銅鋁過渡類金具的質(zhì)量問題及滲透檢測在抽檢中的應(yīng)用

程明等

【摘要】針對(duì)抽檢工作發(fā)現(xiàn)的銅鋁過渡類金具產(chǎn)品的焊接質(zhì)量問題展開調(diào)查研究，認(rèn)為現(xiàn)有焊接技術(shù)都有各自難以克服的缺點(diǎn)，加之銅、鋁的焊接性能較差，使得銅鋁對(duì)接焊縫成為銅鋁過渡類金具自身固有的薄弱環(huán)節(jié)。進(jìn)而對(duì)抽檢工作提出指導(dǎo)，將滲透檢測技術(shù)大量應(yīng)用于銅鋁過渡類金具抽檢工作取得了良好的效果。從驗(yàn)收、安裝施工和運(yùn)行環(huán)節(jié)對(duì)銅鋁過渡類金具開展全方位抽檢工作，消除設(shè)備安全隱患。

【關(guān)鍵詞】金具抽檢；銅鋁焊接；薄弱環(huán)節(jié)；焊接質(zhì)量；滲透檢測；抽檢環(huán)節(jié)

Abstract： The research aims at the welding quality problem of copper to aluminum adapter fitting products， issues that there are insurmountable disadvantages in the present welding technology. And the poor welding performance of copper and aluminum， makes Cu-Al halving welded seam the inherent weak link of the copper to aluminum adapter fittings. And then gives guidance to test check working， applies of penetrant testing technology to the test check of copper to aluminum adapter fittings have achieved good results. The omnibearing test check from acceptance， installation and operation aspects to copper to aluminum adapter fittings has been carried out， to eliminate equipment safety hidden trouble.

Key words： fittings test check； Cu-Al soldering； weak link； welding quality； penetrant testing； test check link

1.銅鋁過渡類金具的質(zhì)量問題

國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院自2010年開展電力金具入網(wǎng)抽檢工作以來，積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。金具抽檢工作者將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，二次歸納總結(jié)，將抽檢工作中積累的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為理論，從而指導(dǎo)金具產(chǎn)品抽檢工作重點(diǎn)，為杜絕不合格的產(chǎn)品流入電力系統(tǒng)帶來巨大便利。

銅鋁過渡類金具包括銅鋁過渡設(shè)備線夾、銅鋁過渡接線端子、銅鋁過渡T型線夾、銅鋁過渡并溝線夾、銅鋁過渡板等，用于變電站或架空電力線路銅導(dǎo)體和鋁導(dǎo)線的過渡連接。

抽檢過程中注意到，相對(duì)于其它金具產(chǎn)品，銅鋁過渡的金具產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題的幾率較大。而針對(duì)銅鋁過渡的各類金具抽檢時(shí)發(fā)現(xiàn)：銅鋁過渡的金具產(chǎn)品極易在銅鋁接合面（對(duì)接焊縫處）存在微裂紋、未熔合、夾雜等焊接質(zhì)量問題，使焊接接頭強(qiáng)度降低，在安裝使用過程中發(fā)生斷裂事故。

2. 銅鋁焊接質(zhì)量問題調(diào)查研究

某供電公司型號(hào)為DTL-185的銅鋁接線端子，在安裝使用時(shí)發(fā)生了斷裂，斷裂位于銅鋁接合面，見圖1。斷口的宏觀檢查結(jié)果顯示焊縫未熔合，如圖2。受物流管理中心委托，對(duì)同批產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢查，抽檢產(chǎn)品共11件，在銅鋁對(duì)接焊縫處均存在不同程度的表面缺陷，其中4件表面缺陷嚴(yán)重，抽樣不合格率達(dá)到100%。

產(chǎn)品不合格固然有金具供應(yīng)商的焊接工藝控制不穩(wěn)定的因素，但本質(zhì)原因是由銅鋁兩種異種金屬焊接造成的。

目前大量應(yīng)用于銅鋁過渡金具的焊接技術(shù)有摩擦焊、釬焊和閃光焊。

摩擦焊接利用焊接端面相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)摩擦生熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，焊接界面在壓力下進(jìn)行固態(tài)擴(kuò)散及反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)連接的一種固相焊接技術(shù)[1]。滾動(dòng)摩擦焊只限于焊接棒材。國內(nèi)已有用焊好的棒材經(jīng)鍛壓、機(jī)加工形成板件的例子，但大截面工件鍛壓時(shí)易產(chǎn)生夾層及焊縫裂紋，而且加工成板件的工作量大，成材率和生產(chǎn)效率低等不足[2]。

釬焊是使母材金屬不熔化，靠釬料熔化后填滿間隙，并與母材金屬之間發(fā)生溶解、擴(kuò)散等冶金作用的金屬焊接方法，特別適合于異種材料的焊接。同時(shí)釬焊還具有工件變形小，設(shè)備簡單，操作簡便，可現(xiàn)場焊接等優(yōu)點(diǎn)[3]。釬焊工藝已較廣泛地應(yīng)用，且多用于不規(guī)則形狀或大截面銅鋁過渡接頭，但存在銅鋁粘合力小，易剝離，焊后的釬縫清洗和釬縫腐蝕問題，其生產(chǎn)效率也低[2]。

閃光焊接是利用焊件的固有電阻及焊件端部的接觸電阻引起金屬閃光燃燒進(jìn)行的焊接技術(shù)。閃光焊接雖然具有生產(chǎn)效率高，導(dǎo)電性好和焊縫強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，但十分耗費(fèi)銅材，而且焊接工藝參數(shù)繁多，焊接不同截面的銅鋁焊件時(shí)，要將有關(guān)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，任何一項(xiàng)參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)都會(huì)影響焊接質(zhì)量[2]。

銅鋁焊接屬于異種金屬焊接。由于銅和鋁兩種金屬的物理和化學(xué)性能以及化學(xué)成分差別很大，加之鋁的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于銅，在焊接時(shí)晶相組織不能完全融合[4]，在焊縫中產(chǎn)生脆性相，焊縫容易產(chǎn)生熱應(yīng)力及裂紋[5]，焊接較為困難，在制造環(huán)節(jié)中容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題。加之現(xiàn)有驗(yàn)收檢測手段單一，僅依靠目測和少量的破環(huán)性抽檢試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)微裂紋等缺陷，使得斷裂事故頻發(fā)。

銅鋁兩種金屬的電極電位相差較大。在正常情況下，銅鋁接合面平整光滑，焊縫表面無微裂紋或未熔合等焊接缺陷，兩種金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的可能性很小。而一旦存在微裂紋等缺陷，在空氣中的水分、二氧化碳和其它雜質(zhì)作用下形成電解液，會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)及腐蝕開裂，導(dǎo)致跳閘、停電等電網(wǎng)事故。

以上所述焊接技術(shù)都有各自難以克服的缺點(diǎn)，加之銅、鋁（特別是鋁）的焊接性能較差，焊接質(zhì)量難以保證。因此銅鋁接合面（對(duì)接焊縫）成為銅鋁過渡類金具自身固有的薄弱環(huán)節(jié)，供應(yīng)商必須嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，才能減少銅鋁過渡類金具的質(zhì)量問題。

3. 滲透檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 概述

銅鋁過渡金具現(xiàn)有的驗(yàn)收檢測手段單一。180℃彎曲試驗(yàn)由于具有破壞性，能檢測到的產(chǎn)品數(shù)量十分有限。而目測外觀檢查只能發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷，加之安裝施工人員很難辨別微裂紋等焊接缺陷，因此為電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行埋下隱患，很多焊接質(zhì)量問題引起的斷裂事故都是在運(yùn)行當(dāng)中才發(fā)現(xiàn)的[6-8]。

針對(duì)上述問題，國網(wǎng)天津市電力公司將滲透檢測技術(shù)應(yīng)用于銅鋁過渡金具的抽檢工作中，取得了良好效果。

3.2 方法選擇

銅鋁過渡類金具的檢測位置為銅鋁對(duì)接焊縫處，雖然金具形狀較復(fù)雜，但是對(duì)接焊縫處實(shí)施噴涂法較方便，不受金具形狀的影響；金具表面光潔度較高，無鍍層；每批次抽檢數(shù)量較小，并不是大批量工件同時(shí)進(jìn)行檢測；檢驗(yàn)靈敏度要求不高；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測，采用水洗等方式并不方便，且易對(duì)實(shí)驗(yàn)室造成污染。綜上所述，參照J(rèn)B/T4730.5-2005 《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分：滲透檢測》相關(guān)要求，銅鋁過渡類金具宜使用ⅡC-d滲透檢測方法。

3.3 實(shí)施檢測

金具滲透檢測包括表面準(zhǔn)備和預(yù)清洗、施加滲透劑、去除多余的滲透劑、干燥、施加顯像劑、觀察及評(píng)定、后清洗七個(gè)步驟。檢測溫度為10-50℃。

金具的滲透檢測及缺陷評(píng)定參照J(rèn)B/T4730.5-2005 《承壓設(shè)備無損檢測 第5部分：滲透檢測》相關(guān)要求執(zhí)行。

表面準(zhǔn)備和預(yù)清洗：銅鋁過渡類金具對(duì)接焊縫處表面光潔度較高，表面無焊瘤、氧化皮、涂層等，只需用水洗去表面污物并干燥即可，如表面有油污，可用有機(jī)溶劑清洗。

施加滲透劑：采用噴灌噴涂法，保證備件部位完全被滲透劑覆蓋，并在整個(gè)滲透時(shí)間內(nèi)保持濕潤狀態(tài)，滲透時(shí)間10min。

去除多余的滲透劑：先用干燥、潔凈不脫毛的布擦拭，再用蘸有清洗劑的干凈不脫毛的布進(jìn)行擦拭。不得往復(fù)擦拭，不得用清洗劑直接沖洗被檢面，注意不要欠洗或過洗。

干燥：室溫下干燥5min。

施加顯像劑：采用噴灌噴涂法，噴灌使用前應(yīng)搖動(dòng)噴灌使顯像劑懸浮。

觀察及評(píng)定：在施加顯像劑后7min-60min內(nèi)進(jìn)行，并保證工件表面白光照度符合要求。

檢測時(shí)應(yīng)使用B型試塊進(jìn)行靈敏度驗(yàn)證。

3.3 檢測結(jié)果

對(duì)某供應(yīng)商生產(chǎn)的某兩批次銅鋁跨徑線夾和銅鋁異型并溝線夾進(jìn)行抽檢，滲透檢測試驗(yàn)結(jié)果顯示：抽檢產(chǎn)品在銅鋁對(duì)接焊縫處出現(xiàn)線性缺陷顯示，焊縫未完全熔合，見圖3和圖4。

滲透檢測方法應(yīng)用于銅鋁過渡類金具的優(yōu)勢在于：

① 滲透檢測作為一種表面缺陷檢測方法，適用于工作現(xiàn)場各種焊接部件表面開口缺陷的檢驗(yàn)[9]，特別適用于銅鋁過渡金具焊縫微裂紋、未熔合等表面缺陷的檢測。

② 滲透檢測不受工件形狀和尺寸大小的限制，對(duì)形狀復(fù)雜的部件一次操作就可大致做到全面檢測，十分適用于帶有螺栓孔或開槽的形狀復(fù)雜的銅鋁過渡線夾的檢驗(yàn)。

③ 檢驗(yàn)過的金具經(jīng)過后清洗可直接交付使用。

④ 便攜式噴罐著色滲透檢測法，不需要大型設(shè)備，成本低廉，操作簡單，適用于快速檢驗(yàn)焊縫表面缺陷。

綜上，滲透檢測檢驗(yàn)方法在實(shí)現(xiàn)了檢測銅鋁過渡金具對(duì)接焊縫質(zhì)量的同時(shí)，不損害產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)快速的、大量的檢測產(chǎn)品質(zhì)量的需要，在金具檢驗(yàn)工作和金具制造商中可大力推廣。

4 改進(jìn)抽檢環(huán)節(jié)

除將滲透檢測技術(shù)應(yīng)用抽檢工作外，還應(yīng)對(duì)抽檢工作進(jìn)行如下改進(jìn)：

① 擴(kuò)大對(duì)銅鋁過渡類金具的入網(wǎng)抽檢比例，各類指標(biāo)檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品才能在電網(wǎng)中使用，這樣可以從根本上避免由于產(chǎn)品質(zhì)量不良造成的金具斷裂事故。

② 在安裝和施工期間發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題的，應(yīng)對(duì)該供應(yīng)商的銅鋁過渡類金具產(chǎn)品進(jìn)行大規(guī)模抽檢。如在同類產(chǎn)品的其他批次中再發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)對(duì)供應(yīng)商銅鋁焊接工藝水平進(jìn)行實(shí)地考察。

③ 除入網(wǎng)抽檢外，還應(yīng)對(duì)現(xiàn)已運(yùn)行的銅鋁過渡類金具開展抽檢工作。對(duì)運(yùn)行時(shí)間較短的金具，進(jìn)行抽樣檢查；運(yùn)行時(shí)間達(dá)到10年以上的，應(yīng)及時(shí)更換。

④ 利用設(shè)備或線路停電機(jī)會(huì)，對(duì)銅鋁過渡類金具開展專項(xiàng)檢查，有輕微腐蝕的，可以繼續(xù)運(yùn)行，但必須加強(qiáng)監(jiān)視和紅外測溫；發(fā)現(xiàn)焊接質(zhì)量問題或腐蝕嚴(yán)重的，應(yīng)立即更換新產(chǎn)品。

5. 結(jié)語

針對(duì)抽檢工作發(fā)現(xiàn)的銅鋁過渡類金具產(chǎn)品的焊接質(zhì)量問題展開調(diào)查研究，認(rèn)為焊接質(zhì)量難以保證的本質(zhì)原因是由銅鋁兩種異種金屬焊接造成的?，F(xiàn)有焊接技術(shù)都有各自難以克服的缺點(diǎn)，加之銅、鋁（特別是鋁）的焊接性能較差，使得銅鋁接合面（對(duì)接焊縫）成為銅鋁過渡類金具自身固有的薄弱環(huán)節(jié)，供應(yīng)商必須嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，才能減少銅鋁過渡類金具的質(zhì)量問題。進(jìn)而對(duì)抽檢工作提出指導(dǎo)，將滲透檢測技術(shù)大量應(yīng)用于銅鋁過渡類金具抽檢工作取得了良好的效果。對(duì)抽檢工作環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，從驗(yàn)收、安裝施工和運(yùn)行環(huán)節(jié)，對(duì)銅鋁過渡類金具開展全方位抽檢工作，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，杜絕不合格產(chǎn)品流入電力系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳忠海. 摩擦焊接技術(shù)及其工程應(yīng)用[J]. 電焊機(jī)，2011，41（8）：101-106.

[2]孫遇諄. 銅鋁閃光焊接工藝參數(shù)討論[J]. 焊接技術(shù)，2011，40（6）：22-26.

[3]閆飛，徐道榮. 銅鋁異種金屬釬焊問題及其對(duì)策[J]. 電焊機(jī)，2009，39（7）：62-65.

[4]溫開元. 銅鋁設(shè)備線夾產(chǎn)品的改進(jìn)與應(yīng)用[J]. 電力金具，2011，1：31-34.

[5]何占啟，亢世江，杜洪杰等.銅鋁異種金屬接頭的焊接[J]. 水務(wù)世界，2008，5：46-48.

[6]董瑾，鐘相源，安江英. 變電站銅鋁過渡設(shè)備線夾斷裂原因[J]. 中國電力，2010， 43（12）：27-30.

[7]陳國宏，閔良，王家慶. 220kV變電站銅鋁過渡線夾腐蝕與斷裂分析[J]. 安徽電力，2010，27（4）：1-5.

[8]謝宏亮. 一起變電站隔離刀閘銅鋁線夾斷裂的原因分析及防范措施[J]. 安徽電力科技信息，2007， 5：16-17.

[9]苗紅章. 壓力容器檢驗(yàn)中滲透檢測的選擇[J]. 2011， 30（13）： 64、74.