黃仰凱，吳小榮

（中國石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510726）

電氣接地裝置銅包鋼接頭熔接質量的控制

黃仰凱，吳小榮

（中國石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東廣州 510726）

介紹電氣接地裝置銅包鋼材料接頭熱焊熔接中出現(xiàn)的殘缺、內部密集蜂窩狀氣孔、未熔合和漏漿等質量缺陷，對其形成原因進行試驗分析，提出控制措施，指導工程施工，取得一定的效果。

電氣接地；銅包鋼；熱焊熔接；缺陷；控制

筆者公司改擴建項目中，防雷、防靜電和電氣保護接地裝置的接地體和接地線均采用銅包鋼材料，接頭連接方法是采用熱焊熔接。在施工前期，出現(xiàn)接頭熔焊質量不穩(wěn)定，存在殘缺、內部蜂窩狀氣孔、未熔合、漏漿等質量缺陷。據(jù)統(tǒng)計，圓柱形接地極與扁型接地線的T字型熔焊接頭中，約70%要返工處理，扁鋼與扁鋼的T字型接頭熔焊中，約60%要返工，既浪費材料，又延誤工期。

1 銅包鋼的性質

銅包鋼材料采用特殊制造工藝，在低碳鋼材的外表面均勻包上一層銅材，銅與鐵之間形成無氣隙、緊密接觸的整體。由于25℃銅導體電阻率為1.7×10－8Ω·m，鐵導電阻率為10×10－8Ω·m，基于導體的集膚效應，銅包鋼材料作為接地導體，其導電性能比普通低碳鋼好。其特點是抗腐蝕能力強、接頭抗拉強度高和電阻率小。接頭的部分物理化學性能如表1所示。

表1 EC－S120（27×7）銅包鋼材料熱焊熔接接頭的部分物理化學性能

在華南地區(qū)多雨潮濕環(huán)境，特別是在煉化企業(yè)這種金屬材料腐蝕比較嚴重的環(huán)境，采用銅包鋼材料作為接地裝置的接地極和接地母線是非常合適的。

2 熱焊熔接工藝

2.1 工藝原理

熱焊熔接是一種金屬連接方法，通過金屬鋁粉與氧化亞銅的化學置換反應（放熱反應）產(chǎn)生高溫液態(tài)銅和氧化鋁殘渣，利用反應所產(chǎn)生的熱能來熔化原材料表面的外包銅皮，實現(xiàn)銅分子之間的連接，無需外加能源或動力。焊接的反應方程式：

3Cu2O+2Al=6Cu+Al2O3+熱量

熱熔焊接所需的主要材料是焊粉，使用的工具有模具、模夾、點火槍、專用毛刷、專用鋼刷、專用除渣鏟、銼刀和噴燈等。模具由幾部分組成，包括模穴、注入孔、模腔等。不同形狀的連接有不同構造的模具，如直通型、T字型、十字型等等。化學反應在模穴內進行，經(jīng)過注入孔，流入模腔，凝固成型。

2.2 熱焊熔接接頭的工藝要求

根據(jù)《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》GB50169-2006中關于熱焊熔接的工藝要求，熱焊熔接接頭必須符合下列規(guī)定[1]：

（1）被連接的導體必須完全包在接頭里；

（2）要保證連接部位的金屬完全熔化，連接牢固；

（3）接頭的表面應平滑；

（4）接頭應無貫穿性的氣孔。

只要施工符合工藝要求，觀感質量符合上述規(guī)定，可確定該接頭為合格產(chǎn)品。

3 質量缺陷原因分析

3.1 蜂窩狀氣孔

施工初期，焊接接頭成形比較差，為了了解熔焊接頭內部的情況，隨機抽取一個接頭，從接頭的中間剖開，剖開位置如圖1所示，剖開后切面如圖2所示，接頭內有密集分布的蜂窩狀氣孔，中間部位也熔接不好，有縫隙，出現(xiàn)松脫現(xiàn)象。

蜂窩狀氣孔是由于化學反應時產(chǎn)生的氣體積聚形成。使用噴燈烘烤模具和連接材料的端部，清除附著在其表面的水分、油污等雜物后，用相同規(guī)格、剛出廠的藥粉，再做試驗，重新做接頭，然后剖開檢查，發(fā)現(xiàn)內部氣孔數(shù)量有逐步減少的趨勢。認為反應產(chǎn)生的氣體是連接材料的濕度、表面的油污所造成。

圖1 圓棒接地極與扁鋼T型接頭剖開位置

圖2 圓棒接地極與扁鋼T型接頭剖面

3.2 漏漿

熱劑焊使用的反應模具，是采用耐高溫和半永久性的石墨加工制造而成。這種模具能夠承受金屬熔化時的超高溫，但是承受不了碰擊和敲撬。模具的內棱角有一定的脆性，使用的次數(shù)多了，或者使用的方法不當，模腔內棱角就會崩落，如圖3所示的T字型模具，施工時就容易出現(xiàn)漏漿，典型的連接頭如圖4所示。另外材料的規(guī)格尺寸不符合產(chǎn)品的標稱尺寸，也會造成模具安裝后密封不嚴。

圖3 已磨損的T型模具

圖4 圓棒接地極與扁鋼T型接頭出現(xiàn)漏漿

3.3 殘缺和未熔合

調查發(fā)現(xiàn)在施工初期，施工人員不會辨別藥粉的規(guī)格，錯亂使用各種規(guī)格的藥粉，將直通型接頭的藥粉用來制作T字型接頭，當感到藥粉量不能填滿模穴時，粗略地增加一些，結果，藥粉的量不足，反應產(chǎn)生的熱量也不足，接頭成形之后，敲掉上部熔渣，就出現(xiàn)殘缺和未熔合，如圖5和圖6所示。

4 影響熱焊熔接效果的主要因素

影響熱焊熔接的主要因素大致有以下幾個方面：

（1）水汽是影響熱焊熔接的主要因素。模具內表面和被熔接物表面均可能吸附水分，影響施工質量。

（2）模具和被熔接物表面的清潔程度是影響熱焊熔接的另一個因素?，F(xiàn)場存放的被熔接物表面容易受污染，如容易附著塵土、油脂、氯化物(銹)等，模具內遺留的殘渣不完全清除，也造成焊接接頭表面不光滑。

（3）另一個影響熱熔焊焊接效果的因素是藥粉的量。焊接藥粉劑量過多或過少，都會影響接頭成形。

（4）模具的密封性差，也是影響熱焊熔接接頭成形的因素。模具與焊接材料規(guī)格不匹配，模具的內腔棱角磨損，銅包鋼材料的規(guī)格尺寸不符合產(chǎn)品的標稱尺寸，以及夾具變形都會影響模具的密封性。

圖5 圓棒接地極與扁鋼T字型接頭殘缺、未熔合

圖6 扁鋼T型接頭未熔合

5 施工質量控制的措施和效果

綜合以上分析，施工現(xiàn)場應從以下幾方面進行熔接接頭質量控制。

（1）嚴格執(zhí)行進場材料報驗制度，控制進場材料質量，特別是規(guī)格、型號和數(shù)量要符合設計要求。焊粉要在有效期內使用。

（2）認真做好現(xiàn)場成品、半成品的防護，設備、材料存放環(huán)境要符合規(guī)范和設備材料本身的技術要求，焊接藥粉存放干燥環(huán)境，防止受潮，嚴禁雨天作業(yè)。

（3）正確使用模具，特別是使用前要先清理、烘干模具，清潔材料表面污漬雜物；模具與被熔接材料要匹配，安裝好模具后，伸進模具內部的金屬材料不應對模具產(chǎn)生任何應力，模具磨損后要及時更換。

（4）配備足夠數(shù)量的模具。據(jù)統(tǒng)計，正常情況下，一個模具大約能重復使用20～30次，工程施工要根據(jù)接頭的數(shù)量，配備足夠數(shù)量的模具。

（5）作業(yè)人員要認真辨別藥粉的規(guī)格與連接頭的規(guī)格，做到一一對應。

（6）嚴格控制施工工藝質量，建議在每批材料施工前，進行工藝評定，評定的標準可以采取剖開檢查，并參考《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》GB50169-2006中關于接地體連接的要求。

通過以上幾方面措施的把關，銅包鋼材料熔接接頭質量得到控制，在后續(xù)工程施工中熱熔焊接接頭質量符合規(guī)范的要求。

［1］GB50169-2006.電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)［S］.

Thermal Weld Quality Control of Copper Clad Steel Connectors in Electric Grounding Device

HUANG Yang-kai，WU Xiao-rong
（SINOPEC Guangzhou Company，Guangzhou 510726，China）

Introduced the honey comb porosity，the lack of fusion，the slurry leak and some quality defects occurred in the thermal weld of the copper clad steel connectors used in electric grounding device，analyzed the main cause of the connector quality defects.Some measures are suggested to meet the construction quality requirements of acceptance specification.

electric grounding；copper clad steel；thermal weld；fault quality control

TG442

A

1009－9492(2014)02－0092－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.026

黃仰凱，男，1969年生，廣東揭陽人，大學本科，工程師。研究領域：電氣工程及其自動化。已發(fā)表論文3篇。

(編輯：王智圣)

2013－08－09