变压器内壳屏蔽层用紫铜板焊接工艺研究

变压器内壳屏蔽层用紫铜板焊接工艺研究

潘左山     

特变电工新疆变压器厂   新疆昌吉   831100

摘要：本研究针对变压器内壳屏蔽层用紫铜板的焊接工艺进行了深入探索。紫铜作为一种优质的导电材料，在变压器内壳屏蔽层的应用中发挥着关键作用。然而，紫铜板的焊接工艺对焊接质量有着直接影响，进而影响到变压器整体的电磁屏蔽效果和性能稳定性。因此，研究紫铜板的焊接工艺，优化焊接参数，对提高变压器性能具有重要意义。希望通过本文的探究，能够为相关工作的开展起到参考作用。

关键词：变压器；内壳屏蔽层；紫铜板；焊接工艺

1.变压器内壳屏蔽层的重要性

变压器内壳屏蔽层的重要性在于其对于变压器整体性能和可靠性的关键作用。作为电力系统中不可或缺的组成部分，变压器的高效稳定运行对于保障电力供应至关重要。内壳屏蔽层不仅能够有效隔离不同电压等级线圈之间的电磁信号，减少电磁干扰，确保变压器内部各部件的正常工作，还能显著提高变压器的使用安全性。通过降低高电压线圈可能产生的电晕放电风险，保护人员免受潜在伤害。此外，内壳屏蔽层的设置还有助于提高变压器的整体质量和可靠性，延长其使用寿命，降低维护成本。在某些特殊应用的变压器中，如环形变压器，内壳屏蔽层还能增大初、次级绕组间的距离，减小极间耦合电容，从而降低电磁噪音，提升用户体验[1]。因此，在变压器的设计和制造过程中，充分考虑内壳屏蔽层的设置和优化，对于确保变压器的安全、高效运行具有重要意义。

2.紫铜板焊接工艺理论基础

2.1紫铜板的物理与化学性质

紫铜板因其优异的物理和化学性质，在焊接工艺中占据重要地位。其物理参数包括密度约为8.9g/cm³，熔点高达1083℃，以及卓越的导电率，通常超过98%。这些性质使得紫铜板在电气设备、散热器等领域有着广泛应用。在化学性质方面，紫铜板虽然具有较强的抗腐蚀性，但在特定环境下，如含有硫化氢等杂质气体的环境中，可能会发生氧化。因此，在紫铜板的储存、运输和焊接过程中，需要特别注意环境的湿度和气体成分。

2.2焊接原理与工艺分类

焊接，作为关键的金属连接技术，通过加热、加压或二者结合实现固态金属材料的原子间结合，形成不可拆卸的整体。在紫铜板焊接中，选择合适的工艺至关重要。紫铜板焊接工艺主要分三类：（1）TIG焊（钨极氩弧焊）：利用钨电极与工件产生的高温电弧熔化母材，以惰性气体（如氩气）保护焊接区域，确保焊缝质量和纯净度。TIG焊以焊缝质量好、美观、变形小等特点，在紫铜板焊接中广泛应用。（2）MIG焊（熔化极惰性气体保护焊）：采用可熔化的焊丝作为电极，通过送丝机构送入焊接区域进行熔化焊接，同样使用惰性气体保护。MIG焊效率高、操作简便，但焊缝质量稍逊于TIG焊，适用于对焊缝质量要求不高的场合[2]。（3）电阻焊：利用电流通过工件产生的电阻热加热工件至塑性或熔化状态，施加压力实现焊接。电阻焊速度快、效率高，但要求工件形状和尺寸精确，且对焊接电流和时间控制要求高，需谨慎选择。

2.3 焊接质量评价标准

在评估紫铜板焊接质量时，需关注几个关键方面。首先，焊缝的外观质量应达到标准，要求焊缝平整、光滑，无显著的焊接缺陷和瑕疵。其次，焊缝内部质量同样重要，需确保焊缝内部无夹杂物、气孔等缺陷，以保证焊接接头的强度。最后，紫铜板作为导电材料，焊接后接头的导电性也应得到保证，不应因焊接过程导致电阻增大而影响其导电性能。综合以上几个方面，我们才能对紫铜板焊接质量做出全面准确的评价。

3.变压器内壳屏蔽层用紫铜板焊接工艺的应用

3.1焊接前的准备

紫铜板焊接前的准备工作对于确保焊接质量至关重要，首先，必须彻底清洁紫铜板表面，去除油污、氧化物等杂质，以保障焊接接头的纯净度。可以采用清洁剂、机械打磨或化学清洗等方法进行表面处理。其次，根据紫铜板的厚度和焊接要求，精准选择合适的焊接参数，如焊接电流、电压和速度。其中，焊接电流与紫铜板厚度之间的关系可以通过公式I=K×t（其中K为电流系数）进行初步估算，再结合实际情况进行调整[3]。此外，还需准备TIG焊机、焊枪、钨极等焊接设备和工具，并检查其完好性和清洁度。同时，准备充足且纯度符合要求的保护气体，如氩气，以保证焊接过程中熔池不受空气污染。最后，进行试焊以验证焊接参数和设备的工作状态，并根据试焊结果对参数进行微调，确保焊接效果达到最佳状态。做好上述准备工作，能够为后续紫铜板焊接工作奠定坚实的基础。

3.2焊接过程

在紫铜板的焊接过程中，精细控制焊接参数是确保焊接质量的核心。首先，紫铜板被精确放置在焊接平台上，经过仔细调整，确保板材的位置和角度达到最佳焊接状态。随后，启动TIG焊机，预热焊枪和紫铜板，这一步骤不仅预热了焊接区域，还有助于去除紫铜板表面的残余氧化物，确保焊接接头的纯净。一旦达到适当的预热温度，焊接过程正式开始。在焊接过程中，焊枪的稳定性至关重要，必须确保焊枪的移动轨迹稳定且匀速，以保持焊缝的均匀性和连续性。同时，焊接参数如焊接电流（I）、焊接电压（V）和焊接速度（v）需要精确控制。这些参数的选择依赖于紫铜板的厚度和焊接要求，并可能受到焊接设备的限制。为了获得高质量的焊缝，焊接电流和焊接电压需要达到适当的匹配。过高的焊接电流可能导致焊接区域过热，产生气孔、夹渣等缺陷；而过低的焊接电流则可能导致焊缝未焊透或焊接速度过慢。焊接速度也需要与焊接电流和电压相协调，以确保焊缝的完整性和美观性

[4]。此外，保护气体的流量和纯度也是焊接过程中需要特别注意的因素。保护气体，如氩气，通过焊枪喷嘴喷向焊接区域，形成一个保护气氛，防止焊接区域受到空气中氧气和氮气的污染。保护气体的流量需要足够大，以确保焊接区域完全受到保护；同时，保护气体的纯度也需要达到要求，以避免焊接过程中引入杂质。

3.3焊接后检测

焊接完成后，对焊缝的质量检测是确保变压器内壳屏蔽层性能可靠的关键步骤。首先，进行外观检查，通过目视或借助测量工具检查焊缝是否平整、光滑，无明显的裂纹、气孔、夹渣等表面缺陷。这些缺陷不仅影响美观，还可能对焊缝的强度和导电性能产生不利影响。接下来，进行内部质量检测，这通常包括渗透探伤检测和X射线探伤检测。渗透探伤检测通过在焊缝表面涂抹渗透剂，利用毛细作用原理检测焊缝表面的开口缺陷。而X射线探伤检测则通过X射线照射焊缝，利用胶片或数字成像设备捕捉焊缝内部的影像，以检测是否存在夹渣、未焊透等内部缺陷。这些内部缺陷可能对焊缝的强度和密封性产生严重影响[5]。除了外观和内部质量检测外，还需要对焊接接头的强度和导电性能进行测试。强度测试可以通过拉伸试验、弯曲试验等方法进行，以评估焊接接头的机械性能。导电性能测试则可以通过测量焊接接头的电阻值来评估其导电性能是否满足设计要求。在测试过程中，需要注意测试方法的准确性和可靠性，以确保测试结果的准确性和可靠性。

结束语：

综上，本研究通过深入探索变压器内壳屏蔽层用紫铜板的焊接工艺，成功优化了焊接参数，提高了焊接质量。优化后的焊接工艺不仅确保了焊缝的美观度和导电性能，还提高了焊接接头的强度和稳定性。这些研究成果对于提高变压器的电磁屏蔽效果和性能稳定性具有重要意义，也为今后紫铜板焊接工艺的研究和应用提供了有价值的参考。

参考文献：

[1]周言. 铜-铝板电磁脉冲焊接瞬态过程及接合机理研究[D]. 重庆大学, 2021.

[2]刘在龙, 付培茂, 连杰. 无磁钢20Mn23Al与铜板焊接裂纹产生原因分析[J]. 焊接技术, 2021, 50 (01): 115-117.

[3]连杰, 张心保. 20Mn23A1无磁钢变压器油箱开裂分析[J]. 金属加工(热加工), 2020, (10): 53-57.

[4]商杰. 变压器箱体中紫铜与箱壁的焊接[J]. 中国设备工程, 2018, (19): 140-141.

[5]张德光, 李智. 高频大功率变压器内部金属构件焊接工艺研究[J]. 世界有色金属, 2017, (21): 279-280.