浅谈锻压铜瓦制造质量的实践

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铜瓦除了承担抱紧电极功能外，还要把短网传输来的强大电流输送到电极上，因此，要求铜瓦内侧与电极接触紧密且导电良好"据笔者调查了解，目前该公司和国内一些铁合金厂矿热炉的锥形环把持器上，其铜瓦本体内侧被电弧击穿漏水，其原因除了因电极事故、铜瓦安装不平、锥形环抱紧力不平衡等非制造原因造成外，另一原因就是锻压铜瓦的制造厂对铜瓦内弧及楔形块的斜角制作加工尺寸质量有误差所致"。目前国内对锻压铜瓦本体内外侧圆弧的加工工艺有:锻压铜瓦铜坯加热后用模具压制成型、锻压铜瓦铜坯直接冷压成型、铜瓦铜坯热压(或冷压)成型后再对内外弧进行机加工等3种方法"。铜瓦是通过加热后置于模具上面而压制成型的，压制加工的铜瓦内外侧弧形尺寸误差比不经过加热冷压成型的小，而且成本低"当前，在中小电炉的铜瓦加工中应用比较广泛"图3为某厂原锻压铜瓦本体内外侧圆弧加工压制成型模具示意图"由图3可知，模具是由厚钢板焊接成型后加工而成，由于该种模具刚度相对较差，在对铜瓦本体内外圆弧压制成型的生产过程中，由于压床的压力较大，在受热受压的工作环境中易产生弹性变形，造成压制力度不够或压制变形量过大，致使铜瓦内外侧弧形尺寸误差过大和不稳定，这是造成铜瓦内侧与电极接触不良打弧的主要原因之一"。该方法是铜瓦铜坯不经过加热就直接置于模具上冷压成型"此加工方法需要的压力比第一种方法大，压床设备的投资较高，对模具的刚度要求也高，加工的铜瓦内侧弧形尺寸误差比第一种更大，易造成铜瓦内侧与电极接触不良而打弧"目前国内厂家很少采用，只有少数小电炉的铜瓦应客户的要求采用该加工方法"。进行机加工该加工工艺加工出来的铜瓦不会有内外圆弧的加工质量问题，但材料损耗大，加工成本高，销售价格也高"一般中小企业的中小型电炉的铜瓦采取该加工方法的较少"目前，国内使用组合式把持器的电炉或大型电炉铜瓦多采用此种方法加工"。斜角的加工原铜瓦楔形块是直接砂型铸造而成，楔形块斜角未经加工即与铜瓦本体配装，或单独加工再与铜瓦本体配装，从而造成锻压铜瓦楔形块斜角累积误差大，极易使铜瓦斜块斜角与锥形环斜角配合不好，造成铜瓦压力不平衡，严重影响铜瓦与电极的有效接触和导电性能，从而造成铜瓦内侧与电极打弧"。

铜瓦本体内外圆弧压制成型模具的改进铜瓦本体内外圆弧压制成型的质量好坏，直接关系到铜瓦与电极的有效接触和导电性能，影响铜瓦的使用寿命"针对某厂原模具是由厚钢板焊接成型后加工而成，刚度差，在对铜瓦本体内外圆弧压制成型的生产过程中，由于压床的压力较大，在受热受压的工作环境中易产生弹性变形和造成压制力度不够或压制变形量过大，致使铜瓦内外侧弧形尺寸误差过大或不稳定，影响铜瓦的产品质量的现象，设计出一套高强度铜瓦本体内外圆弧压制成型模具，模具分上下模，均采用ZG35整体铸造成型后加工而成"为使铜瓦压制过程中的变形有更多的支承和依托，提高压制成型尺寸的准确度，根据日常生产经验和计算，对铜瓦上模具在原宽度上加宽适当弧长AB;下模改制成使铜瓦两侧边与铜瓦模具形成a范围内的过压盈余量，使铜瓦内外弧两侧更好地成型并符合图纸要求"经生产实践证明，设计改造的高强度铜瓦本体内外圆弧压制成型模具，有效地提高了模具的强度和刚度，消除了铜瓦压制成型过程中支承和依托性差的缺陷，大大提高了铜瓦压制成型尺寸的准确度，压制出的铜瓦不用二次机加工即完全符合技术要求，有效地降低了生产成本，提高了产品质量"实践证明，该种模具广泛适用于制作除组合式把持器上使用的铜瓦以外的矿热炉铜瓦"。铜杯与铜瓦本体连接质量的好坏直接影响铜瓦的使用寿命，影响铁合金电炉设备作业率的提高"因此，针对原铜杯与铜瓦本体连接采用普通螺纹、焊接处的铜瓦本体处开5x45倒角，连接方式存在的密封性差、焊缝薄、强度低易裂漏水的缺陷"经分析核算，将铜杯与铜瓦本体连接设计为锥管密封螺纹(GB736与15711)，并在焊接处的铜瓦本体处开7x25倒角，改进后不但密封性能、焊缝高度(确保>巧~)和强度得到显著提高，而且有效地解决了改进前的缺陷"。针对原焊接工艺用焦炭加热炉加温后用吊车吊至焊接现场(焦炭加热炉旁边)施焊，改用铜焊条与直流电焊机(直流反接法)焊接或紫铜焊条氧焊焊接"由于铜的导热性能好，降温速度快，经现场测温其焊接焊温度只有3一47e，该温度已不能满足铜的焊接要求"经分析，决定采用氧气乙炔焰加热法，即采用4把5焊枪对焊接部位(铜瓦本体和铜杯)实施集中加热至焊接所需温度(65~78e)后，用少许32或33银钎焊料焊一层(约3一4mm)焊缝，然后选用恰当的铜焊条和焊丝，采用氧焊或气体保护焊焊接至图纸要求的焊缝高度"实践证明，一次性焊接合格率由原来的5%左右提高到99%以上"事实证明，该焊接工艺不但改善了连接处的导电性能，还解决了以往传统手工电弧焊接和焦炭炉加温方法存在的焦炭损耗大、环境污染、焊接温度不稳定、焊接质量差、一次性焊接合格率低等缺陷;同时有效地提高了焊接质量，降低了生产成本和劳动强度，劳动生产率也提高了近一倍"。针对原堵头与铜瓦本体连接采用普通螺纹连接，以及焊接工艺上存在的不足，将堵头与铜瓦本体连接设计为锥管密封螺纹，并将其旋入比铜瓦侧边深约5mm处，然后采用氧气乙炔焰加热法，对焊接部位铜瓦本体和堵头实施集中加热至焊接所需温度(65~78e)后，选用恰当的铜焊丝，采用气体保护焊焊接，焊缝高度焊至比铜瓦本体高出约5~，利用余热锤打至与铜瓦侧面平即可"经实践，一次性焊接合格率几乎1%"。针对铜瓦本体与楔形块连接处的设计缺陷，经重新设计核算后，将楔形块与铜瓦本体连接处的嵌人深度由原来的5一1~增加到巧~2mm，连接螺栓由3一M16改为4一M2，旋人深度由25一28mm增加到35mm，从而有效地提高了铜瓦本体与楔形块的连接强度和受力环境"。由于铜瓦本体与楔形块连接处的周边焊缝长，焊件厚度大，加热升温时间长、难度大，且铜瓦本体与楔形块(铸钢)材质、导热性、线膨胀系数和收缩率不一样，易产生较大的焊接应力并导致焊缝裂纹[3]"为解决该难题，对铜瓦本体与楔形块连接处采用氧气乙炔焰加热法加热，用气体保护焊焊接工艺施焊，同时设计制作一个加热保温箱(如图5所示)相配套，有效地解决了氧气乙炔焰加热法对铜瓦本体与楔形块加热所遇到的难题"14铜瓦楔形块斜角的加工工艺改进铜瓦楔形块斜角的加工精确度好坏，关系到铜瓦斜块斜角与锥形环斜角配合好坏，同相铜瓦压力的平衡性，铜瓦与电极的有效接触和导电性能，铜瓦内侧与电极是否存在打弧隐患"针对以往铜瓦楔形块斜角加工工艺的局限性，设计出了一个组合式可调多型号铜瓦楔形块斜角加工装置，如图6所示，并制定了加工工序:铜瓦楔形块四周与底面加工至图纸要求、钻连接螺栓孔、楔形块装配到铜瓦本体、焊接连接螺栓一将铜瓦装到组合式可调整多型号铜瓦楔形块斜角加工模具装置上，用立车准确地加工出铜瓦楔形块斜角"该装置的优点是:铜瓦楔形块焊接装配到铜瓦本体后一并进行加工，确保了铜瓦内弧同心同圆，保证了铜瓦与锥形环和电极的良好配合;可一次性加工5块同型号铜瓦的楔形块斜角，加工不同炉型铜瓦只需更换支架上电极直径调整圈即可，模具制作成本低，加工精度和效率高，质量满足图纸要求"。

针对原锻压铜瓦制造工艺技术方法的不足，采取了对铜杯和堵头与铜瓦本体连接方式、铜瓦本体与楔形块连接结构进行改进的措施;同时设计出高强度铜瓦本体内外圆弧压制成型模具、组合式可调多型号铜瓦楔形块斜角加工模具装置、加热保温箱等相配套工艺设备"采用氧气乙炔焰加热法对焊接部位进行加热，然后根据不同部位焊缝强度的要求，用银钎焊料打底+气体保护焊或银钎焊料打底+氧焊和加热保温十气体保护焊焊接工艺技术，取得成效"有效地解决了制造技术改进前铜瓦制造尺寸准确度波动大、密封性能差、焊缝薄、强度低易开裂漏水等缺陷，降低了生产成本，提高了产品质量"其采取的锻压铜瓦生产技术改进措施，对同行业生产制造锻压铜瓦，提高产品质量，具有很好的借鉴和推广价值"。

本文作者：黄积福曾祥秀工作单位：广西铁合金有限责任公司