高鐵牽引變電所放熱焊接接地工程實(shí)踐

引 言

放熱焊接俗稱（熱焊接）是利用金屬氧化物與金屬鋁之間的熱反應(yīng)所產(chǎn)生的過熱熔融金屬來加熱金屬實(shí)現(xiàn)結(jié)合的方法。放熱焊接創(chuàng)始于19世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)H、戈德施密特發(fā)現(xiàn)鋁粉與金屬氧化物可由外部熱源使之開始熱反應(yīng)，且一旦反應(yīng)便可自行持續(xù)，這一反應(yīng)通式為：金屬氧化物+鋁（粉）→氧化鋁+金屬+熱能。放熱焊接適用于銅、銅和鐵及鐵合金等同種或異種材料間的電氣連接，它無需任何外加的能源或動(dòng)力。

下面本文將對(duì)京滬高鐵周營站牽引變電所的接地工程實(shí)踐進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，供業(yè)內(nèi)參考。

1 京滬高鐵周營牽引變電所現(xiàn)場情況

周營牽引變電所位于平原地區(qū)，當(dāng)?shù)氐耐寥罏樯惩�，土壤干燥，土層很厚，土壤電阻率高。周營牽引變電所接地電阻要求≤0.5Ω，要求接地電阻≤0.5Ω，必須采用低電阻、導(dǎo)電好的銅材。而銅材最好、最牢固的焊接方式那就是放熱焊接。

2 放熱焊接的特點(diǎn)

2.1 焊接點(diǎn)的電流截流量和導(dǎo)線相等。

2.2 焊接點(diǎn)是永久性的、不會(huì)因?yàn)樗蓜?dòng)或腐蝕造成高電阻

2.3 焊接點(diǎn)像銅一樣，而比銅本身更加堅(jiān)韌，且不受腐蝕性產(chǎn)物的影響。

2.4 焊接點(diǎn)能經(jīng)受反復(fù)多次大浪涌（故障）電流而不退化。

2.5 焊接操作簡單容易上手設(shè)備輕便、攜帶方便，焊接時(shí)不需要外接電源和熱源。

2.6 從外觀便能核查焊接質(zhì)量

3 現(xiàn)場施工

3.1 放熱焊接工作場所的要求

（1）工地必須保持整潔，并且要有足夠的照明及通風(fēng)條件，雜亂及昏暗之工作場所易發(fā)生工作意外。 

（2）不可以在有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中使用放熱焊接。例如充斥了易燃液體、氣體或粉塵的地區(qū)，使用放熱焊接系統(tǒng)，產(chǎn)生的火花容易引燃可燃性塵埃及粉塵。

3.2 放熱焊接安全及防護(hù)

（1）放熱焊接方式會(huì)產(chǎn)生高溫，不可避免地有金屬顆粒逸出，而造成對(duì)施工人員身體的傷害。在使用放熱焊接的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)施工人員的保護(hù)，加強(qiáng)通風(fēng)，防止施工人員金屬中毒，應(yīng)始終配戴護(hù)目鏡。 

（2）施工操作時(shí)，現(xiàn)場1.5m之內(nèi)，不得有無關(guān)人員停留。 

（3）操作人員必須戴上有一定隔熱效果的工作手套。 

（4）操作人員不得面對(duì)于熔模開口處操作施工。 

（5）點(diǎn)火時(shí)，一旦引燃粉被引燃，操作人員必須立即離開熔模至少 1.5m。 

（6）當(dāng)熔焊結(jié)束，任何人不得立即直接接觸熔模。 

（7）當(dāng)熔焊結(jié)束后，須待熔模和焊接后的導(dǎo)線冷卻 30秒后，方可松開模具。 

（8）對(duì)焊接后的導(dǎo)線進(jìn)行絕緣處理，必須待導(dǎo)線完全冷卻之后方可進(jìn)行。 

（9）熔焊后的模具，表面溫度800℃以上，切勿試圖用水淋的方式對(duì)其降溫，應(yīng)當(dāng)自然冷卻。

3.3 放熱焊接專用工具的了解

    圖1所示，為放熱焊接的專用工具。包括①熱焊模具、②熱焊模夾、③熱焊點(diǎn)火槍、④熱焊專用毛刷、⑤熱焊專用鋼刷、⑥熱焊專用除渣鏟、⑦熱焊銼刀、⑧熱焊專用噴燈、⑨熱焊專用氣罐、⑩F夾、11熱焊專用手套等。
    

PLUS電子點(diǎn)火控制器（代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)火槍）、模具阻擋煙塵頂蓋、PLUS控制器連接線

3.4 放熱焊接工藝流程

被焊接物敷設(shè)—選擇模具—焊接準(zhǔn)備—焊接物就位—放置PLUS專用焊藥（放置鋼盤—加入反應(yīng)粉末）—按下電子點(diǎn)火控制器按鈕（或點(diǎn)火器點(diǎn)火）—焊 接完成— 打開模具，取出焊接物，清潔模具。

3.5 放熱焊接前材料表面的處理

（1）電纜線（導(dǎo)線）焊接的準(zhǔn)備工作和要領(lǐng)

① 要得到一個(gè)完善的焊點(diǎn)，被焊接電纜線必須保持潔凈和干燥。 

② 充油電纜必須清除電纜線上的油脂污物，可使用除油劑、汽油、四氧化碳等清洗。必要時(shí)可使用熔錫水。 

③ 表面氧化的電纜線可使用銅絲刷清潔干凈。 

④ 含水的電纜線應(yīng)用噴燈干燥后用鋼刷去除氧化層，含水含油的電纜線如直接焊接會(huì)使反應(yīng)時(shí)銅液噴出模具，非常危險(xiǎn)，需特別注意。 

⑤ 敞開的電纜線頭會(huì)使模具合不攏，產(chǎn)生較大的縫隙，引起銅液滲漏。所以在切割電纜線時(shí)，要注意保證切口平整，可用銅絲或膠布綁扎切割處后再切割。 

⑥ 如果在焊接具有張力的電纜線時(shí)，可使用線纜固定夾緊繃。

（2）接地棒焊接的準(zhǔn)備工作和要領(lǐng) 

①接地棒被槌打后末端會(huì)變形，必須切除或磨平后才可放入模具內(nèi)，否則會(huì)引起模具閉合不緊，導(dǎo)致銅液滲漏。也可使用鋼質(zhì)鑲套保護(hù)端頭后再槌打。 

②末端有螺孔或縲紋的接地棒需在焊接前切除末端。 

③接地棒連接需保持潔凈，如鐵銹、氧化表皮等必須用鋼刷或砂紙清潔干凈后方可焊接，否則會(huì)出現(xiàn)多孔性焊點(diǎn)。 

④焊接時(shí)棒的直徑小于模具孔時(shí)，可用鋼帶包扎接地棒連接頭來彌補(bǔ)。

（3）銅板、鋼板和鑄（生）鐵表面焊接的準(zhǔn)備工作和要領(lǐng) 

① 在焊接之前清潔連接表面，去除表面的水、油、污漬等。 

② 對(duì)有附著物的表面宜使用砂輪、粗目銼刀等工具清潔。 

③ 鍍鋅鋼板焊接點(diǎn)表面需去除鍍層后再焊接，否則會(huì)產(chǎn)生氣孔及銅液噴出。 

（4）線鼻、匯流排（母線）、匯流管（管型母線）焊接的準(zhǔn)備工作和要領(lǐng) 

① 清潔連接表面，去除附著水氣與油脂。 

② 匯流管焊接部位的內(nèi)外表面需清潔后才可焊接。 

③ 可使用鋼刷、砂紙、粗目銼刀和噴燈。 

④壁厚≤3mm的銅管，應(yīng)當(dāng) 使用鋼棒或石墨棒填賽空心后再焊接。 

（5）鋼軌焊接的準(zhǔn)備工作和要領(lǐng) 

① 鋼軌焊接部位的表面銹蝕需徹底清除，可使用專用砂輪磨光。 

② 若鋼軌上附有油脂和水分需先清除，再除銹。 

③ 若鋼軌表面有凸印需行磨平為佳。 

（6）鋼筋焊接地準(zhǔn)備工作和要領(lǐng) 

① 清除鋼筋表面的銹蝕，打磨光亮。 

② 清除鋼筋表面的油脂、水分。 

③ 使用鋼刷、砂紙、粗目銼刀和噴燈。

3.6 放熱焊接步驟

（1）焊接前的準(zhǔn)備

① 開工前組裝模具、模夾，用加熱工具（如烘干箱或噴燈）將模具和被焊接物的焊接處烘干，確保其干燥，避免焊點(diǎn)內(nèi)部產(chǎn)生氣泡。

②模具及被焊接物應(yīng)清潔、干燥。被焊接物表面的塵土、油脂、氧化物（銹）或其它附著物等必須完全清除，使其潔凈光亮后才可進(jìn)行焊接作業(yè)。如果模具內(nèi)遺留的殘?jiān)�不完全清除，將造成焊成表面不平滑、不光亮�?/span> 

要點(diǎn)：驅(qū)除水氣、清潔焊接物、清潔模具（清潔模具，使用軟毛刷或其他 軟性物品）。 

③檢查模具接觸面的密合度，防止作業(yè)時(shí)銅液從縫隙處滲漏出來。 模夾的緊密度對(duì)熔接的效果有影響，在熔接開始之前認(rèn)真檢查模夾，并作適當(dāng)調(diào)整。為了防止焊接物移動(dòng)、延長模具的使用壽命，可以將模夾裝到模具上，模具的規(guī)格隨焊點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式而異，見圖2。

（2）焊接物就位 

①確認(rèn)焊接物及模具均無其它雜質(zhì)后，將焊接物放于模具的焊接熔腔內(nèi)，檢查焊接物兩端要在模具熔腔中心相碰，并把焊接物端頭對(duì)準(zhǔn)出口，然后合模夾緊模具夾。 

②如果被焊接物的尺寸小于模具銘牌所示，為避免銅液滲漏可用如下方法彌補(bǔ)： 

a、 使用適當(dāng)厚度的銅套管；b、使用密封劑；c使用銅片或銅帶 ；d、使用高溫棉帶。

（3）放置鋼盤 （使用PLUS專用焊藥不需要此步驟）

將鋼盤放在模具的熔鍋底部，并使其剛好擋住流出口。 將托片放入模腔中，其作用為托住焊粉。
    

（4）焊接 

①加入反應(yīng)粉末，選擇正確標(biāo)號(hào)的焊粉，將其倒入模具內(nèi)。 

②從焊粉表面到�？谶呇貫⑸弦�火粉，注意使引火材料覆蓋在焊粉之上。

③合上模具蓋，用點(diǎn)火槍點(diǎn)燃引火粉，不得使用噴燈、火柴等明火點(diǎn)火。

④反應(yīng)進(jìn)行中，該置換反應(yīng)溫度可高達(dá) 2200 C，這足可以把銅、鐵熔化，從而可實(shí)現(xiàn)焊接。焊接完成后的焊點(diǎn)如圖4所示；
    

（5）清潔模具 

焊粉引燃后稍待約30秒，既可啟開夾具，打開模具，基本冷卻后將焊渣清除，備下一個(gè)焊點(diǎn)的使用。

(6）焊點(diǎn)絕緣、防腐 

待焊接物完全冷卻后進(jìn)行絕緣、防腐處理。

4 焊接完的質(zhì)量檢查

（1）檢查項(xiàng)目 

    焊點(diǎn)質(zhì)量的優(yōu)劣可通過目測檢查。檢查項(xiàng)目為焊接物的大小、顏色、表面光潔度和氣泡等外觀檢查。 大�。汉附臃秶鷮�(dǎo)線沒有大量的暴露。渣子清除后，水平連接的冒口不低于導(dǎo)線的頂端。如圖5所示。 
    

顏色：接頭正常的顏色是金黃色至青銅色。 

表面光潔度：接頭表面應(yīng)該相當(dāng)平滑，沒有大塊渣子存在。如果接頭表面有20%的渣子，或渣子清除后有導(dǎo)線暴露，接頭報(bào)廢。 

氣泡度：接頭表面的小孔，其深度一定不能延伸至導(dǎo)線的中心。 

（2）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 

良好：牢固的焊接，只有極小的表面上的不完美。 

不合格：表面上大量的殘?jiān)�是由于焊粉從沒有放好的托片側(cè)泄漏或缺乏托片引起的。在進(jìn)行下一步連接前檢查模具反應(yīng)腔的情況并核查托片的位置。    

容許：焊接頭低于正常情況，但仍足以夠用。 

不合格：焊接物和（或）模具中過多的水分，電纜和模具必須烘干。
    不合格：模具安裝時(shí)候存在縫隙，焊藥高溫后焊接溶劑漏泄。    

不合格：模具不合格，也就是模具開模不科學(xué)合理導(dǎo)致焊接不牢固、銅材無法熔接。如圖9所示。
    

5 結(jié)束語

在實(shí)際工程中可能會(huì)遇到不同的情況導(dǎo)致焊接失敗，希望能嚴(yán)格按照施工步驟進(jìn)行，確保施工人員人身安全、焊接點(diǎn)焊接牢固、完好。