铜护套焊接质量,制作的柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆的缆芯尺寸应均匀稳定,缆芯放线速度应均匀,避免忽紧忽松而引起铜护套成型､焊接不良或偏弧,最终导致电缆缺陷｡

2.4铜护套轧纹工序工艺控制铜护套轧纹工序中轧纹工艺参数(特别是轧纹深度与轧纹节距)的合理设置是确保铜护套焊接良好的关键｡表2示出了不同焊管外径铜护套轧纹工艺参数(轧纹节距p与轧纹深度h)设置,相关参数设置可根据生产现场实际铜护套前缆芯外径Df与焊管外径D调整,但宜使轧纹后铜管焊管内径Di≈Df+(0.5~1.0)mm,既可避免焊管和缆芯两者之间间隙过大而使缆芯容易被抽出,又可避免两者间隙过小而导致轧纹时容易压到缆芯,伤害绝缘层,甚至导致绝缘击穿｡

表2不同焊管外径铜护套轧纹工艺参数设置

3、结束语

轧纹铜护套氩弧焊工艺质量的提高是确保柔性轧纹铜护套云母带矿物绝缘防火电缆使用性能的关键｡本文通过对影响轧纹铜护套氩弧焊质量的因素的综合研究和分析,有针对性地提出了相应的控制措施,可靠的设备结合严格的工艺控制是焊管成功的关键｡由于影响氩弧焊工艺质量的因素较多,实际造成的焊接缺陷也是多种多样,只有结合实际情况具体问题具体分析,才能排除问题,保证焊接质量｡

参考文献:

[1]中国电器工业协会.额定电压0.6/1kV及以下云母带矿物绝缘波纹铜护套电缆及终端:GB/T34926—2017[S].北京:中国标准出版社,2017.

[2]住房和城乡建设部.额定电压0.6/1kV及以下金属护套无机矿物绝缘电缆及终端:JG/T313—2014[S].北京:中国标准出版社,2015.

文章来源:贾玉基,刘宇,田崇军.柔性轧纹铜护套防火电缆氩弧焊工艺质量影响因素[J].光纤与电缆及其应用技术,2025,(02):24-27.