CN110202254A - 一种变电站接地网接头的焊接方法 - Google Patents

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仝照辉
余泳
陈�峰
王维新
王健
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马磊
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Abstract

本发明公开了一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，然后预热；（2）装模具：将模具各模块组装成型，模具与母材紧密配合；（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，采用金属隔离片盖严放液孔，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持25‑30s，开模，完成焊接。本发明变电站接地网接头的焊接方法所得的焊接接头未见气孔、夹渣、未焊合、裂纹等焊接缺陷，合格率100%；而且最大破断力≥126×105N，致密度≥99.2%，强度高。

Description

一种变电站接地网接头的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，具体涉及一种变电站接地网接头的焊接方法。
背景技术
可靠接地是维系电力系统安全运行的基石，作为短路和雷电流泄放入地的必经通道，接地系统泄流不畅可产生高达数万伏的地电位升，危及设备及人身安全。电力工程接地网由大量金属构件焊接而成，焊接接头质量直接决定着接地系统的可靠性与服役寿命。
从接地网材料看，以往接地材料多采用普通碳素钢，随线路运行时间增长、环境污染加重，易发生锈蚀甚至断开。在采用钢材作为接地导体时导体间连接工艺往往采用电阻焊、钎焊、焊条电弧焊、压接等方法进行焊接，这些焊接方式所需焊接设备复杂，接头质量受人为因素影响较大，焊接本身又对焊接母材造成破坏，接头连接质量现场评估技术难度大，土壤的酸、碱度对接头的腐蚀等都无法使接地系统保持高效而又长期稳定的运行。为满足接地线防腐需求，接地线品种已日趋多样化，如不锈钢包钢、石墨包覆多股绞线、敷碳层钢筋等，传统焊接方法受人工技术水平限制，接头质量难以保证，且新型接地网材料焊接难度大，另外，接地网焊接施工场地大都在野外，采用手工电弧焊需焊机、发电机等相关设备，且对水、电、气等硬件设施要求高，现场施工极其不便。近年来，放热焊接因其高效率、高质量、熔接点截流能力强、永久分子结合等诸多优点，开始被广泛应用于输变电工程接地装置的连接。
现有的变电站接地网接头焊接方法焊接缺陷率高，普遍存在夹杂、气孔、未熔合、裂纹等缺陷，严重影响接头的整体性能，而且模具普遍采用石墨材质，使用过程中极易发生磕碰引起损坏、报废，从而增加施工成本。放热焊模具是接地网放热焊接的重要组成部分，在焊接过程中，模具直接与高温的熔体接触，因而如果模具质量低劣，将有可能导致焊缝金属的表面粘砂、直接与高温的熔体接触，在焊缝金属表皮形成气孔、夹杂等缺陷。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种变电站接地网接头的焊接方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，然后预热；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，采用金属隔离片盖严放液孔，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持25-30s，开模，完成焊接。
优选地，步骤（1）所述的烘烤方式为喷灯或者热风机烘烤。
优选地，步骤（1）所述的预热方式为喷灯预热。
优选地，步骤（1）所述的母材为Q235扁钢、Q345扁钢、不锈钢包钢或者铜覆钢圆钢。
优选地，步骤（3）所述的金属隔离片为铜片或者不锈钢片。
优选地，步骤（3）所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉60-68%，Al粉13-19%，Cu2O粉8.5-15%，P粉0.5-1.2%，B2O3粉4-11%。
本发明的积极有益效果：
1. 本发明在反应腔放液孔上放置金属隔离片，金属隔离片防止装填的焊粉熔化前下落至引流通道，而且焊粉发生化学反应，生产的铜液向下流动熔化金属隔离片，在熔接型腔里熔焊接头，气体向上排出，熔渣上浮至铜液表面，避免熔渣及气体无法及时向上排出形成气孔、夹渣等缺陷。本发明所得的焊接接头未见气孔、夹渣、未焊合、裂纹等焊接缺陷，合格率100%；而且最大破断力≥126×105N，致密度≥99.2%，强度高。
2. 本发明焊粉中Al粉、CuO粉末混合作为基体粉末，发生化学反应生成铜液；铝与氧化铜反应剧烈生成热量较高，为焊接接头部分提供热量，但生成铜液量相对较少，铝与Cu2O生成铜液量大，但反应热量较铝与CuO反应热量低，Cu2O粉降低焊粉的反应温度，也避免铜液温度过高；P粉、B2O3粉能够有效的去除金属熔液里的氧，消除气孔，净化铜液，可促进放热反应中金属的熔化，增强熔渣（主要是Al2O3）流动性，避免接头出现气孔。本发明各种原料合用，焊粉熔化后铜液温度2000-2400℃，温度合适，避免温度过高造成接头耐蚀性及机械性能恶化，以及温度过低造成熔合率偏低，保证接头良好的焊接性能。
3. 本发明焊接模具在反应腔模块和熔接腔模块的外围设置外壳，外壳保证了放热焊模具的刚度，在受外部撞击的情况下，减少反应腔模块和熔接腔模块的错位，提高了放热焊模具的稳定性，使用寿命高，而且密闭性好，保温效果好，提高了焊接接头的质量；另外，当模具易因高温烧蚀氧化、外力磨损导致精度降低，或者针对不同规格的工件，仅仅更换外壳内模块即可，提高了模具加工效率，降低了放热焊成本。
附图说明
图1为本发明变电站接地网接头模具一结构示意图；
图2为本发明变电站接地网接头模具二结构示意图；
图中：1-外壳，2-反应腔模块，3-定位孔，4-引流通道，5-熔接腔模块，6-通孔，7-工件固定通道，8-熔接腔，9-缓冲通道，10-锥形通道，11-反应腔，12-模具盖，13-点火口。
具体实施方式
下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。
以对接接头为例，本发明所采用的焊接模具（以对接接头为例）结构参见图1和图2，包括扣合的模具一和模具二，模具一结构示意图参见图1，模具二结构示意图参见图2，所述的模具一上方铰接模具盖12，所述的模具盖12由石墨或钢制成，所述的模具盖12上设置点火口13，两个模具均包括外壳1、设置在外壳1两侧的定位孔3、与定位孔3内匹配的定位销、反应腔模块2、设置在反应腔模块2内的反应腔11、熔接腔模块5、设置在熔接腔模块5内的熔接腔8和工件固定通道7，两个模具的反应腔11扣合为上大下小的圆柱状，两个模具的熔接腔8扣合呈圆柱状，所述的工件固定通道7设置在熔接腔8两侧，所述的外壳1上设置与工件固定通道7相匹配的通孔6，所述的外壳1由钢或者铸铁制成，所述的反应腔11依次通过锥形通道10、缓冲通道9、引流通道4与熔接腔8连通，所述的反应腔模块2或者熔接腔模块5由石墨制成，锥形通道10和缓冲通道9设置在反应腔模块2内，引流通道4设置在反应腔模块2和熔接腔模块5内，所述的缓冲通道9的内径小于引流通道4的内径。
实施例1
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用喷灯烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为Q235扁钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（铜片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉60.4%，Al粉13%，Cu2O粉15%，P粉0.6%，B2O3粉11%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持25s，开模，完成焊接。
实施例2
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用热风机烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为不锈钢包钢（圆钢），然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（铜片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉61.8%，Al粉14.5%，Cu2O粉12.8%，P粉1.2%，B2O3粉9.7%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持28s，开模，完成焊接。
实施例3
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用热风机烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为Q345扁钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（铜片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉62%，Al粉15.2%，Cu2O粉14.2%，P粉1.1%，B2O3粉7.5%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持30s，开模，完成焊接。
实施例4
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用热风机烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为不锈钢包钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（铜片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉64.5%，Al粉16%，Cu2O粉13.3%，P粉1%，B2O3粉5.2%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持28s，开模，完成焊接。
实施例5
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用喷灯烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为不锈钢包钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（304不锈钢片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉65%，Al粉17.9%，Cu2O粉10%，P粉0.8%，B2O3粉6.3%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持26s，开模，完成焊接。
实施例6
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用热风机烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为铜覆钢圆钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（铜片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉66.4%，Al粉17.2%，Cu2O粉10.7%，P粉0.7%，B2O3粉5%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持27s，开模，完成焊接。
实施例7
一种变电站接地网接头的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，采用喷灯烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，母材为铜覆钢圆钢，然后采用喷灯预热，避免母材表面的氧化；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，参见图1和图2，即将两个待焊接工件放在模具一的工件固定通道7内，两个工件的端头截面在熔接腔8内紧密接触，将模具二扣合上，采用定位销贯穿两个模具的定位孔3将两个模具固定，使模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，将金属隔离片（304不锈钢片）置于模具反应腔内，将放液孔盖严，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉68%，Al粉19%，Cu2O粉8.5%，P粉0.5%，B2O3粉4%；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持30s，开模，完成焊接。
本发明实施例1-7接头性能检测结果见表1。
表1本发明实施例1-7接头性能检测结果
由表1和表2结果可知，本发明所得的焊接接头未见气孔、夹渣、未焊合、裂纹等焊接缺陷，合格率100%；而且最大破断力≥126×105N，致密度≥99.2%，强度高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）焊前准备：清除模具内所有的污迹、结块、附着层及渣滓，烘烤模具，保持干燥；同时对母材结合部位打磨清理，然后预热；
（2）装模具：将模具各模块组装成型，模具与母材紧密配合；
（3）装焊粉：模具、母材夹紧后，整体放置稳妥，采用金属隔离片盖严放液孔，装填焊粉，焊粉表面均匀撒一层引燃剂，盖合模具盖；
（4）施焊：点燃引燃剂，点火后保持25-30s，开模，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，步骤（1）所述的烘烤方式为喷灯或者热风机烘烤。
3.根据权利要求1所述的变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，步骤（1）所述的预热方式为喷灯预热。
4.根据权利要求1所述的变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，步骤（1）所述的母材为Q235扁钢、Q345扁钢、不锈钢包钢或者铜覆钢圆钢。
5.根据权利要求1所述的变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，步骤（3）所述的金属隔离片为铜片或者不锈钢片。
6.根据权利要求1所述的变电站接地网接头的焊接方法，其特征在于，步骤（3）所述的焊粉由如下重量份数的原料制成：CuO粉60-68%，Al粉13-19%，Cu2O粉8.5-15%，P粉0.5-1.2%，B2O3粉4-11%。
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沈元勋等: "新型接地网材料铝热焊粉开发及性能", 《焊接-钎焊专题》 *
耿进锋等: "铝热焊接不锈钢包钢复合材料接头界面组织研究", 《焊接-生产应用》 *

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