定子繞組線棒接頭銀銅焊工藝分析

吳歆 竺志強(qiáng)

摘要：新安江電廠9臺(tái)機(jī)組增容改造機(jī)組定子線棒由哈爾濱電機(jī)廠和新安江電廠配件廠制造，由新安江水電廠檢修人員負(fù)責(zé)安裝，經(jīng)過幾年的努力，克服種種技術(shù)上的難題，合理安排工序，優(yōu)質(zhì)地完成了發(fā)電機(jī)定子線棒各種接頭（包括匯流環(huán)接頭）的焊接工作。文章對(duì)有關(guān)焊接工藝及焊接過程中遇到的問題進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：新安江；定子線棒；銀銅焊接工藝；發(fā)電機(jī)；焊接頭 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG457 文章編號(hào)：1009-2374（2016）29-0078-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.034

發(fā)電機(jī)定子繞組有成百上千個(gè)連接焊接頭，包括上下層線棒之間的連接接頭、線棒與端部連接線之間的連接接頭、下層線棒和引出線的連接接頭。對(duì)于這些接頭的主要要求是接觸好、堅(jiān)固可靠，具有良好的導(dǎo)電性能，能承受正常運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)應(yīng)力和短時(shí)強(qiáng)大的機(jī)械應(yīng)力。線棒焊接焊接頭有了缺陷，接頭接觸電阻就會(huì)增大，運(yùn)行中容易產(chǎn)生局部過熱。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，輕者會(huì)損傷線棒絕緣，重者使焊劑熔流，連接接頭開焊，產(chǎn)生強(qiáng)弧，燒壞線棒端部絕緣，引起相間短路，燒損線棒，甚至燒損鐵心。

新安江電廠位于浙江省建德市境內(nèi)，是我國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)、自制設(shè)備、自己施工建造的大型水電站，1960年4月22日第一臺(tái)72.5MW水輪發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)，至1977年9臺(tái)機(jī)組全部安裝完畢，總裝機(jī)為662.5MW（其中72.5MW機(jī)組5臺(tái)、75MW機(jī)組4臺(tái)）。隨著華東電網(wǎng)的不斷發(fā)展需要，和新安江電廠運(yùn)行設(shè)備也面臨著普遍老化、安全基礎(chǔ)薄弱的情況，十幾年來，新安江電廠進(jìn)行擴(kuò)容改造。每臺(tái)機(jī)組出力由7.25萬kW增加到9萬kW，瞬時(shí)（2小時(shí)）要求達(dá)到9.5萬kW，總裝機(jī)容量855MW。

新安江電廠原來機(jī)組出力由7.25萬kW，線棒為B級(jí)絕緣，線棒股線尺寸是2.4×5.99（mm2），上下層線棒用并頭套加錫焊連接；增容改造后，線棒改為F級(jí)絕緣，線棒股線尺寸改為2.5×6.7（mm2），股線尺寸的加大出力的提高，對(duì)線棒接頭導(dǎo)電能力的要求相應(yīng)提高，上下層線棒間由連接銅板加銀銅焊焊接，增強(qiáng)連接強(qiáng)度，減少接觸電阻；銀銅焊焊接設(shè)備有中頻焊機(jī)、銅焊機(jī)及手工氣焊。為此在調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，我廠機(jī)組中引用銀銅焊機(jī)焊接工藝。

SMW-Ⅲ型銀銅焊機(jī)（又名硬焊機(jī)、銀焊機(jī)），主要應(yīng)用于大中型發(fā)電機(jī)定子線棒上端部和下端部連接板的焊接以及發(fā)電機(jī)定子線圈半成品制作時(shí)端部的焊接。采用該焊機(jī)可以簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省工時(shí)和成本，焊接時(shí)間短，對(duì)線棒絕緣無損害，能提高發(fā)電機(jī)定子線圈焊接

質(zhì)量。

新安江電廠發(fā)電機(jī)定子線棒原來采用并頭套錫焊工藝，由于錫焊的熔點(diǎn)較低，而且錫焊的質(zhì)量不易保證，準(zhǔn)備工作復(fù)雜、工序多而復(fù)雜，往往等待加熱時(shí)間很長(zhǎng)，浪費(fèi)大量的時(shí)間和勞動(dòng)力，增加工作中危險(xiǎn)系數(shù)，難以滿足機(jī)組增容改造后的質(zhì)量要求。而銀銅焊線棒接頭耐熱性能加強(qiáng)，接觸電阻降低，導(dǎo)電能力加強(qiáng)，提高了發(fā)電機(jī)定子線圈焊接質(zhì)量；提高了經(jīng)濟(jì)效益，采用銀銅焊接，無需制作并頭套，銅板剪切方便，安裝簡(jiǎn)捷，降低了生產(chǎn)成本。熟悉銅焊工藝之后，預(yù)計(jì)每個(gè)臺(tái)班能焊50只接頭，整個(gè)焊接工作比傳統(tǒng)工藝縮短了4天時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)的焊接工藝由于加溫時(shí)間長(zhǎng)，需用大量的石棉泥在線棒周圍做石棉窩，石棉泥有毒，是世界公認(rèn)的致癌物質(zhì)，對(duì)人體傷害極大；并頭套工藝復(fù)雜，施工人員掌握比較難，速度較慢，同時(shí)容易漏錫，對(duì)人員及設(shè)備造成傷害。使用銀銅焊焊接工藝后，原來的石棉窩不用做了，石棉泥不用接觸了，也避免了漏錫發(fā)生，減少了對(duì)人員身體的傷害，受到檢修人員歡迎。同時(shí)新工藝提高了工作效率，以前的傳統(tǒng)工藝是從裝并頭套到做石棉窩，準(zhǔn)備工作約需每人2小時(shí)/只，采用新工藝后，準(zhǔn)備工作只需每人5分鐘/只即可，焊接時(shí)間縮短。傳統(tǒng)工藝用直流焊接，每只頭15分鐘，加熱時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)線棒絕緣有損害，使用銀銅焊機(jī)后，每只頭只需5分鐘的時(shí)間，加熱時(shí)間短，對(duì)線棒絕緣無損害。

盡管采用了較錫焊更為簡(jiǎn)便快捷且質(zhì)量有所保證的工藝，但即使是熟練的技工操作過程中仍然會(huì)出現(xiàn)各種問題，如工藝標(biāo)準(zhǔn)降低、驗(yàn)收不合格等狀況，嚴(yán)重影響到了工作進(jìn)度和檢修質(zhì)量。就以上問題，結(jié)合定子線棒焊接中多年的工作經(jīng)驗(yàn)談?wù)勗谟勉y銅焊接線棒接頭時(shí)，有關(guān)焊接工藝及焊接過程中遇到的問題進(jìn)行了介紹與分析。

焊接前的準(zhǔn)備工作：首先，要確保焊機(jī)能正常運(yùn)行，就必須要保證將炭精塊裝在鉗口夾板位置，尺寸按焊接面積修正；其次，接上0.7MPa壓縮空氣，出氣側(cè)油物發(fā)生器內(nèi)30#透平油油面需保證在1/2～2/3處，接上水源，流量必須大于25升/分，夾具上的排水管接下水道內(nèi)。再者接上380V交流電源，應(yīng)設(shè)置400A空氣開關(guān)，電纜截面不小于90mm2。由于下線過程中，對(duì)線棒統(tǒng)一標(biāo)高，下線的人不同，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)上下的偏差。再加之每一根線棒可能會(huì)有股線角度的偏差和長(zhǎng)短上的差異，定子疊片預(yù)壓后也有一定誤差，這樣造成了線棒頭部會(huì)有高低，且股線會(huì)有扭曲狀況，必須進(jìn)行整形，使整形后線棒的股線與焊接銅板的接觸面良好搭接，若整形不好后面的工作就會(huì)很被動(dòng)，不僅影響到焊頭工作的外觀，更可能造成焊接接觸面不能完全接觸，有“空洞”現(xiàn)象，直接影響到焊接的質(zhì)量。所以線棒上下層接頭允許軸向偏差是接頭高度的10%，最多不能超過4mm，切向偏差是接頭寬度的10%，最大不超過3mm，線棒接頭徑向間隙超過1.5mm的就要進(jìn)行整形，如整形不了，就必須插入銅墊片。

在焊接開始前，上端部線棒對(duì)將要焊接區(qū)域，按線棒的間隔把浸濕且不滴水的石棉布剪成長(zhǎng)200mm的口子套在線棒上，防止火焰損傷線棒絕緣及線棒的綁線，更可以防止焊渣或其他雜物掉落在線棒中。下端部線棒要在線棒縫隙中填滿浸濕且不滴水的石棉布，然后再將開好200mm口子的浸水石棉布套在線棒上。由于火焰是直接向上燃燒，所以下端部焊接時(shí)的防火工作更要細(xì)致和到位，否則很容易將線棒的絕緣和綁線燒毀，影響工藝質(zhì)量。

金屬表面氧化物的存在妨礙了焊料與線棒搭接面直接接觸，使液體焊料團(tuán)聚成球狀，形成不了良好的接觸。線圈頭部裸銅部分和連接銅板因加工和存放時(shí)間較長(zhǎng)的原因，使其表面有氧化銅、油污、流膠等，焊接前都必須去除干凈。焊接前將線棒接頭露出股線部位用酒精擦拭，然后將線棒端部左右兩面各貼一塊經(jīng)打磨光亮的銅連接板，每個(gè)線棒接頭與銅板接觸面之間放一片事先剪好的與焊接面相同大小的厚0.2mm的箔狀焊料，兩銅板與線棒焊接面為45mm，位置進(jìn)行粗調(diào)整，用大力鉗固定，然后進(jìn)行微調(diào)，做到上下沒有高低角，左右平齊，前后沒有前凸后凹等現(xiàn)象。

線棒焊接部分及連接銅板適當(dāng)?shù)拇植诒砻姹裙饣砻婧?，這是由于縱橫交錯(cuò)的細(xì)槽對(duì)融化的焊料液體起特殊的毛細(xì)作用，促進(jìn)了焊料液體沿接觸面順利流動(dòng)。但不是表面越粗糙越好，間隙過大，焊料液體易流失，易產(chǎn)生空洞。因此裝連接銅板時(shí)，須用校形工具將上下線頭盡量調(diào)整在一個(gè)面上，線頭與銅板的間隙不得大于0.2mm。

焊接時(shí)，松開需要焊接處的大力鉗，另一把仍然固定住。將U型可移動(dòng)式夾具施加風(fēng)壓將連接銅板夾住，鉗口是液壓推動(dòng)的，對(duì)連接銅板始終保持一定的壓力。用螺絲刀和木榔頭調(diào)整銅板位置，調(diào)整完畢后，手動(dòng)調(diào)節(jié)鉗口距離使之夾緊，鉗口左右兩塊炭精塊要和焊接的銅板表面完全接觸。根據(jù)焦?fàn)柪愦味?，碳精塊的發(fā)熱量與通入電流的大小、通電時(shí)間及碳精塊本身的電阻值有關(guān)。對(duì)于結(jié)構(gòu)已定的導(dǎo)電夾鉗，碳精塊的尺寸是一定的，也就是說碳精塊的電阻值是一定的。因此要想達(dá)到最佳的焊接效果，就在于選擇最佳的焊接電流和焊接時(shí)間。焊接電流與焊接時(shí)間在這里是矛盾的，焊接電流大，焊接時(shí)間就短，這對(duì)保護(hù)線圈端部絕緣有好處。但熱量傳導(dǎo)從外向內(nèi)，有時(shí)間過程，焊料滲透到整個(gè)接觸面也有時(shí)間過程，當(dāng)接頭焊好時(shí)有可能將連接銅板燒壞。反之，焊接電流小，焊接時(shí)間就長(zhǎng)，線條端部絕緣容易燒壞。如何掌握好電流與時(shí)間的關(guān)系，全憑直觀和經(jīng)驗(yàn)來判斷。

焊接時(shí)要注意，焊接處溫度升高，有助于提高焊料和線棒焊接面的完全連接。但是溫度太高，焊料的流動(dòng)性太好，容易發(fā)生焊料的流失。焊料溫度過高對(duì)連接銅板及線棒焊接面的溶蝕加重，還有可能造成過燒，使焊縫組織疏松，降低強(qiáng)度，須靠經(jīng)驗(yàn)來觀察和斷續(xù)給電掌握合適的焊接溫度。施工人員在焊接時(shí)手按或腳踩腳踏開關(guān)，交流接觸器合上，產(chǎn)生大電流。當(dāng)炭精塊發(fā)紅且沒有亮點(diǎn)，可以繼續(xù)不斷間隔動(dòng)作腳踏開關(guān)，直至焊接部位呈深紅色，焊箔開始融化，此時(shí)溫度在750℃左右。此時(shí)可以迅速使用Φ2mm的銀焊絲向焊縫中添加焊料，兩人相互配合，加熱程度以焊料融化且滴落節(jié)奏不快為宜。停止加熱后，在自然冷卻過程中，應(yīng)不斷添加焊料，此時(shí)溫度下降不會(huì)滴落，在短時(shí)間內(nèi)再次向焊縫內(nèi)添加焊料。如焊料過多時(shí)，應(yīng)在半熔化狀態(tài)時(shí)，將過量的焊料撥掉抹平，以減少焊瘤的清理工作。要保證焊縫調(diào)直調(diào)平，焊縫焊接飽滿，無氣孔為佳。待已焊接頭由紅變暗灰色冷卻后，松開導(dǎo)電夾具，往里推送，松開最后一把大力鉗，加緊夾具繼續(xù)作焊。焊接過程中，如若炭精塊有點(diǎn)亮的情況下，左右對(duì)U形可移動(dòng)式導(dǎo)電夾具施壓，使最亮點(diǎn)完全接觸到焊接銅板。長(zhǎng)時(shí)間一點(diǎn)過電，導(dǎo)致該點(diǎn)的溫度集中升高加速，很容易燒毛或燒穿連接銅板。另一種情況則是長(zhǎng)時(shí)間工作后，溫度一直加不上來，造成長(zhǎng)時(shí)間加溫，導(dǎo)致連接銅板燒穿或燒化的情況經(jīng)常遇見。這時(shí)要是由于銀銅焊機(jī)水壓過低或冷卻水管有堵塞，造成冷卻不正常，遇到這類狀況應(yīng)立即停止工作，解決問題。在焊接通電時(shí)，切不可松開U形可移動(dòng)式夾具，以免拉弧傷人或燒毛連接銅板。

利用焊接的空隙，可經(jīng)常對(duì)U形可移動(dòng)式導(dǎo)電夾具端部的炭精塊進(jìn)行檢查和維護(hù)?？梢杂眉?xì)砂紙擦拭炭精塊表面，使其平整光滑，發(fā)生有破裂且常有一點(diǎn)發(fā)光時(shí)，必須更換炭精塊。

當(dāng)焊接頭完全冷卻后，用銼刀、電磨和砂紙等工具對(duì)接頭表面的毛刺、焊瘤以及氧化物進(jìn)行處理并用酒精擦拭干凈。用檢查鏡檢查，要求焊縫飽滿平整，無氣孔，無裂紋，線棒和綁線無燒焦痕跡，銅板無燒毛或燒化情況，箔狀焊料和銀焊絲完全熔化，無未溶化狀況。表面不應(yīng)有氣孔或未焊接的焊縫，如若出現(xiàn)應(yīng)立即重新加熱繼續(xù)補(bǔ)焊。接頭需要補(bǔ)焊或重焊處不得超過兩次。接頭的接觸電阻試驗(yàn)，接觸電阻小于等長(zhǎng)度同截面母材電阻的1.2倍。

接頭焊接合格后，拆除石棉布等防護(hù)措施，并且清理干凈，尤其是上端部線棒縫隙中的剩余銀焊絲和焊箔以及滴落的焊渣。

線棒端部焊接過程中，存在現(xiàn)場(chǎng)煙霧大、刺激性比較強(qiáng)等情況，經(jīng)分析，主要原因是線棒加工過程中端部存在較多的環(huán)氧膠，沒有處理干凈；在焊接加熱過程中，高溫引起環(huán)氧膠燃燒冒煙造成的。在焊接工作現(xiàn)場(chǎng)，須安裝排煙設(shè)備，同時(shí)施工人員要佩戴足夠的勞動(dòng)保護(hù)用品，確保人身安全。

新安江電廠經(jīng)過一輪增容改造，發(fā)電機(jī)組安裝中通過使用定子繞組線棒接頭銀銅焊工藝，保證了線棒連接頭焊接接觸良好、堅(jiān)固可靠、具有良好的導(dǎo)電性能，性能穩(wěn)定，焊接后美觀程度得到大幅提升，提升了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提高了工作效率，縮短工期，取得了良好的效果，得到了好評(píng)。

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（責(zé)任編輯：王 波）