鋁熱焊接在蘇丹上阿特巴拉電站接地施工中的應(yīng)用

殷 高 翔

(中國水利水電第五工程局有限公司 國際公司，四川 成都　610066)

鋁熱焊接在蘇丹上阿特巴拉電站接地施工中的應(yīng)用

殷 高 翔

(中國水利水電第五工程局有限公司 國際公司，四川 成都610066)

摘要：鋁熱焊接是一種簡單、高效率、高質(zhì)量的金屬連接工藝，它利用金屬化合物化學(xué)反應(yīng)熱作為熱源，通過過熱的熔融金屬，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形狀、尺寸、符合工程需求的熔焊接頭。在電站接地的焊接中可實現(xiàn)母材與焊接接頭材質(zhì)統(tǒng)一，且其具有無需外接能源、工具攜帶方便、施工效率高、受操作空間影響小、焊接接頭具有良好的導(dǎo)電性能的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：鋁熱焊接；接地；模具；蘇丹上阿特巴拉電站

1概述

上阿特巴拉電站位于蘇丹上阿特巴拉河與塞梯特河交匯口上游20 km處，總裝機容量為4×80 MW，其電站廠房、溢流壩和進水口等部位的接地系統(tǒng)主導(dǎo)線長度總計約26 280 m，主導(dǎo)線全部采用120 mm2的多股裸銅絞線，支線電纜采用70 mm2和50 mm2的多股裸銅絞線，焊接接頭主要有各導(dǎo)線之間的T字、十字、一字形接頭以及主導(dǎo)線與垂直接地極的焊接接頭，接頭種類見圖1，接地系統(tǒng)所有的焊接接頭全部采用鋁熱焊接。

圖1　接地焊接接頭種類圖

2鋁熱焊接原理

鋁熱焊接系利用金屬化合物化學(xué)反應(yīng)熱作為熱源，通過過熱的(被還原)熔融金屬，直接或間接加熱工作，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形狀、尺寸、符合工程需求的熔焊接頭。其化學(xué)反應(yīng)式表示為：

3Cu2O +2Al=6Cu + Al2O3+ Heat(2 573 ℃)

該反應(yīng)式說明，鋁能與氧化銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)(即鋁熱反應(yīng))，并伴隨產(chǎn)生大量的熱能量，在無需外部能源的情況下就可以生成熔化的高溫銅水。高溫銅水在石墨模具中澆鑄于固定于兩段裸銅絞線接縫處的型腔內(nèi)，即可將兩段接地銅絞線焊鑄在一起，最后形成與接地銅絞線的材料化學(xué)性能與導(dǎo)電性能等方面相匹配的焊接接頭。接地鋁熱焊接情況見圖2。

圖2　接地鋁熱焊接示意圖

3鋁熱焊接工藝流程

準(zhǔn)備工作→清潔模具與導(dǎo)線→模具干燥與預(yù)熱→導(dǎo)線在模具內(nèi)固定→加焊劑與引火粉→點火與焊接反應(yīng)→開模與清理。

4操作步驟

4.1準(zhǔn)備工作

根據(jù)接地系統(tǒng)設(shè)計圖紙上關(guān)于接地導(dǎo)線的型號、材質(zhì)及接頭種類等要求，定制與多股裸銅絞線以及接頭相匹配的石墨模具和焊劑。為了確保在焊接過程中不漏液，石墨模具中設(shè)置有用于固定導(dǎo)線的孔，其孔徑必須與導(dǎo)線實測直徑一致。不同廠家生產(chǎn)的同標(biāo)稱面積的多股裸銅絞線由于纏繞松緊程度不一致的原因，導(dǎo)致其外形直徑大小有差別，需根據(jù)所選定的導(dǎo)線按實測直徑制作石墨模具。再根據(jù)接頭的大小，選定單個接頭所需量的焊劑粉包。由于在接地施工時，焊接接頭普遍分布較遠(yuǎn)，而焊劑開包后不能長時間暴露在外界空氣中，以避免其受潮和氧化，建議一個包裝的焊劑不能夠分多次焊接，應(yīng)盡量按每個接頭使用一包焊劑的量選定焊劑粉的包裝型號。其它需要準(zhǔn)備的輔助性工具有：鋼鋸、預(yù)熱槍、點火槍、刷子和模具夾等。

4.2清潔模具與導(dǎo)線

使用軟毛刷仔細(xì)將模具內(nèi)部清掃干凈。導(dǎo)線表面的塵土、油脂、氧化物(銹)或其它附著物等也必須完全清除，其可以使用鋼刷等進行清潔，待其潔凈光亮后方可進行焊接作業(yè)。

4.3模具干燥與預(yù)熱

使用前，用加熱工具(如烘干箱、噴燈、預(yù)熱槍)干燥模具、驅(qū)除水氣并進行預(yù)熱。

4.4導(dǎo)線在模具內(nèi)的固定

在模具內(nèi)安裝好專用的夾子，將要焊接的銅絞線放置于模具孔中，在焊接腔內(nèi)，使銅絞線的接縫正對模具中心線處，再合并上下模并通過模具上的專用夾子夾緊，然后將模具的反應(yīng)腔垂直朝上放置。

4.5加焊劑與引火粉

如圖2所示，先將所配帶的鋼碟沿模具內(nèi)壁滑入模具反應(yīng)腔的底部，以防止焊劑反應(yīng)前漏入焊接腔。選取與模具型號對應(yīng)量的焊劑包，拆開焊劑包后將焊粉倒入反應(yīng)腔中，在模唇上和焊粉表面上均勻地灑上引火粉，然后蓋上模具蓋。

4.6點火與焊接反應(yīng)

使用專用的電子點火槍，對準(zhǔn)模唇處的引火粉點火，引火粉燃燒后立即引起焊接腔內(nèi)的焊劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)(即鋁熱反應(yīng))并伴隨產(chǎn)生大量的熱能量，形成約2 573 ℃的高溫，使反應(yīng)置換出來的銅呈高溫銅水狀態(tài)，并使反應(yīng)腔底部的鋼碟熔化，高溫銅水流入焊接腔與銅絞線熔接并形成焊接腔形狀的焊接接頭，反應(yīng)時間一般為5 s左右。

4.7開模與清理

從外部觀察至反應(yīng)靜止后，再鎮(zhèn)靜約30 s，即可通過模具夾打開上、下模并取出連接好的導(dǎo)線。檢查焊接接頭有無缺陷，然后清理掉接頭焊疤，并用毛刷等工具清潔模具以備下次使用。

5焊接接頭導(dǎo)電性試驗

焊接接頭的導(dǎo)電性測試方法：根據(jù)接地系統(tǒng)設(shè)計圖紙所設(shè)計的接地導(dǎo)線規(guī)格，取一段長度為1 m、標(biāo)稱面積為120 mm2的多股裸銅絞線樣品并測試其電阻，測試完后將銅絞線從中間剪斷，然后在斷開處進行鋁熱焊接以達到再次連接，焊接完成后，再在其兩端測試其電阻，測試三次并取平均值，對所取數(shù)值進行比較，分析焊接接頭對電纜電阻的影響。測試結(jié)果見表1。

表1　銅絞線剪斷前與剪斷再進行鋁熱焊接連接后電阻值測試紀(jì)錄表

試驗測試結(jié)果表明：標(biāo)稱面積120 mm2的多股裸銅絞線剪斷前與剪斷再進行鋁熱焊接連接后其電阻值未出現(xiàn)明顯變化，導(dǎo)線焊接前后電阻率變化接近于零，滿足技術(shù)規(guī)范要求。

6鋁熱焊接的注意事項

(1)反應(yīng)后被熔接物溫度較高，應(yīng)注意操作者不要被燙傷。操作過程中，操作者需戴上石棉手套，佩戴護目墨鏡。

(2)每次開工焊接前應(yīng)使用加熱工具(如烘干箱、噴燈、預(yù)熱槍)干燥模具、驅(qū)除水氣并進行預(yù)熱。若連續(xù)作業(yè)，可以不加熱與除濕。

(3)模具夾是用于開合和夾緊上下模的，模具夾的緊密度對熔接的效果有影響，因此，需要在焊接開始前認(rèn)真檢查模具夾并作適當(dāng)調(diào)整。

(4)不可將超出或者小于模具對應(yīng)型號的被焊接導(dǎo)線強行放入模具進行焊接。

(5)被焊接導(dǎo)線必須保持潔凈和干燥。

(6)在切割被焊接導(dǎo)線時，要注意保證其切口平整；對于散開的多股絞線可以用銅絲或膠布固定，避免焊接時引起焊液滲漏。

(7)焊劑、引火粉儲存時要防潮和防火。發(fā)生火災(zāi)時，不能用水和液體滅火劑滅火。遇緊急情況時，應(yīng)使用干砂或干粉滅火器滅火。

7結(jié)語

蘇丹上阿特巴拉電站的接地系統(tǒng)從壩底巖石中的垂直接地極到大壩混凝土中的接地網(wǎng)以及到各設(shè)備的連接施工全部采用鋁熱焊接，接地鋁熱焊接質(zhì)量一次性驗收通過率高。鋁熱焊接體現(xiàn)了其優(yōu)越性，焊接施工設(shè)備簡單，無需外部能源，操作與攜帶方便，可以在鋼筋林立的狹小空間以及高空中實施接地導(dǎo)線的焊接，焊接后經(jīng)測試導(dǎo)線的電阻值基本沒有變化，完全滿足在當(dāng)?shù)貤l件下的接地施工要求。

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV52;TV7;TV547.6

文獻標(biāo)識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0055-02

作者簡介:

殷高翔(1973-)，男，貴州遵義人，高級工程師，學(xué)士，從事金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)