鋁熱焊接在蘇丹上阿特巴拉電站接地施工中的應用

殷 高 翔

(中國水利水電第五工程局有限公司 國際公司，四川 成都　610066)

鋁熱焊接在蘇丹上阿特巴拉電站接地施工中的應用

殷 高 翔

(中國水利水電第五工程局有限公司 國際公司，四川 成都610066)

摘要：鋁熱焊接是一種簡單、高效率、高質量的金屬連接工藝，它利用金屬化合物化學反應熱作為熱源，通過過熱的熔融金屬，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形狀、尺寸、符合工程需求的熔焊接頭。在電站接地的焊接中可實現母材與焊接接頭材質統一，且其具有無需外接能源、工具攜帶方便、施工效率高、受操作空間影響小、焊接接頭具有良好的導電性能的優點。

關鍵詞：鋁熱焊接；接地；模具；蘇丹上阿特巴拉電站

1概述

上阿特巴拉電站位于蘇丹上阿特巴拉河與塞梯特河交匯口上游20 km處，總裝機容量為4×80 MW，其電站廠房、溢流壩和進水口等部位的接地系統主導線長度總計約26 280 m，主導線全部采用120 mm2的多股裸銅絞線，支線電纜采用70 mm2和50 mm2的多股裸銅絞線，焊接接頭主要有各導線之間的T字、十字、一字形接頭以及主導線與垂直接地極的焊接接頭，接頭種類見圖1，接地系統所有的焊接接頭全部采用鋁熱焊接。

圖1　接地焊接接頭種類圖

2鋁熱焊接原理

鋁熱焊接系利用金屬化合物化學反應熱作為熱源，通過過熱的(被還原)熔融金屬，直接或間接加熱工作，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形狀、尺寸、符合工程需求的熔焊接頭。其化學反應式表示為：

3Cu2O +2Al=6Cu + Al2O3+ Heat(2 573 ℃)

該反應式說明，鋁能與氧化銅發生氧化還原反應(即鋁熱反應)，并伴隨產生大量的熱能量，在無需外部能源的情況下就可以生成熔化的高溫銅水。高溫銅水在石墨模具中澆鑄于固定于兩段裸銅絞線接縫處的型腔內，即可將兩段接地銅絞線焊鑄在一起，最后形成與接地銅絞線的材料化學性能與導電性能等方面相匹配的焊接接頭。接地鋁熱焊接情況見圖2。

圖2　接地鋁熱焊接示意圖

3鋁熱焊接工藝流程

準備工作→清潔模具與導線→模具干燥與預熱→導線在模具內固定→加焊劑與引火粉→點火與焊接反應→開模與清理。

4操作步驟

4.1準備工作

根據接地系統設計圖紙上關于接地導線的型號、材質及接頭種類等要求，定制與多股裸銅絞線以及接頭相匹配的石墨模具和焊劑。為了確保在焊接過程中不漏液，石墨模具中設置有用于固定導線的孔，其孔徑必須與導線實測直徑一致。不同廠家生產的同標稱面積的多股裸銅絞線由于纏繞松緊程度不一致的原因，導致其外形直徑大小有差別，需根據所選定的導線按實測直徑制作石墨模具。再根據接頭的大小，選定單個接頭所需量的焊劑粉包。由于在接地施工時，焊接接頭普遍分布較遠，而焊劑開包后不能長時間暴露在外界空氣中，以避免其受潮和氧化，建議一個包裝的焊劑不能夠分多次焊接，應盡量按每個接頭使用一包焊劑的量選定焊劑粉的包裝型號。其它需要準備的輔助性工具有：鋼鋸、預熱槍、點火槍、刷子和模具夾等。

4.2清潔模具與導線

使用軟毛刷仔細將模具內部清掃干凈。導線表面的塵土、油脂、氧化物(銹)或其它附著物等也必須完全清除，其可以使用鋼刷等進行清潔，待其潔凈光亮后方可進行焊接作業。

4.3模具干燥與預熱

使用前，用加熱工具(如烘干箱、噴燈、預熱槍)干燥模具、驅除水氣并進行預熱。

4.4導線在模具內的固定

在模具內安裝好專用的夾子，將要焊接的銅絞線放置于模具孔中，在焊接腔內，使銅絞線的接縫正對模具中心線處，再合并上下模并通過模具上的專用夾子夾緊，然后將模具的反應腔垂直朝上放置。

4.5加焊劑與引火粉

如圖2所示，先將所配帶的鋼碟沿模具內壁滑入模具反應腔的底部，以防止焊劑反應前漏入焊接腔。選取與模具型號對應量的焊劑包，拆開焊劑包后將焊粉倒入反應腔中，在模唇上和焊粉表面上均勻地灑上引火粉，然后蓋上模具蓋。

4.6點火與焊接反應

使用專用的電子點火槍，對準模唇處的引火粉點火，引火粉燃燒后立即引起焊接腔內的焊劑發生氧化還原反應(即鋁熱反應)并伴隨產生大量的熱能量，形成約2 573 ℃的高溫，使反應置換出來的銅呈高溫銅水狀態，并使反應腔底部的鋼碟熔化，高溫銅水流入焊接腔與銅絞線熔接并形成焊接腔形狀的焊接接頭，反應時間一般為5 s左右。

4.7開模與清理

從外部觀察至反應靜止后，再鎮靜約30 s，即可通過模具夾打開上、下模并取出連接好的導線。檢查焊接接頭有無缺陷，然后清理掉接頭焊疤，并用毛刷等工具清潔模具以備下次使用。

5焊接接頭導電性試驗

焊接接頭的導電性測試方法：根據接地系統設計圖紙所設計的接地導線規格，取一段長度為1 m、標稱面積為120 mm2的多股裸銅絞線樣品并測試其電阻，測試完后將銅絞線從中間剪斷，然后在斷開處進行鋁熱焊接以達到再次連接，焊接完成后，再在其兩端測試其電阻，測試三次并取平均值，對所取數值進行比較，分析焊接接頭對電纜電阻的影響。測試結果見表1。

表1　銅絞線剪斷前與剪斷再進行鋁熱焊接連接后電阻值測試紀錄表

試驗測試結果表明：標稱面積120 mm2的多股裸銅絞線剪斷前與剪斷再進行鋁熱焊接連接后其電阻值未出現明顯變化，導線焊接前后電阻率變化接近于零，滿足技術規范要求。

6鋁熱焊接的注意事項

(1)反應后被熔接物溫度較高，應注意操作者不要被燙傷。操作過程中，操作者需戴上石棉手套，佩戴護目墨鏡。

(2)每次開工焊接前應使用加熱工具(如烘干箱、噴燈、預熱槍)干燥模具、驅除水氣并進行預熱。若連續作業，可以不加熱與除濕。

(3)模具夾是用于開合和夾緊上下模的，模具夾的緊密度對熔接的效果有影響，因此，需要在焊接開始前認真檢查模具夾并作適當調整。

(4)不可將超出或者小于模具對應型號的被焊接導線強行放入模具進行焊接。

(5)被焊接導線必須保持潔凈和干燥。

(6)在切割被焊接導線時，要注意保證其切口平整；對于散開的多股絞線可以用銅絲或膠布固定，避免焊接時引起焊液滲漏。

(7)焊劑、引火粉儲存時要防潮和防火。發生火災時，不能用水和液體滅火劑滅火。遇緊急情況時，應使用干砂或干粉滅火器滅火。

7結語

蘇丹上阿特巴拉電站的接地系統從壩底巖石中的垂直接地極到大壩混凝土中的接地網以及到各設備的連接施工全部采用鋁熱焊接，接地鋁熱焊接質量一次性驗收通過率高。鋁熱焊接體現了其優越性，焊接施工設備簡單，無需外部能源，操作與攜帶方便，可以在鋼筋林立的狹小空間以及高空中實施接地導線的焊接，焊接后經測試導線的電阻值基本沒有變化，完全滿足在當地條件下的接地施工要求。

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV52;TV7;TV547.6

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0055-02

作者簡介:

殷高翔(1973-)，男，貴州遵義人，高級工程師，學士，從事金屬結構設備安裝施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)