定子繞組線棒接頭銀銅焊工藝分析

吳歆 竺志強

摘要：新安江電廠9臺機組增容改造機組定子線棒由哈爾濱電機廠和新安江電廠配件廠制造，由新安江水電廠檢修人員負責安裝，經過幾年的努力，克服種種技術上的難題，合理安排工序，優質地完成了發電機定子線棒各種接頭（包括匯流環接頭）的焊接工作。文章對有關焊接工藝及焊接過程中遇到的問題進行了介紹。

關鍵詞：新安江；定子線棒；銀銅焊接工藝；發電機；焊接頭 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG457 文章編號：1009-2374（2016）29-0078-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.034

發電機定子繞組有成百上千個連接焊接頭，包括上下層線棒之間的連接接頭、線棒與端部連接線之間的連接接頭、下層線棒和引出線的連接接頭。對于這些接頭的主要要求是接觸好、堅固可靠，具有良好的導電性能，能承受正常運行時的振動應力和短時強大的機械應力。線棒焊接焊接頭有了缺陷，接頭接觸電阻就會增大，運行中容易產生局部過熱。長時間運行，輕者會損傷線棒絕緣，重者使焊劑熔流，連接接頭開焊，產生強弧，燒壞線棒端部絕緣，引起相間短路，燒損線棒，甚至燒損鐵心。

新安江電廠位于浙江省建德市境內，是我國第一座自行設計、自制設備、自己施工建造的大型水電站，1960年4月22日第一臺72.5MW水輪發電機組投產，至1977年9臺機組全部安裝完畢，總裝機為662.5MW（其中72.5MW機組5臺、75MW機組4臺）。隨著華東電網的不斷發展需要，和新安江電廠運行設備也面臨著普遍老化、安全基礎薄弱的情況，十幾年來，新安江電廠進行擴容改造。每臺機組出力由7.25萬kW增加到9萬kW，瞬時（2小時）要求達到9.5萬kW，總裝機容量855MW。

新安江電廠原來機組出力由7.25萬kW，線棒為B級絕緣，線棒股線尺寸是2.4×5.99（mm2），上下層線棒用并頭套加錫焊連接；增容改造后，線棒改為F級絕緣，線棒股線尺寸改為2.5×6.7（mm2），股線尺寸的加大出力的提高，對線棒接頭導電能力的要求相應提高，上下層線棒間由連接銅板加銀銅焊焊接，增強連接強度，減少接觸電阻；銀銅焊焊接設備有中頻焊機、銅焊機及手工氣焊。為此在調查和研究的基礎上，我廠機組中引用銀銅焊機焊接工藝。

SMW-Ⅲ型銀銅焊機（又名硬焊機、銀焊機），主要應用于大中型發電機定子線棒上端部和下端部連接板的焊接以及發電機定子線圈半成品制作時端部的焊接。采用該焊機可以簡化工藝，節省工時和成本，焊接時間短，對線棒絕緣無損害，能提高發電機定子線圈焊接

質量。

新安江電廠發電機定子線棒原來采用并頭套錫焊工藝，由于錫焊的熔點較低，而且錫焊的質量不易保證，準備工作復雜、工序多而復雜，往往等待加熱時間很長，浪費大量的時間和勞動力，增加工作中危險系數，難以滿足機組增容改造后的質量要求。而銀銅焊線棒接頭耐熱性能加強，接觸電阻降低，導電能力加強，提高了發電機定子線圈焊接質量；提高了經濟效益，采用銀銅焊接，無需制作并頭套，銅板剪切方便，安裝簡捷，降低了生產成本。熟悉銅焊工藝之后，預計每個臺班能焊50只接頭，整個焊接工作比傳統工藝縮短了4天時間，降低了勞動強度。傳統的焊接工藝由于加溫時間長，需用大量的石棉泥在線棒周圍做石棉窩，石棉泥有毒，是世界公認的致癌物質，對人體傷害極大；并頭套工藝復雜，施工人員掌握比較難，速度較慢，同時容易漏錫，對人員及設備造成傷害。使用銀銅焊焊接工藝后，原來的石棉窩不用做了，石棉泥不用接觸了，也避免了漏錫發生，減少了對人員身體的傷害，受到檢修人員歡迎。同時新工藝提高了工作效率，以前的傳統工藝是從裝并頭套到做石棉窩，準備工作約需每人2小時/只，采用新工藝后，準備工作只需每人5分鐘/只即可，焊接時間縮短。傳統工藝用直流焊接，每只頭15分鐘，加熱時間長，對線棒絕緣有損害，使用銀銅焊機后，每只頭只需5分鐘的時間，加熱時間短，對線棒絕緣無損害。

盡管采用了較錫焊更為簡便快捷且質量有所保證的工藝，但即使是熟練的技工操作過程中仍然會出現各種問題，如工藝標準降低、驗收不合格等狀況，嚴重影響到了工作進度和檢修質量。就以上問題，結合定子線棒焊接中多年的工作經驗談談在用銀銅焊接線棒接頭時，有關焊接工藝及焊接過程中遇到的問題進行了介紹與分析。

焊接前的準備工作：首先，要確保焊機能正常運行，就必須要保證將炭精塊裝在鉗口夾板位置，尺寸按焊接面積修正；其次，接上0.7MPa壓縮空氣，出氣側油物發生器內30#透平油油面需保證在1/2～2/3處，接上水源，流量必須大于25升/分，夾具上的排水管接下水道內。再者接上380V交流電源，應設置400A空氣開關，電纜截面不小于90mm2。由于下線過程中，對線棒統一標高，下線的人不同，經常會出現上下的偏差。再加之每一根線棒可能會有股線角度的偏差和長短上的差異，定子疊片預壓后也有一定誤差，這樣造成了線棒頭部會有高低，且股線會有扭曲狀況，必須進行整形，使整形后線棒的股線與焊接銅板的接觸面良好搭接，若整形不好后面的工作就會很被動，不僅影響到焊頭工作的外觀，更可能造成焊接接觸面不能完全接觸，有“空洞”現象，直接影響到焊接的質量。所以線棒上下層接頭允許軸向偏差是接頭高度的10%，最多不能超過4mm，切向偏差是接頭寬度的10%，最大不超過3mm，線棒接頭徑向間隙超過1.5mm的就要進行整形，如整形不了，就必須插入銅墊片。

在焊接開始前，上端部線棒對將要焊接區域，按線棒的間隔把浸濕且不滴水的石棉布剪成長200mm的口子套在線棒上，防止火焰損傷線棒絕緣及線棒的綁線，更可以防止焊渣或其他雜物掉落在線棒中。下端部線棒要在線棒縫隙中填滿浸濕且不滴水的石棉布，然后再將開好200mm口子的浸水石棉布套在線棒上。由于火焰是直接向上燃燒，所以下端部焊接時的防火工作更要細致和到位，否則很容易將線棒的絕緣和綁線燒毀，影響工藝質量。

金屬表面氧化物的存在妨礙了焊料與線棒搭接面直接接觸，使液體焊料團聚成球狀，形成不了良好的接觸。線圈頭部裸銅部分和連接銅板因加工和存放時間較長的原因，使其表面有氧化銅、油污、流膠等，焊接前都必須去除干凈。焊接前將線棒接頭露出股線部位用酒精擦拭，然后將線棒端部左右兩面各貼一塊經打磨光亮的銅連接板，每個線棒接頭與銅板接觸面之間放一片事先剪好的與焊接面相同大小的厚0.2mm的箔狀焊料，兩銅板與線棒焊接面為45mm，位置進行粗調整，用大力鉗固定，然后進行微調，做到上下沒有高低角，左右平齊，前后沒有前凸后凹等現象。

線棒焊接部分及連接銅板適當的粗糙表面比光滑表面好，這是由于縱橫交錯的細槽對融化的焊料液體起特殊的毛細作用，促進了焊料液體沿接觸面順利流動。但不是表面越粗糙越好，間隙過大，焊料液體易流失，易產生空洞。因此裝連接銅板時，須用校形工具將上下線頭盡量調整在一個面上，線頭與銅板的間隙不得大于0.2mm。

焊接時，松開需要焊接處的大力鉗，另一把仍然固定住。將U型可移動式夾具施加風壓將連接銅板夾住，鉗口是液壓推動的，對連接銅板始終保持一定的壓力。用螺絲刀和木榔頭調整銅板位置，調整完畢后，手動調節鉗口距離使之夾緊，鉗口左右兩塊炭精塊要和焊接的銅板表面完全接觸。根據焦爾楞次定律，碳精塊的發熱量與通入電流的大小、通電時間及碳精塊本身的電阻值有關。對于結構已定的導電夾鉗，碳精塊的尺寸是一定的，也就是說碳精塊的電阻值是一定的。因此要想達到最佳的焊接效果，就在于選擇最佳的焊接電流和焊接時間。焊接電流與焊接時間在這里是矛盾的，焊接電流大，焊接時間就短，這對保護線圈端部絕緣有好處。但熱量傳導從外向內，有時間過程，焊料滲透到整個接觸面也有時間過程，當接頭焊好時有可能將連接銅板燒壞。反之，焊接電流小，焊接時間就長，線條端部絕緣容易燒壞。如何掌握好電流與時間的關系，全憑直觀和經驗來判斷。

焊接時要注意，焊接處溫度升高，有助于提高焊料和線棒焊接面的完全連接。但是溫度太高，焊料的流動性太好，容易發生焊料的流失。焊料溫度過高對連接銅板及線棒焊接面的溶蝕加重，還有可能造成過燒，使焊縫組織疏松，降低強度，須靠經驗來觀察和斷續給電掌握合適的焊接溫度。施工人員在焊接時手按或腳踩腳踏開關，交流接觸器合上，產生大電流。當炭精塊發紅且沒有亮點，可以繼續不斷間隔動作腳踏開關，直至焊接部位呈深紅色，焊箔開始融化，此時溫度在750℃左右。此時可以迅速使用Φ2mm的銀焊絲向焊縫中添加焊料，兩人相互配合，加熱程度以焊料融化且滴落節奏不快為宜。停止加熱后，在自然冷卻過程中，應不斷添加焊料，此時溫度下降不會滴落，在短時間內再次向焊縫內添加焊料。如焊料過多時，應在半熔化狀態時，將過量的焊料撥掉抹平，以減少焊瘤的清理工作。要保證焊縫調直調平，焊縫焊接飽滿，無氣孔為佳。待已焊接頭由紅變暗灰色冷卻后，松開導電夾具，往里推送，松開最后一把大力鉗，加緊夾具繼續作焊。焊接過程中，如若炭精塊有點亮的情況下，左右對U形可移動式導電夾具施壓，使最亮點完全接觸到焊接銅板。長時間一點過電，導致該點的溫度集中升高加速，很容易燒毛或燒穿連接銅板。另一種情況則是長時間工作后，溫度一直加不上來，造成長時間加溫，導致連接銅板燒穿或燒化的情況經常遇見。這時要是由于銀銅焊機水壓過低或冷卻水管有堵塞，造成冷卻不正常，遇到這類狀況應立即停止工作，解決問題。在焊接通電時，切不可松開U形可移動式夾具，以免拉弧傷人或燒毛連接銅板。

利用焊接的空隙，可經常對U形可移動式導電夾具端部的炭精塊進行檢查和維護。可以用細砂紙擦拭炭精塊表面，使其平整光滑，發生有破裂且常有一點發光時，必須更換炭精塊。

當焊接頭完全冷卻后，用銼刀、電磨和砂紙等工具對接頭表面的毛刺、焊瘤以及氧化物進行處理并用酒精擦拭干凈。用檢查鏡檢查，要求焊縫飽滿平整，無氣孔，無裂紋，線棒和綁線無燒焦痕跡，銅板無燒毛或燒化情況，箔狀焊料和銀焊絲完全熔化，無未溶化狀況。表面不應有氣孔或未焊接的焊縫，如若出現應立即重新加熱繼續補焊。接頭需要補焊或重焊處不得超過兩次。接頭的接觸電阻試驗，接觸電阻小于等長度同截面母材電阻的1.2倍。

接頭焊接合格后，拆除石棉布等防護措施，并且清理干凈，尤其是上端部線棒縫隙中的剩余銀焊絲和焊箔以及滴落的焊渣。

線棒端部焊接過程中，存在現場煙霧大、刺激性比較強等情況，經分析，主要原因是線棒加工過程中端部存在較多的環氧膠，沒有處理干凈；在焊接加熱過程中，高溫引起環氧膠燃燒冒煙造成的。在焊接工作現場，須安裝排煙設備，同時施工人員要佩戴足夠的勞動保護用品，確保人身安全。

新安江電廠經過一輪增容改造，發電機組安裝中通過使用定子繞組線棒接頭銀銅焊工藝，保證了線棒連接頭焊接接觸良好、堅固可靠、具有良好的導電性能，性能穩定，焊接后美觀程度得到大幅提升，提升了質量標準，同時提高了工作效率，縮短工期，取得了良好的效果，得到了好評。

參考文獻

[1] 新安江水力發電廠.發電機檢修規程（機械分冊）（Q/GDW 4643-002-2013-12201）[S].2013.

[2] 國家質量監督檢驗檢疫總局.水輪發電機組安裝技術規范（GB/T 8564-2003）[S].北京：中國標準出版社，2004.

（責任編輯：王 波）