浅谈水电工程铜止水熔焊技术的研究

刘和平 桑文斌

中国水利水电第五工程局有限公司第一水工机械厂 四川广元 628003

目前，国内铜止水带采用的连接方式主要是火焰焊或氩弧焊连接。火焰焊原理就是利用气体燃烧时产生的高温，使母材和焊条同时熔化并连接在一起。氩弧焊原理就是利用焊接设备使母材与焊丝之间产生电弧，使母材和焊丝同时熔化并连接在一起，由于电弧温度比火焰温度高得多，采用氩气隔绝空气氧化进行保护。这两种方法在工厂生产作业时非常方便、实用，但用于水利水电工程混凝土现场施工却有诸多弊端[1]。

其一，两种焊接设备都较笨重，并要随连接接头位置变化而移动，操作十分不便，效率低下，当在混凝土大坝斜面上操作时，情况更为明显。

其二，由于铜止水带截面结构包括U型槽，焊接困难，对焊工的操作技能要求较高，易造成焊缝未焊透、裂纹、沙眼、焊穿等缺陷，另外受现场位置限制，甚至出现无法进行焊接的情况，铜止水带接头的焊接质量必然受到影响。

1 研究目的

根据铜止水带现场对接焊接存在的问题，研究开发一种铜止水新型焊接技术——铜止水熔焊技术，主要涉及铜止水校正器校正、铜铝热焊剂引燃、铜止水带放热反应模具成型及成熟的熔接工艺操作，解决该渗漏问题，确保工程施工质量。

2 重点解决技术问题

（1）铜止水校正器，主要是消除铜止水带首、尾端部成型尺寸误差大和对模具U型槽挤压破坏。

（2）铜止水熔接装置，主要是解决在不同方位情况下，模具结构尽可能满足重量轻、体积小、腔体焊剂使用少，方便携带、操作等特点以及熔接模具材料的选用。

（3）铜止水熔焊工艺，主要是铝热焊剂试制，合理确定铝粉的纯度、活性度、粒度，氧化铜粉末的氧化度、粒度，其他合金添加物的粒度，以及他们的混合比例，解决熔融焊液的流动性、温度及脱渣能力，从而避免熔接接头出现裂纹、沙眼、焊穿、气密性差、渗漏、松脱等缺陷。

3 研究实施路线

铜止水接头校正→铜止水接头安装到熔接装置/铜止水接头、熔接装置加热去湿→铝热焊剂加装→点火反应焊缝成型→打磨→铜止水熔接完成

4 实施情况

4.1 铜止水校正器校正

铜止水校正器，由连接滑动螺杆、固定上支架、活动螺杆、六方扳手、活动支架、固定下支架、上压模、下压模等15个零部件组成（如图1）。通过旋转活动螺杆上的六方扳手，实现六方扳手带动活动螺杆在固定上支架的螺纹套内旋转并作上下运动，通过半连接法兰的连接，实现活动支架及上压模随同活动螺杆沿连接滑动螺杆作上下运动，对铜止水端部接头部位进行校正，以减小铜止水与模具之间的间隙，确保石墨模具U型槽不受铜止水挤压破坏，实现挤压校正铜止水带功能。

图1 铜止水校正器主视图

4.2 铜止水熔接装置内熔焊

将铜止水校正器校正好的铜止水端头放入熔接模具内,先利用瓦斯罐对反应腔体、熔接腔上模、熔接腔下模及铜止水带进行预热除湿,再加入按一定比例配置好的铝热焊剂装入反应腔,以引火方式将铜铝热焊剂引燃，使其产生氧化还原放热反应,生成温度高达2000℃以上的高温铜液，高温铜液经流道进入并充填熔接腔，使已预装好的铜止水带端部熔化，焊接接头以金属键形式连接，冷却凝固后将铜止水带接头两端熔接在一起（如图2），最终形成气密性好，无渗漏，不松脱，成型质量好（无裂纹、沙眼、焊穿等缺陷）的对接接头（如图3），完成铜止水带熔融对接焊。

图2 铜止水带熔焊装置截面及工作示意图

图3 熔焊样品正、背面

（1）连接点以分子熔融形式结合，是永久性的，强度高，不会松脱，密封性好。

（2）焊接接头为纯度高达97%的金属铜，化学性质稳定，在高温和低温的条件下表现也很稳定，耐腐蚀性强。

（3）铝热焊剂，作为新型材料，具有良好的流动性，反应释放的热量足，形成的焊缝内部缺陷少。

（4）焊接结果质量稳定，无污染，对人体无害，施工风险小。

（5）操作简便、安全，适用于室内野外各种环境。

5 结语

铜止水熔焊技术目前处于研制完成阶段，由于现场情况如空气湿度、环境位置等因素的影响，实际现场应用还需要进一步优化完善。铜止水熔焊这一新型技术，是对铜止水对接接头焊接方法的一次革命性创新，有效提高了铜止水对接接头焊接质量，基本解决了以往方法存在的水电工程中混泥土铜止水防渗施工质量差的问题。