CN109332859B - 高能点火器油枪修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高能点火器检修领域，尤其是一种高能点火器油枪修复方法。本发明公开的高能点火器油枪修复方法，包括如下步骤：选材：选取与高能点火器油枪的焊接母材相匹配的焊丝；清理及组对：清理高能点火器油枪的铜端头和钢接头的焊接部位，将铜端头和钢接头进行组对；焊接：采用钨极氩弧焊进行铜端头和钢接头的焊接，焊丝直径2.2～2.6mm，焊接速度40～60mm/min，焊接电流50～80A，电弧电压12～15V，氩气流量为10～15L/min。该高能点火器油枪修复方法中，利用钨极氩弧焊进行焊接，通过选择合适的焊接参数，在保证铜端头焊接处具有足够的热量输入，保证焊接质量的情况下，可以有效防止热量烧穿管壁或者是烫坏内衬铜端头。

Description

高能点火器油枪修复方法

技术领域

本发明涉及高能点火器检修领域，尤其是一种高能点火器油枪修复方法。

背景技术

高能点火器油枪装置主要由枪头、枪芯、内管、外管、绝缘次套管、高压屏蔽电缆、油接头、气接头和堵头等结构组成。可直接用于点燃天然气、液化石油气、煤油、柴油、重油、渣油等。高能点火枪抗污染能力强，能在水中打火，适用于各种复杂环境，广泛应用于火力发电行业。高压屏蔽电缆散热外壳端头与油枪外管接头一边为黄铜，另一边为普通低碳钢。铜与钢焊接较钢与钢、铜与铜的焊接困难，铜与钢焊缝不合格的主要原因在于易产生气孔、裂纹、未熔合等常见缺陷，成品率低。

在长时间使用后，高能点火器油枪高压屏蔽电缆散热外壳铜端头与外管钢接头在运行时容易膨胀开来，出现大面积漏油现象，需要对其进行修复。

黄铜的主要成分为铜锌合金，由于其导散热量的能力非常好，耐高温，用于点火器油枪高压屏蔽电缆散热外壳端头可以有效的保护电缆和内部绝缘次套管，油枪的其它部分使用20号低碳钢。铜与钢的焊接不仅充分利用了材料各自的性能和作用，而且大大节约材料，降低成本，然而却给焊接带来了很大的挑战，铜与钢的物理性能如下表1：

表1铜与钢物理性能

从表1可以看出，铜的熔点为1083℃，普通碳钢的熔点为1538℃左右；铜的线膨胀系数比钢大15.5％；铜比钢的导热率在20℃大7倍左右、在100℃大10倍；收缩率大1.35倍。整体物理性能差异较大，这对保证铜与钢的焊接质量非常不利，不同的熔点导致铜与钢焊接时，焊缝组织易形成低熔点共晶或产生粗大的树枝状结晶，极大的削弱了铜与钢在高温时的晶间结合力。差异较大的线膨胀系数和收缩率将增加焊件变形和裂纹产生的几率；铜侧大的导热率将使焊接电弧热量迅速从加热区传导出去，使气体来不及溢出，气孔的几率将大大增加，同时如果焊接材料和焊接工艺参数不合适，母材与填充金属将非常难熔合，有可能完全不熔，只能呈现“机械式”的结合。

铜和铁在液态时无限互溶，在固态时有限固溶，形成铜与铁的混合固溶体，铜与铁的晶胞参数(晶格类型、晶格常数和原子半径)如下表2所示：

表2铜和铁的晶胞参数

根据上表2可以看出，当铁在912℃～1394℃之间时，晶格类型为fcc,这与铜的晶格类型相同，同时晶格常数和原子半径非常相近。根据有关资料介绍，对于铜与钢异种焊接接头，当焊缝中铁的百分含量在10％～43％时，铜与铁不但不会偏析形成脆性金属间化合物使焊缝区和熔合区产生裂纹，反而能形成抗裂能力很好的双相组织(α+ε)，这正是铜与铁实现原子间结合的焊接理论依据。

要想把铜与钢这两种材料焊到一起，使之达到原子间的结合，目前用得最多的为气焊，但因气焊热量分散、效率低、施工环境恶劣，一般用在接头质量要求不高的情况下。钎焊只能实现“机械式”的连接，一般用于小的电子元器件需要焊接的场合。对于质量等级要求高的场合均显现出很大的局限性，相比而言，钨极氩弧焊具有如下优点：

1)、电弧热量高度集中，热影响区窄，焊接变形小。

2)、氩气具有极好的保护作用，能有效的隔绝周围空气；它本身既不与金属起化学反应，也不溶于金属，使得焊接过程中的冶金反应简单易控制。

3)、钨极电弧非常稳定，即使在很小电流情况下(<10A)仍可稳定燃烧，特别适用于薄板材料焊接。

4)、热源和填充焊丝可分别控制，氩弧焊明弧操作，便于观察熔池，热输入容易调整，可进行全方位焊接。

5)、由于填充焊丝不通过电流，故不产生飞溅，同时用氩气保护无熔渣，焊缝成型美观，质量好。

焊接过程中由于母材的熔化，不可避免的产生成分过渡区段，对于异种材料稀释情况体现得更为明显，影响异种金属材料焊接过程中过渡区性能因素较多，主要为填充材料、焊接参数及焊缝结晶条件等。过渡区的性能与母材及焊缝金属的性能均不相同，造成异种材料焊接接头在金属组织及力学性能上的不均匀性。尤其是在外加拘束的情况下，在这个区段内更容易产生裂纹或脆断，这种过渡区段将显著地降低焊接接头力学性能。然而，应用热量集中、热影响区窄的钨极氩弧焊能最大限度的减小这种不均匀。

基于以上因素，铜与钢优选采用钨极氩弧焊。在现有的铜钢焊接中，由于铜材质导热性好，为使铜侧能够获得足够的热量，防止焊缝出现不良缺陷，理应采用大的焊接热输入规范，但是对于高能点火器油枪而言，其但铜管和钢管壁厚较薄(＜2.0mm)，且内部具有内衬绝缘次套软管，大的热输入很容易烧穿管壁或烫坏内衬绝缘次套软管，这是对高能点火器油枪修复的一个难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种焊缝成型良好、运行稳定的高能点火器油枪修复方法。

本发明公开的高能点火器油枪修复方法，包括如下步骤：

选材：选取与高能点火器油枪的焊接母材相匹配的焊丝；

清理及组对：清理高能点火器油枪的铜端头和钢接头的焊接部位，将铜端头和钢接头进行组对；

焊接：采用钨极氩弧焊进行铜端头和钢接头的焊接，焊丝直径2.2～2.6mm，焊接速度40～60mm/min，焊接电流50～80A，电弧电压12～15V，氩气流量为10～15L/min。

优选地，在焊接前，铜端头上开设坡口，钢接头上则不开设坡口。

优选地，焊接时，焊缝中铁的质量分数为10％～43％。

优选地，焊丝中Cu的质量分数较铜端头中Cu的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Si的质量分数较铜端头中Si的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Zn的质量分数较铜端头中Zn的质量分数多0.05％～0.2％，

优选地，所述铜端头的化学元素质量分数包含Cu 71.7％、Si 1.7％、Zn 25.6％，所述焊丝的化学元素质量分数包含Cu 72.0％、Si 1.8％、Zn 26％。

优选地，在焊接组对时，沿铜端头和钢接头周向均匀焊接三个点固焊，对铜端头和钢接头进行固定。

优选地，焊接时，分别以三个点固焊为中心点进行第一阶段分段焊接，第一阶段分段焊接的焊缝之间未焊接部分的圆心角在50°～70°之间；第一阶段分段焊接完成后进行第二阶段的焊接，分别将3段未焊接部分焊接完成。

优选地，在焊接时，焊丝偏向铜端头侧以保证铜侧有足够的热量输入，电弧在铜端头侧停留时间要长于钢侧。

优选地，焊前准备时，用砂轮仔细清理表面和两侧30mm以内的油、锈、水及铜侧表面镀锌层杂质，使其露出金属光泽。

本发明的有益效果是：该高能点火器油枪修复方法中，利用钨极氩弧焊进行焊接，通过选择合适的焊接参数，在保证铜端头焊接处具有足够的热量输入，保证焊接质量的情况下，可以有效防止热量烧穿管壁或者是烫坏内衬铜端头。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明。

本发明公开的高能点火器油枪修复方法，包括如下步骤：

选材：选取与高能点火器油枪的焊接母材相匹配的焊丝；

清理及组对：清理高能点火器油枪的铜端头和钢接头的焊接部位，将铜端头和钢接头进行组对；

焊接：采用钨极氩弧焊进行铜端头和钢接头的焊接，焊丝直径2.2～2.6mm，焊接速度40～60mm/min，焊接电流50～80A，电弧电压12～15V，氩气流量为10～15L/min。

在铜钢焊接中，焊丝的选择通常根据铜侧的母材而确定，若不确定母材成分可以对其待焊铜侧进行直读光谱成分测定，并与GB/T5231－2012《加工铜及铜合金牌号和化学成分》标准进行比对。高能点火器油枪的铜端头通常采用牌号H70的铜锌合金，H70具有极为良好的塑性和较高的强度，切削加工性能好，用于复杂的冷冲件和深冲件，如散热器外壳、导管、波纹管、弹壳、垫片、各种深拉和弯折制造的受力零件，是应用广泛的一个黄铜品种。

在焊接前，需要对焊接母材进行清理，防止影响焊接质量，清理时，可用砂轮清理表面和两侧越30mm以内的油、锈、水及铜侧表面镀锌层杂质，使其露出金属光泽，尤其是钢侧锈蚀必须清理干净，以杜绝由于锈蚀造成未熔合缺陷的产生。清理完成后即可将待焊接的铜端头和钢接头进行组对，可以采用点固焊等方式进行固定。

组对后即可进行正式焊接，如背景技术中所述，采用钨极氩弧焊进行焊接，但同时应注意焊接操作应在空气流通的地方进行，或者采用人工通风，以防止铜和锌中毒。氩弧焊产生紫外线强度高余手工焊条电弧焊5－30倍，另外，钨极有放射性，对焊工身体有一定的危害，需要加以防护，尤其是对钨极进行清理和打磨时，目前推广使用的铈钨对焊工的危害较小。

由于铜的导热性能良好，需要大的焊接热输入规范，才能保证其焊接质量，但是对于高能点火器油枪而言，其但铜管和钢管壁厚较薄(＜2.0mm)，且内部具有内衬绝缘次套软管，大的热输入很容易烧穿管壁或烫坏内衬绝缘次套软管。对此，本发明的焊接参数规范如下。

表3焊接参数规范

采用上述焊接参数，可以有效防止焊缝出现不良缺陷，并且保护高能点火器油枪的其他构件。钨极氩弧焊焊接操作时电弧应保持尽可能短，适当的选择喷嘴及控制钨极伸出长度，施焊时必须有适当的防风措施以保证保护气体屏蔽。为了保证焊缝很好的熔合需每焊接一段时间后对钨极和喷嘴进行必要的打磨和清理，使热量尽可能多的作用于焊丝上。焊接时，控制焊缝中铁的质量分数为10％～43％，使其形成抗裂能力很好的双相组织(α+ε)。

在焊接过程中可以开设坡口，保证焊接质量。坡口开设的形式有很多种，但是在对焊时，若开设坡口通常都是在两侧母材上均开设有坡口。本发明中，采用了更小的热量输入，以保护内衬等部件，但是铜侧的导热良好，为了使其铜侧能够更好地熔合，在焊接前，铜端头上开设坡口，钢接头上则不开设坡口。在对接部位，铜端头因开设有坡口，其熔合所需的热量降低，可以平衡因导热损失的热量，而钢接头导热性能相对铜要差，则不开设坡口，通过上述参数的热量输入可以使两边都能获得所需的热量输入。

由于焊接过程中，焊丝存在烧损情况，因此为了减小因焊缝成分偏析引起的不良缺陷，焊丝中Cu的质量分数较铜端头中Cu的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Si的质量分数较铜端头中Si的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Zn的质量分数较铜端头中Zn的质量分数多0.05％～0.2％。如下表所示，为本发明焊丝选择的一种优选实施方式。

表4母材及焊丝化学成分质量百分含量

其中，除Cu百分含量为下限外，其它的化学成分为上限值；－表示无该检测项或检测无该成分；余量为化学元素总含量100％与实测已知成分差值。

焊接前组对主要是为了是将待焊物进行固定。铜的线膨胀系数大，凝固时易产生较大的收缩应力，造成裂纹或变形，针对铜端头和钢接头的焊接，在组对时，沿铜端头和钢接头周向均匀焊接三个点固焊，对铜端头和钢接头进行固定，点固焊焊点应均匀，防止变形拉裂。

同样由于铜的线膨胀系数大，正是焊接时，优选采用分段焊接的方式，基于上述组对方式，焊接时，分别以三个点固焊为中心点进行第一阶段分段焊接，第一阶段分段焊接的焊缝之间未焊接部分的圆心角在50°～70°之间；第一阶段分段焊接完成后进行第二阶段的焊接，分别将3段未焊接部分焊接完成。通过以三个点固焊中心点进行第一阶段分段焊接，一方面可以保证点固焊位置被充分重熔，使其不会出现缺陷，而且点固焊焊点本身在组对焊接时就达到了一定的平衡，在以此为中心点扩大焊接，可以最大限度的防止因热胀冷缩造成的，且三段焊缝之间相互影响作用相对较小，更加容易施焊。在第二阶段，则主要是焊接第一阶段未焊接的部分，由于第一阶段已经基本使整个焊接应力达到平衡，第二阶段焊接难度大大降低，焊接质量能够得到保障。

此外，铜钢焊接工艺要求焊丝应偏向铜侧以保证铜侧有足够的热量输入，电弧在铜侧停留时间要长于钢侧，这种操作技术难度很大，焊丝偏离坡口中心稍大将不能保证钢侧熔化和焊缝铁的百分含量，这对焊工的操作技法和经验提出了较高的要求，一般由经验丰富的技师进行焊接修复操作。

采用本发明的高能点火器油枪修复方法，在修复完成后，对30支高能点火器油枪进行PT外观检测，焊缝成型良好，焊后100％渗透探伤未发现裂纹、气孔、未焊透等不良缺陷，完全符合工艺和使用要求,修复后的高能点火器油枪后期运行稳定。

Claims (8)

1.高能点火器油枪修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

选材：选取与高能点火器油枪的焊接母材相匹配的焊丝；

清理及组对：清理高能点火器油枪的铜端头和钢接头的焊接部位，将铜端头和钢接头进行组对；

焊接：采用钨极氩弧焊进行铜端头和钢接头的焊接，焊丝直径2.2～2.6mm，焊接速度40～60mm/min，焊接电流50～80A，电弧电压12～15V，氩气流量为10～15L/min；

焊丝中Cu的质量分数较铜端头中Cu的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Si的质量分数较铜端头中Si的质量分数多0.1％～0.5％，焊丝中Zn的质量分数较铜端头中Zn的质量分数多0.05％～0.2％。

2.如权利要求1所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，在焊接前，铜端头上开设坡口，钢接头上则不开设坡口。

3.如权利要求1所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，焊接时，焊缝中铁的质量分数为10％～43％。

4.如权利要求1～3任一项所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，在组对时，沿铜端头和钢接头周向均匀焊接三个点固焊，对铜端头和钢接头进行固定。

5.如权利要求4所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，焊接时，分别以三个点固焊为中心点进行第一阶段分段焊接，第一阶段分段焊接的焊缝之间未焊接部分的圆心角在50°～70°之间；第一阶段分段焊接完成后进行第二阶段的焊接，分别将3段未焊接部分焊接完成。

6.如权利要求1所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，在焊接时，焊丝偏向铜端头侧以保证铜侧有足够的热量输入，电弧在铜端头侧停留时间要长于钢侧。

7.如权利要求1所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，清理时，用砂轮清理表面和两侧30mm以内的油、锈、水及铜侧表面镀锌层杂质，使其露出金属光泽。

8.如权利要求1所述的高能点火器油枪修复方法，其特征在于，在焊接过程中，每焊接一段时间后对钨极和喷嘴进行必要的打磨和清理。