CN115255826B - 一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，包括以下步骤：母材处理，将钢丝和铜丝分别进行矫直处理；平口；开坡口，对钢丝和铜丝的需要焊接的端部进行开坡口，形成铅笔头状；清理坡口；母材对中，使得钢丝和铜丝的坡口处紧密贴合，钢丝和铜丝对中后，坡口处呈X形；焊丝选择，采用黄铜焊丝；开始焊接，采用多层多道的焊接方式进行焊接，焊接层包括打底层、填充层和盖面层，焊接时，先焊一道打底层，然后先从靠近钢丝的一侧焊起，这样可以避免铜丝一侧的持续高温，焊两道填充层，再焊一道盖面层，每道焊接层均采用快速点焊的方式。本发明提供的焊接方法，操作简单，焊接速度快，而且焊接处强度高。
Description
技术领域
本发明涉及电缆焊接技术领域，特别涉及一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法。
背景技术
海底电缆是敷设于海底主要用于电能传输的工具，广泛应用于陆地与岛屿之间、海上石油平台与陆地之间、海上风电场等，用于电能和信号的传输。
高压海底电缆铠装层包括依次交替相接的钢丝铠装层和铜丝铠装层，其中，钢丝铠装层包覆在电缆的海底段，铜丝铠装层包覆在电缆的登陆段。海底段与登陆段外部环境温度不同，如果不采用这种结构，海底电缆与登陆段电缆载流量的匹配性不够，这种铠装层的结构设计可以使整根电缆的载流量一致。
海底段铠装在和登陆段铠装在连接时，需要将钢丝和铜丝进行连接，但是由于钢丝和铜丝的直径较小，在焊接时如何保证焊接点的强度，成为了亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，提供一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，操作简单，焊接速度快，而且焊接处强度高。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，包括以下步骤：
S1.母材处理，将钢丝和铜丝分别进行矫直处理；
S2.平口，切割掉钢丝和铜丝的端头；
S3.开坡口，对钢丝和铜丝的需要焊接的端部进行开坡口，形成铅笔头状；
S4.清理坡口，去除坡口处的杂质；
S5.母材对中，将钢丝和铜丝纵向对中，并使得钢丝和铜丝的坡口处紧密贴合，钢丝和铜丝对中后，坡口处呈X形；
S6.焊丝选择，采用黄铜焊丝；
S7.开始焊接，采用多层多道的焊接方式进行焊接，焊接层包括打底层、填充层和盖面层，焊接时，先用氩弧焊焊枪加热使母材达到熔点形成熔池，此时加入焊丝快速点焊，先焊一道打底层，然后先从靠近钢丝的一侧焊起，这样可以避免铜丝一侧的持续高温，焊两道填充层，再焊一道盖面层，每道焊接层均采用快速点焊的方式。
本发明的有益效果为：本发明的焊接方法，通过将钢丝和铜丝的坡口形状设置为形成铅笔头状，钢丝和铜丝对中后，两个坡口呈X形，焊接时，能够保证焊接的穿透性，确保焊接无错位，保证焊接强度；并且采用黄铜焊丝作为焊接材料，黄铜原子和钢丝结合性好，能够保证焊接后的强度，此外焊接时采用一道打底层、两道填充层和一道盖面层的方式进行焊接，能够使得填充的黄铜焊丝充分地和铜丝钢丝溶合，以达到最佳强度状态，保证焊接处强度高。
作为本发明的一种改进，在步骤S1中，钢丝的直径在3-9mm之间，铜丝的直径在3-9mm之间。
作为本发明的一种改进，在步骤S3中，开坡口时，坡口的单边角度在30°-35°之间。
作为本发明的一种改进，在步骤S4中，用百洁布擦拭钢丝和铜丝，用专用酒精清洁布蘸取无水乙醇擦拭钢丝和铜丝，确保钢丝和铜丝的端头20mm范围内光滑、干净、无油污、无肉眼可见纤维、金属毛刺等其他物质。
作为本发明的一种改进，在步骤S5中，钢丝和铜丝对中后，在铜丝和钢丝临近焊接处上分别安装有冷却装置。
作为本发明的一种改进，所述冷却装置上形成有与钢丝和铜丝直径相适配的通孔，所述冷却装置上还设有位于通孔外周的水冷通道以及与水冷通道连通的侧进水口和侧出水口。
作为本发明的一种改进，在步骤S6中，黄铜焊丝在进行焊接时，先预热80℃后蘸铜焊粉使用。
作为本发明的一种改进，在步骤S7中，打底层覆盖在坡口外周，两道填充层中，一道填充层覆盖在打底层和铜丝之间，另一道填充层覆盖着打底层和钢丝之间，盖面层覆盖在两道填充层以及打底层之间。
作为本发明的一种改进，在步骤S7中，每道焊接完均需冷却5秒，焊接电流为100-130A的直流电流。
作为本发明的一种改进，还包括以下步骤：
S8.焊点打磨，焊接完成后采用轮机将突起焊缝打磨光滑，确保焊接处外径与钢丝和铜丝的外径一致；
S9.组装，焊接好的部件在海底电力电缆立式成缆机上与钢丝、铜丝焊接到一起，完成生产的连续性，确保铠装层强度，保护电缆无损伤。
附图说明
图1是本发明钢丝和铜丝在对中时示意图。
图2是本发明的钢丝和铜丝在焊接时示意图。
图3是本发明的冷却装置结构示意图。
图中，1、铜丝；2、钢丝；3、打底层；4、填充层；5、盖面层；6、坡口；7、冷却装置；7.1、侧进水口；7.2、侧出水口；7.3、通孔。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步阐释。
参见图1至图3所示的一种海底电缆铠装用钢丝2与铜丝1的焊接方法，包括以下步骤：
S1.母材处理，用老虎钳将钢丝2和铜丝1分别进行矫直处理；钢丝2的直径在3-9mm之间，铜丝1的直径在3-9mm之间；为保证焊接时对中平整；用砂轮机打磨钢丝2和铜丝1,本实施例中,选用的铜丝1是硬铜丝1，钢丝2是镀锌钢丝2，铜丝1和钢丝2的直径均为6mm；铜丝1和钢丝2的截取长度均为60cm；
S2.平口，切割掉钢丝2和铜丝1的端头；
S3.开坡口6，对钢丝2和铜丝1的需要焊接的端部进行开坡口6，形成铅笔头状，坡口6的单边角度在30°-35°之间；使得电弧能深入接头根部，使接头根部焊透，便于清渣获得较好的焊缝成形，增大焊缝金属中填充物比例，增加熔覆厚度，确保焊缝强度；
S4.清理坡口6，用百洁布擦拭母材，用专用酒精清洁布蘸取无水乙醇擦拭母材，确保端头20mm范围内光滑、干净、无油污、无肉眼可见纤维、金属毛刺等其他物质，避免杂质夹杂在焊缝中，产生气孔导致焊缝强度减弱，焊接失效；
S5.母材对中，将处理好的钢丝2和铜丝1装在焊接台夹具上，调节焊接端头距离，钢丝2和铜丝1纵向对中，并使得钢丝2和铜丝1坡口6的铅笔头尖部处紧密贴合，钢丝2和铜丝1对中后，坡口6处呈X形，X形坡口6角度为60°-70°，铜丝1与钢丝2间隙≤0.2mm，确保焊接无错位，保证焊接强度，由于焊接处融合面太小，如果采用V形坡口6处，则对中后坡口6的下端，很容易融化掉，并且焊接坡口6下端的时候，上端的焊缝金属会流下来，而且钢丝2太细，黄铜焊丝填充的流动性又很差，所以V形坡口6很容易出现焊接不透等现象，因此本方案中采用X形坡口6。
此外在铜丝1和钢丝2分别距离焊点5cm位置处加装冷却装置7，防止焊接热量过高，确保钢丝2和铜丝1强度，减小焊接时热影响区域，具体而言，参见图3所示，所述冷却装置7由两个水模拼接形成，所述两个水模拼接后形成有与铜导体、铝铜过渡接头、铝导体的直径相适配的通孔7.3，所述每个水模上还设有位于通孔7.3外周的水冷通道以及与水冷通道连通的侧进水口7.1和侧出水口7.2。两个水模之间,其中一个水模的侧进水口7.1和另一个水模的侧出水口7.2通过外接管路进行连通。通过向其中一个水模的侧进水口7.1内注入冷却水，冷却水进入水冷通道内能够将通孔7.3内的钢丝2和铜丝1进行水冷,最后再由侧出水口7.2排出后经过外接管路进入另一个水模中进行冷却，并且可以由同一个进水装置向多个冷却装置7的侧进水口7.1同时进水。冷却水的温度为20摄氏度，防止焊接热量过高，确保母材强度，减小热影响区域，从而使得铜丝1和钢丝2处不会过热，铜丝1和钢丝2的强度不会受到影响。
S6.焊丝选择，采用直径2.5mm的HS221的黄铜焊丝，黄铜焊丝在进行焊接时，先预热80℃后蘸铜焊粉使用，其熔点不高于钢丝2和铜丝1，焊接后抗拉强度满足要求。相比紫铜焊丝而言，黄铜原子和钢丝2结合性能更好，所以用黄铜做填充材料。
S7.开始焊接，采用多层多道的焊接方式进行焊接，保护气体为氩气，其纯度≥99.999％，焊接层包括一道打底层3、两道填充层4和一道盖面层5，焊接时，先用氩弧焊焊枪加热使母材达到熔点形成熔池，此时加入焊丝快速点焊，先焊一道打底层3，然后先从靠近钢丝2的一侧焊起，这样可以避免铜丝1一侧的持续高温，焊两道填充层4，再焊一道盖面层5，每道焊接层均采用快速点焊的方式，焊接电流为120A的直流电流，偏大的电流好处是能够快速传递热量，在最短的时间内焊完焊缝，因为铜丝1导热太快，持续焊接的热量，会使铜丝1氧化严重，强度降低，小电流则反之所以使用大电流快速焊接。由于电流使用的偏大，能让铜丝1和钢丝2快速受热便于填充的黄铜焊丝充分的和铜钢丝2熔合已发到最佳强度状态，每道焊接完均需冷却5秒，在高温状态下，第一道焊完后，温度过高，冷却5秒让焊缝降温，以便于焊接第二道时不破坏原来成型的焊缝和强度。
参见图2所示，焊接结构为：打底层3覆盖在坡口6外周，两道填充层4中，一道填充层4覆盖在打底层3和铜丝1之间，另一道填充层4覆盖着打底层3和钢丝2之间，盖面层5覆盖在两道填充层4以及打底层3之间，从而能够保证焊接强度。
S8.焊点打磨，焊接完成后采用轮机将突起焊缝打磨光滑，确保焊接处外径与钢丝2和铜丝1的外径一致，使得铠装层受力均匀，打磨时注意钢丝2和铜丝1无损伤，确保焊接后单丝抗拉强度；焊接后用拉力机测试拉断力＞6400N，抗张强度＞226MPa，断裂处位于铜丝1一侧的热影响区。
S9.组装，焊接好的部件在海底电力电缆立式成缆机上与钢丝2、铜丝1焊接到一起，完成生产的连续性，确保铠装层强度，保护电缆无损伤。
本发明的焊接方法，通过将钢丝2和铜丝1的坡口6形状设置为形成铅笔头状，钢丝2和铜丝1对中后，两个坡口6呈X形，相比V型坡口6，能够避免焊接时因熔合面太小可能导致V型下端熔化而造成上端焊缝金属下流的不利影响，确保焊接无错位，保证焊透；并且采用黄铜焊丝作为焊接材料，黄铜原子和钢丝2结合性好，能够保证焊接后的强度，此外焊接时采用一道打底层3、两道填充层4和一道盖面层5的方式进行焊接，能够使得填充的黄铜焊丝充分地和铜丝1钢丝2熔合，以达到最佳强度状态，保证焊接处强度高，操作简单，焊接速度快，表面质量好，无未焊透、熔合、裂纹、气孔、夹渣等缺陷。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.母材处理，将钢丝和铜丝分别进行矫直处理；
S2.平口，切割掉钢丝和铜丝的端头；
S3.开坡口，对钢丝和铜丝的需要焊接的端部进行开坡口，形成铅笔头状；
S4.清理坡口，去除坡口处的杂质；
S5.母材对中，将钢丝和铜丝纵向对中，并使得钢丝和铜丝的坡口处紧密贴合，钢丝和铜丝对中后，坡口处呈X形；
S6.焊丝选择，采用黄铜焊丝，黄铜焊丝在进行焊接时，先预热80℃后蘸铜焊粉使用；
S7.开始焊接，采用多层多道的焊接方式进行焊接，焊接层包括打底层、填充层和盖面层，焊接时，先用氩弧焊焊枪加热使母材达到熔点形成熔池，此时加入焊丝快速点焊，先焊一道打底层，然后先从靠近钢丝的一侧焊起，避免铜丝一侧的持续高温，焊两道填充层，再焊一道盖面层；每道焊接层均采用快速点焊的方式，焊接电流为120A的直流电流，在最短的时间内焊完焊缝，让铜丝和钢丝快速受热便于填充的黄铜焊丝充分的和铜钢丝熔合已发到最佳强度状态，每道焊接完均需冷却5秒，在高温状态下，第一道焊完后，温度过高，冷却5秒让焊缝降温，以便于焊接第二道时不破坏原来成型的焊缝和强度；
打底层覆盖在坡口外周，两道填充层中，一道填充层覆盖在打底层和铜丝之间，另一道填充层覆盖着打底层和钢丝之间，盖面层覆盖在两道填充层以及打底层之间，从而能够保证焊接强度；
在铜丝和钢丝分别距离焊点5cm位置处加装冷却装置，防止焊接热量过高，确保钢丝和铜丝强度，减小焊接时热影响区域，所述冷却装置由两个水模拼接形成，所述两个水模拼接后形成有与铜导体、铝铜过渡接头、铝导体的直径相适配的通孔，所述每个水模上还设有位于通孔外周的水冷通道以及与水冷通道连通的侧进水口和侧出水口；两个水模之间,其中一个水模的侧进水口和另一个水模的侧出水口通过外接管路进行连通；通过向其中一个水模的侧进水口内注入冷却水，冷却水进入水冷通道内能够将通孔内的钢丝和铜丝进行水冷,最后再由侧出水口排出后经过外接管路进入另一个水模中进行冷却，并且可以由同一个进水装置向多个冷却装置的侧进水口同时进水；冷却水的温度为20摄氏度，防止焊接热量过高，确保母材强度，减小热影响区域，从而使得铜丝和钢丝处不会过热，铜丝和钢丝的强度不会受到影响。
2.根据权利要求1所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：在步骤S1中，钢丝的直径在3-9mm之间，铜丝的直径在3-9mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：在步骤S3中，开坡口时，坡口的单边角度在30°-35°之间。
4.根据权利要求1所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：在步骤S4中，用百洁布擦拭钢丝和铜丝，用专用酒精清洁布蘸取无水乙醇擦拭钢丝和铜丝，确保钢丝和铜丝的端头20mm范围内光滑、干净。
5.根据权利要求1所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：在步骤S5中，钢丝和铜丝对中后，在铜丝和钢丝临近焊接处上分别安装有冷却装置。
6.根据权利要求5所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：所述冷却装置上形成有与钢丝和铜丝直径相适配的通孔，所述冷却装置上还设有位于通孔外周的水冷通道以及与水冷通道连通的侧进水口和侧出水口。
7.根据权利要求1所述的一种海底电缆铠装用钢丝与铜丝焊接方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S8.焊点打磨，焊接完成后采用轮机将突起焊缝打磨光滑，确保焊接处外径与钢丝和铜丝的外径一致；
S9.组装，焊接好的部件在海底电力电缆立式成缆机上与钢丝、铜丝焊接到一起，完成生产的连续性。
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