鋼化玻璃絕緣子玻璃件在生產(chǎn)過(guò)程中的缺陷分析

白勝利

（上海塞迪維爾玻璃制品有限公司 上海 201400）

0 引言

絕緣子是安裝在不同電位的導(dǎo)體之間或?qū)w與地電位構(gòu)件之間的器件，支撐導(dǎo)線、防止電流回地以及增加爬電距離，能夠耐受電壓和機(jī)械應(yīng)力作用，是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到重要作用。絕緣子不應(yīng)該由于環(huán)境和電負(fù)荷條件發(fā)生變化導(dǎo)致的各種機(jī)電應(yīng)力而失效，否則絕緣子就不會(huì)產(chǎn)生重大的作用，就會(huì)損害整條線路的使用和運(yùn)行壽命。

絕緣子本體主要有三種材質(zhì)，分別為陶瓷材料、復(fù)合材料和鋼化玻璃。與陶瓷和復(fù)合材料絕緣子相比，鋼化玻璃絕緣子有諸多的優(yōu)越性，鋼化玻璃絕緣子（toughened glass insulator，TGI）全稱盤(pán)型懸式鋼化玻璃絕緣子［1］，具有零值自破、壽命長(zhǎng)、耐振動(dòng)疲勞、抗冰害等的優(yōu)異特性，主要用于高壓和超高壓交、直流輸電線路中［2］。目前在輸電線路中應(yīng)用較廣泛的是鋼化玻璃絕緣子。

1 鋼化玻璃絕緣子結(jié)構(gòu)

鋼化玻璃絕緣子產(chǎn)品由鋼化玻璃本體、鋼帽、鋼腳、連接固定銷(xiāo)子（R銷(xiāo)或者W銷(xiāo)）和水泥組成，還有一些在鋼化玻璃絕緣子表面有噴涂涂層。主要部件如圖1所示。

圖1 鋼化玻璃絕緣子主要部件示意

2 鋼化玻璃絕緣子生產(chǎn)過(guò)程

玻璃絕緣件原料主要包含石英砂、長(zhǎng)石、石灰石、白云石、純堿、碳酸鉀等，其中石英砂主要成分為SiO2，長(zhǎng)石為富含鈣、納、鉀的鋁硅酸鹽，白云石為富含鎂、鈣的碳酸鹽；純堿是玻璃熔制過(guò)程中生成硅酸鹽的原料，同時(shí)也與碳酸鉀一起為玻璃熔制時(shí)的澄清劑，用以去除氣泡。形成的鋼化玻璃內(nèi)部為均質(zhì)硅酸鹽，內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)均一性優(yōu)于電瓷，具有更好的介電強(qiáng)度，同時(shí)鋼化玻璃表面具有預(yù)應(yīng)力，熱穩(wěn)定性優(yōu)良。

生產(chǎn)工藝流程為：

配料→熔制、澄清→壓制→鋼化→冷熱沖擊→膠裝→檢驗(yàn)

3 主要缺陷

在鋼化玻璃絕緣子的玻璃件生產(chǎn)過(guò)程中，可能出現(xiàn)以下缺陷：

3.1 結(jié)石

有異物（不熔物）鑲嵌于玻璃件上。一般是未熔的原料顆粒，或者耐火材料顆粒。玻璃本體中有這種結(jié)石缺陷會(huì)成為鋼化玻璃絕緣子的薄弱點(diǎn)，會(huì)成為應(yīng)力集中點(diǎn)。結(jié)石存在于鋼化玻璃件中，與玻璃件本體有著不同的理化性質(zhì)，特別是熱膨脹系數(shù)。玻璃件經(jīng)過(guò)鋼化工藝后，玻璃本體中結(jié)石周?chē)鷧^(qū)域應(yīng)力集中將會(huì)成倍的增加。當(dāng)結(jié)石本身的熱膨脹系數(shù)小于玻璃本體時(shí)，結(jié)石周?chē)鷧^(qū)域的應(yīng)力處于受拉狀態(tài)（張應(yīng)力），極易發(fā)生微裂紋并擴(kuò)展導(dǎo)致玻璃件炸裂，玻璃絕緣子結(jié)石缺陷見(jiàn)圖2。

圖2 結(jié)石缺陷

要解決結(jié)石問(wèn)題，需要檢查和穩(wěn)定兩方面：（1）原料：玻璃原料成份、顆粒度過(guò)大過(guò)小顆粒、配合料混合是否均勻、加料是否合理等；（2）熔化：玻璃窯爐液面波動(dòng)、窯壓波動(dòng)、溫度波動(dòng)，窯爐和料道耐火材料是否有異常侵蝕等。

3.2 裂紋

存在于玻璃件上，因部分區(qū)域斷裂形成的縫隙。裂紋在燈光下可以觀察到明亮的折光，裂紋兩端點(diǎn)呈明亮的“V”字形。裂紋嚴(yán)重影響鋼化玻璃絕緣子的機(jī)電性能，可能會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越大，并導(dǎo)致玻璃件爆裂。它是玻璃絕緣子的致命缺陷，有些帶有裂紋的玻璃件會(huì)在鋼化工段或者熱沖擊階段發(fā)生炸裂，有些在檢驗(yàn)工序中被發(fā)現(xiàn)，如圖3所示。裂紋缺陷根據(jù)產(chǎn)生部位和形狀不同，解決方法也不相同。要針對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因逐條檢查排除，解決玻璃件裂紋缺陷。

圖3 裂紋缺陷

3.3 表面氣泡

存在于玻璃件上的氣體夾雜物。氣泡分為兩類：內(nèi)部氣泡和表面氣泡。內(nèi)氣泡是指鑲嵌在玻璃件內(nèi)部，呈圓形、橢圓形或點(diǎn)狀的氣體夾雜物（點(diǎn)狀氣泡通常指灰氣泡）；表面氣泡指存在于玻璃件表面，呈橄欖形或線狀的氣體夾雜物，玻璃件表面會(huì)出現(xiàn)不光滑的凸凹。存在于玻璃件里面的小氣泡對(duì)絕緣子機(jī)電性能基本上沒(méi)有影響，然而存在于玻璃件表面的破氣泡會(huì)有影響，特別是存在于玻璃件螺紋口或者翅尖的表面氣泡會(huì)導(dǎo)致玻璃件被直接廢棄，在鋼化玻璃絕緣子使用過(guò)程中影響其機(jī)電性能。

3.4 皺褶

是玻璃本體上有扁形突起或凹陷的，存在于玻璃件表面的擠壓狀紋路。皺褶不會(huì)隨著時(shí)間而生長(zhǎng)，如圖4所示，玻璃件各區(qū)域均可發(fā)生。它是在玻璃絕緣子本體壓制成型過(guò)程中產(chǎn)生的，會(huì)影響玻璃絕緣子的機(jī)電性能，產(chǎn)生尖端放電或受應(yīng)力在玻璃件檢驗(yàn)工序中被發(fā)現(xiàn)。皺褶形成的主要原因是相應(yīng)部位的模具太冷，潤(rùn)滑太好造成，主要解決方法是提高相應(yīng)部位的模具溫度，減少模具相應(yīng)部位的潤(rùn)滑。

圖4 褶皺

3.5 開(kāi)裂

開(kāi)裂分為機(jī)械開(kāi)裂和鋼化開(kāi)裂。機(jī)械開(kāi)裂是由于玻璃件在鋼化工藝以后的工序中，碰撞其他硬物，或者玻璃件之間相互碰撞，而導(dǎo)致的玻璃本體破損剝落。機(jī)械開(kāi)裂有明顯的白色撞擊點(diǎn)。撞擊點(diǎn)周?chē)钠茡p部位毛糙，通常有類似“魚(yú)鱗”狀的剝落，如圖5所示。鋼化開(kāi)裂大多認(rèn)為是在鋼化過(guò)程中產(chǎn)生的破損剝落。與機(jī)械開(kāi)裂比較而言，鋼化開(kāi)裂沒(méi)有撞擊點(diǎn)，破損部位光滑，主要是玻璃件上有飛邊、尖角、凸起等，在鋼化工段中冷卻時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)于集中，而導(dǎo)致玻璃件上這些飛邊、尖角、凸起的部位直接破損剝落，有的直接在鋼化過(guò)程中造成整個(gè)玻璃件炸裂。這兩種開(kāi)裂在玻璃件檢驗(yàn)工序中都有發(fā)現(xiàn)。針對(duì)機(jī)械開(kāi)裂，主要是檢查玻璃件在鋼化工藝之后的輸送和處理過(guò)程中是否有玻璃件和硬物相碰撞，或者玻璃件之間是否有碰撞。針對(duì)鋼化開(kāi)裂主要檢查玻璃件上是否飛邊、尖角、凸起的部位，或者鋼化風(fēng)柵是否有異常吹風(fēng)，或者有玻璃件和風(fēng)柵碰撞。如果玻璃件上有飛邊、尖角或凸起，一般要更換相應(yīng)的模具。

圖5 開(kāi)裂

3.6 拉傷

玻璃絕緣子采用模具壓制而成，由于脫模不好，會(huì)在玻璃件上產(chǎn)生拉傷，俗稱毛口，主要有外翅內(nèi)外毛口、螺紋口毛口等，如圖6所示。拉傷一般情況下要看發(fā)生位置和發(fā)生的規(guī)律，是否為同一方向。一般需要調(diào)整沖模和底模的相對(duì)位置，或調(diào)整鏜輥機(jī)構(gòu)中心位置。檢查沖模脫模情況，或在玻璃件不變形的情況下，降低壓制成型的沖壓壓力。

圖6 拉傷

3.7 飛邊

玻璃件側(cè)邊有多余且呈薄片狀的玻璃。飛邊多存在于玻璃件外翅翅邊，或外螺紋合縫線處。這種飛邊主要是由于底模合縫線處理不好，模具達(dá)到生產(chǎn)熱平衡后合縫線未完全閉合造成，一般情況下要更換相應(yīng)的模具。還有一種飛邊出現(xiàn)在底模和外環(huán)的合縫線處，為橫向飛邊，多為玻璃料滴落料不正，或料滴重量超重，要調(diào)整落料位置并檢查料滴重量。

3.8 剪刀印

由剪刀剪切玻璃料后留在玻璃表面的印記。通常來(lái)說(shuō)，剪刀印分為上剪刀印和下剪刀印，可以把剪刀印看作是種褶皺，剪刀印還可表現(xiàn)為裂紋、氣泡等，大部分表面氣泡是由剪刀印引起的。要減輕剪刀印，需調(diào)整剪刀片的剪切狀態(tài)，盡量讓剪刀片剪在料滴最細(xì)的地方；兩個(gè)剪刀片的相對(duì)位置、角度、形狀、刀口狀況、兩個(gè)剪刀片的壓緊配合情況，冷卻情況，對(duì)剪刀印的產(chǎn)生有至關(guān)重要的作用；當(dāng)料滴滴入模具后，用火焰燒料滴上的剪刀印也可以減輕上剪刀?。幌录舻队∫部梢栽诹贤肟诩訜醽?lái)減輕它對(duì)玻璃件的影響；最后就是調(diào)整落料位置，讓剪刀調(diào)整到最淡和對(duì)玻璃件影響最小的位置。

3.9 缺料

模具內(nèi)表面沒(méi)有被玻璃料完全填充滿，造成玻璃件上缺一塊，缺的地方為玻璃表面張力自然形成的光滑表面。出現(xiàn)缺料時(shí)，解決方案是先檢查玻璃件重量是否正常，然后確定玻璃料滴是否有落料不穩(wěn)和不正的情況，最后再確認(rèn)玻璃件沖壓成型壓力是否過(guò)低等，如圖7所示。

圖7 缺料

3.10 自爆

鋼化玻璃絕緣子的玻璃本體有自爆的可能性，主要由于玻璃件本體有缺陷或成份不均勻、玻璃件中含有硫化鎳小顆粒、玻璃件鋼化工藝產(chǎn)生的應(yīng)力偏移或應(yīng)力分布不均勻、玻璃件過(guò)鋼化。生產(chǎn)鋼化玻璃絕緣子本體要保證合理的鋼化工藝，鋼化玻璃本體要經(jīng)過(guò)一系列相應(yīng)的熱沖擊、熱處理，將會(huì)自爆的鋼化玻璃本體剔除，降低鋼化玻璃絕緣子的自爆性。一般要求使用一年內(nèi)鋼化玻璃絕緣子的自爆率在萬(wàn)分之一以下。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼化玻璃絕緣子的玻璃件在生產(chǎn)過(guò)程中的主要缺陷有以下幾種：結(jié)石、裂紋、表面氣泡、皺褶、開(kāi)裂、拉傷、飛邊、剪刀印、缺料、鋼化玻璃絕緣子的自爆。在生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)這些缺陷在玻璃件上的部位和產(chǎn)生原因提出一系列解決方案，以保證輸電線路的安全運(yùn)行。