王家文 ，李勝君，程俊明，孫曉莉，姜 麗，趙娜娜，劉 寧，于 程，王家林，王鳳林

（1.新泰（遼寧）精密設(shè)備有限公司，遼寧營口 115009；2.沈陽工程學(xué)院，遼寧沈陽 110136；3.航空工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，遼寧沈陽 110034）

隨著國家電網(wǎng)對高壓和超高壓設(shè)備的大量需求，國內(nèi)有資格、有實(shí)力的高壓電器廠商紛紛以合資、合作引進(jìn)消化或自行研制開發(fā)等多種方式上馬高壓和超高壓電器產(chǎn)品[1]。本文就國內(nèi)某知名高壓電氣廠商的一種800kV 超高壓工程中常用的一種大型鋁合金導(dǎo)體鑄焊結(jié)合工藝進(jìn)行探討。

1 鑄件結(jié)構(gòu)與工藝方案制定

1.1 鑄件結(jié)構(gòu)與工藝難點(diǎn)

該導(dǎo)體呈V 型結(jié)構(gòu)（如圖1 所示），材質(zhì)為ZL101A-T6，重量105kg，尺寸為1295mm×1295mm×?200mm。該鑄件兩端U 型槽內(nèi)為鍍銀面，不允許存在縮松夾雜等任何缺陷。該鑄件的工藝難點(diǎn)是鑄件尺寸較大，容易變形；且鍍銀位置比較厚大，光潔度要求較高；外表面要求拋光處理，不允許存在氣孔或者渣孔等缺陷。無論使用砂型鑄造生產(chǎn)還是金屬型鑄造生產(chǎn)都很難保證尺寸問題，而且由于導(dǎo)體表面需要拋光，砂型生產(chǎn)會導(dǎo)致表面出現(xiàn)氣孔缺陷，很難保證設(shè)計(jì)要求，且內(nèi)部樹脂砂無法完全清除；如果使用金屬型砂芯鑄造生產(chǎn)，外表面拋光可以達(dá)到使用要求，但是內(nèi)腔砂芯仍然難以去除干凈，有出現(xiàn)顆粒、粉塵等放電的隱患。由于以上兩種方案都無法滿足客戶的使用要求，因此亟需一種工藝既可以滿足客戶的使用要求，還能滿足鑄件的生產(chǎn)條件的解決方案。

圖1 導(dǎo)電桿圖紙

1.2 工藝方案初步制定

由圖1 看出，該鑄件由于兩端結(jié)構(gòu)相同，中間彎曲，鑄件關(guān)于中心線對稱。假如將該鑄件切開由兩部分直段一部分彎管構(gòu)成，分開鑄造，然后焊接在一起，那就會大大降低該零件的生產(chǎn)難度。但是該方案能否滿足客戶的設(shè)計(jì)要求，還需要客戶認(rèn)同。經(jīng)與客戶設(shè)計(jì)主管溝通后，客戶認(rèn)為該生產(chǎn)方式可以滿足他們產(chǎn)品的性能和使用要求，但是必須保證焊口處的焊接深度為20mm 與壁厚一致，且彎管內(nèi)不允許有焊接流痕。然而如何保證焊接深度與鑄件的壁厚一致，還能保證內(nèi)部無焊接流痕是非常棘手的問題。

2 零件對接工藝制定與鑄件鑄造生產(chǎn)

2.1 鑄件對接工藝制定

零件在何處分開，既不影響零件尺寸，還能符合鑄造生產(chǎn)工藝是需要考慮的問題。如果在彎管處分開那么對接的時(shí)候比較困難，因此還是選擇在直段處分開比較好。最終筆者選擇在距離直段端頭800mm 處分開，因?yàn)榇颂帪橹倍危庸ず唵?，對接后氬弧焊也容易。為了保證兩個(gè)鑄件在焊接時(shí)焊接深度達(dá)到20mm，將焊接坡口寬度設(shè)置為8mm，這樣就可以保證焊接深度；客戶還要求保證焊接后，內(nèi)部無焊接流痕，因此在兩個(gè)坡口對接位置預(yù)留出裝配止口，這樣在焊接時(shí)鑄件的內(nèi)腔就不會形成焊接流痕。確定鑄件切開的鑄件尺寸圖如圖2 所示。

圖2 鑄件切開尺寸示意圖

2.2 鑄造工藝方案的確定

總體方案確定完，還要確定每個(gè)鑄件的生產(chǎn)方式，該鑄件切開后成為三個(gè)鑄件，兩個(gè)環(huán)形焊縫焊接，其中兩端的鑄件是相同的，可以使用一套模具生產(chǎn)。這兩種鑄件都可以使用金屬模砂芯生產(chǎn)，內(nèi)腔極易打磨清理，不會由于粘砂造成無法清理的現(xiàn)象。鑄件的生產(chǎn)方式既可以選擇傾轉(zhuǎn)澆注，也可以選擇低壓澆注。傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)是一種采用液壓傳動機(jī)構(gòu)使模具開合模的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鑄造機(jī)，其開合型力大，動作平穩(wěn)，生產(chǎn)效率高，適用于金屬型鑄造，特別適用于生產(chǎn)大批量、形狀復(fù)雜的鋁合金、鎂合金等非鐵合金鑄件[2]?？紤]該鑄件的壁厚大，而且直段結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚差距較大、局部加工鍍銀槽，對鑄造工藝要求較高，因此選用金屬型砂芯傾轉(zhuǎn)生產(chǎn)更合理。而且在保證質(zhì)量的前提下，工藝出品率更高。該工藝方案生產(chǎn)的鑄件如圖3所示。生產(chǎn)出的鑄件外表光滑無氣孔、夾渣類缺陷，且內(nèi)腔沒有粘砂現(xiàn)象。鑄件經(jīng)過X 射線無損檢測，鑄件內(nèi)部沒有任何質(zhì)量問題。

圖3 傾轉(zhuǎn)鑄造生產(chǎn)的鑄件

3 鑄件焊接的工藝制定與焊接產(chǎn)品

分體鑄件生產(chǎn)完成后，如何將鑄件焊接在一起，還能保證圖紙要求尺寸，是需要關(guān)注的問題。由于氬弧焊焊接溫度很高，而且焊接后還需要重新熱處理，勢必會引起鑄件變形。根據(jù)以上情況，筆者決定利用工裝卡具保證焊接尺寸，將兩端的直段部分卡住，然后將彎管部分對接點(diǎn)焊，這樣可以保證氬弧焊前的尺寸是準(zhǔn)確的。在直段鑄件端頭焊接加強(qiáng)肋，使之成為一個(gè)三角形。松開工裝后，利用三坐標(biāo)測量儀檢測，角度尺寸剛好跟圖紙要求尺寸相符，滿足圖紙尺寸要求。再將焊好的鑄件連同加強(qiáng)肋一起熱處理。待熱處理后將防加強(qiáng)肋切割掉之后再次利用三坐標(biāo)測量儀檢測，發(fā)現(xiàn)角度尺寸由105°變?yōu)?05.02°。雖然角度稍有變化，但是仍然在圖紙要求的尺寸公差范圍內(nèi)。因此該工藝方案是可行的。圖4 為該鑄件利用工裝焊接圖。

圖4 利用工裝焊接導(dǎo)體

4 結(jié)論

圖5 鑄件的成品圖

超高壓產(chǎn)品大型鋁合金導(dǎo)體對尺寸與表面粗糙度以及鍍銀位置粗糙度要求都非常高，通過分體鑄造然后焊接的方法可以將復(fù)雜的問題簡單化，解決了鑄件的尺寸與表面要求嚴(yán)格的問題。該產(chǎn)品至今已經(jīng)生產(chǎn)5 件，合格率達(dá)到了100%。經(jīng)過機(jī)加工驗(yàn)證，內(nèi)部的鍍銀槽沒有任何質(zhì)量問題，由于使用分體焊接的方法，不僅保證了圖紙要求尺寸，而且鑄件的外表面光潔度與電導(dǎo)率等各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到了該鑄件的設(shè)計(jì)要求。圖5 為該產(chǎn)品的成品圖片。