關(guān)于直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度檢測(cè)技術(shù)研究

摘 要：特高壓變壓器在電網(wǎng)的輸送效果非常明顯，具有輸送量大，距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用，但是變壓器和互感器油箱滲漏油的問(wèn)題一直以來(lái)是一個(gè)很難解決的問(wèn)題，對(duì)螺柱焊接質(zhì)量的檢查以觀察方式進(jìn)行，并結(jié)合破壞性試驗(yàn)，這樣的方式顯得落后而具有破壞性，接下來(lái)我們將采用一種關(guān)于直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度檢測(cè)技術(shù)，以提升檢測(cè)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：直流電阻法;焊接螺柱熔合度;檢測(cè)技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.079

0 前言

近年來(lái)，特高壓變壓器得到了大量而廣泛的應(yīng)用。特高壓變壓器是一種具有1000kV級(jí)的變壓器，能全面提升我國(guó)電網(wǎng)的輸送效果，據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司測(cè)算，特高壓一回路特高壓直流電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)600萬(wàn)千瓦電量的輸送，是當(dāng)前500千伏直流電網(wǎng)的5 倍甚至更高，并且輸送電的距離變得更長(zhǎng)，是500千伏直流電網(wǎng)2至3倍。在特高壓的變電設(shè)備中，主要由特高壓變壓器組成，占據(jù)著十分重要的地位，因此對(duì)于該設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行要求就非常高。但是變壓器和互感器油箱滲漏油的問(wèn)題一直以來(lái)是一個(gè)很難解決的問(wèn)題，油箱滲油除了使得油浪費(fèi)以外，還有一個(gè)更加嚴(yán)重的問(wèn)題，就是維修非常困難。維修時(shí)會(huì)造成大面積的停電，使得國(guó)家經(jīng)濟(jì)遭受巨大損失。近年來(lái)也采取了一些特殊工藝彌補(bǔ)了油箱滲漏油的問(wèn)題，比較常見(jiàn)的是焊接螺柱工藝，該工藝在修補(bǔ)油箱內(nèi)側(cè)壁時(shí)，相比磁屏蔽底板，不但減小了安裝磁屏蔽時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還提升了焊接效率;該工藝應(yīng)用在升高座法蘭上時(shí)，相比螺栓，不但減小了開(kāi)螺孔的工時(shí)，而且沒(méi)有了螺孔，堵住了漏油通道。在常見(jiàn)的使用過(guò)程中，焊接螺柱工藝還是有一些問(wèn)題，當(dāng)焊接設(shè)備發(fā)生故障、焊接操作不正確等影響，會(huì)造成螺柱和工件彼此的焊縫發(fā)生熔合不好的致命問(wèn)題，不但會(huì)降低螺柱焊縫的強(qiáng)度，還會(huì)使得螺柱受力斷裂，并出現(xiàn)脫落，當(dāng)前對(duì)螺柱焊接質(zhì)量的檢查是以觀察方式進(jìn)行，并結(jié)合破壞性試驗(yàn)，但是觀察檢查方式對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量情況無(wú)法檢測(cè)，破壞性試驗(yàn)會(huì)造成焊接螺柱變形或者報(bào)廢問(wèn)題發(fā)生，為了突破這些問(wèn)題，采取一種關(guān)于直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度檢測(cè)技術(shù)。

1 直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度概述

在螺柱焊中，螺柱焊的特點(diǎn)非常明顯，是一種不借助任何附加材料的電弧焊接。通常是把螺柱一頭和金屬板件（以及管件）面觸及，接通電源引弧，等觸及面熔化以后，對(duì)螺柱實(shí)施一定壓力，這樣就達(dá)到焊接完成的目的。在變壓器構(gòu)造中，焊接通常采用的是拉弧式螺柱焊。螺柱焊的特點(diǎn)明顯，其缺點(diǎn)也非常明顯。在實(shí)施螺柱焊時(shí)，電流瞬間被放很大，這樣就會(huì)形成非常大的磁場(chǎng)，以及大氣流的形成，這都會(huì)使得電弧沿螺柱軸線造成偏移，電弧會(huì)出現(xiàn)偏吹， 螺柱與工件熔合這出現(xiàn)不良的問(wèn)題。主要表現(xiàn)出這幾個(gè)方面的問(wèn)題：一是焊接出現(xiàn)螺柱表面傾斜，這就會(huì)出現(xiàn)只有部分焊接好其他部分沒(méi)有充分熔合發(fā)生。二是螺柱一頭和金屬板件沒(méi)有接觸，螺柱中心部焊縫沒(méi)有熔合，也就是只有螺柱四周的角焊縫有熔合。三是與二點(diǎn)相反，只有中心的螺柱焊縫熔合，而四周角焊縫沒(méi)有熔合。螺柱與工件熔合出現(xiàn)不良最直接的問(wèn)題就是螺柱在油箱內(nèi)部掉落，這樣會(huì)造成變壓器絕緣擊穿或者發(fā)生短路問(wèn)題，而且變壓器外部也會(huì)發(fā)生螺柱斷裂，各個(gè)構(gòu)件和變壓器主體形成分離狀態(tài)，局部損毀、故障停機(jī)都會(huì)發(fā)生。

針對(duì)螺柱焊的特點(diǎn)和缺點(diǎn)，在進(jìn)行螺柱焊縫的檢測(cè)時(shí)，常用的射線檢測(cè)、 超聲波檢測(cè)、 磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)都不能達(dá)到方便快捷的檢測(cè)出熔合不有好的螺柱，可以采取直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度，以彌補(bǔ)上述檢測(cè)存在的缺陷問(wèn)題。直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度具體流程：先在測(cè)試的電阻上給予一定的直流電流，并對(duì)其電流和兩端的電壓降進(jìn)行測(cè)量，這時(shí)通過(guò)歐姆定律計(jì)算出測(cè)試電阻的阻值。這里需要注意的是一定要用直流電流，因?yàn)橹绷麟娏髁鬟^(guò)導(dǎo)體時(shí)電流在導(dǎo)體的載流截面上是勻稱分布的， 如果是交流電，會(huì)存在趨膚效應(yīng)分布。對(duì)于螺柱、焊縫和工件而言，在整個(gè)變壓器中他們可以看作是一個(gè)整體，螺柱焊所采用的都是同一類(lèi)材質(zhì)和規(guī)格相同的物件，因此螺柱直徑、長(zhǎng)度、工件的厚薄都在一定范圍中的，而電阻的阻值受電阻率 ρ、電阻長(zhǎng)度 L 、截面積 S所影響，其公式如下：

從公式中我們可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)棣?、 L、S都是定值。如果出現(xiàn)焊接部位發(fā)生熔合不好的缺陷問(wèn)題時(shí)，沒(méi)有未熔合面積是，當(dāng)直流電通過(guò)時(shí)，有效的面積就是S- 。從上公式計(jì)算，我們可以發(fā)現(xiàn)這樣的現(xiàn)象。電流通道面積的減小，阻值必然會(huì)增大，雖然阻值的變化量很小，也是有影響。因此，我們可以借助直流電阻測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比焊接螺柱的實(shí)際測(cè)電阻值和樣本標(biāo)準(zhǔn)電阻值存在的區(qū)別，以此來(lái)認(rèn)定螺柱焊接熔合度情況。

2 技術(shù)方案的確定

利用直流電阻法進(jìn)行焊接螺柱熔合度檢測(cè)，首先要選擇合適的直流電阻測(cè)試儀，繼而進(jìn)行焊接螺柱試驗(yàn)樣件的設(shè)計(jì)及加工制造，擬定評(píng)判熔合度的辦法。

2.1 選擇合適的直阻儀

一般來(lái)說(shuō)，測(cè)量直流電阻主要有三種，即用直流平衡電橋、電壓降法、數(shù)字式直阻儀進(jìn)行測(cè)量，而焊接螺柱本身隸屬于鋼鐵類(lèi)阻性試品的范疇，在進(jìn)行該項(xiàng)試品的測(cè)量時(shí)要求其導(dǎo)通距離在50mm上下，且需在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速地檢測(cè)，其阻值非常低，因此采用數(shù)字式直阻儀進(jìn)行測(cè)量較為合適。本次測(cè)試采用9310 直流電阻測(cè)試儀，該直阻儀的最小量程是0～0.1Ω ，能精確到讀數(shù)的0.1%±0.5μΩ，能較好地滿足檢測(cè)需要。

2.2 設(shè)計(jì)并加工制造試驗(yàn)樣件

焊接螺柱試驗(yàn)樣件的設(shè)計(jì)及加工制造是為了證實(shí)直流電阻法測(cè)焊接螺柱熔合度檢測(cè)技術(shù)的可行性，選用規(guī)格為M12×30 的螺柱制作了一組試驗(yàn)樣件，具體分為A、B、C三行，對(duì)每行螺柱進(jìn)行編號(hào)，從左到右的編號(hào)次序是1#～5# ，具體試樣如下圖1所示。為實(shí)現(xiàn)特定的熔合效果，試驗(yàn)樣件中的各行所采用的施焊方法及工藝各不相同，如A 行采用的是規(guī)范化的螺柱焊工藝參數(shù)，B 行采用的是不規(guī)范的螺柱焊工藝參數(shù)，C行則采用氣體保護(hù)焊方法或手工電弧焊方法。

2.3 焊接螺柱電阻值檢測(cè)

采用9310 直流電阻測(cè)試儀檢測(cè)焊接螺柱的電阻值，首先需要分出電壓、電流線路的兩極引線觸點(diǎn)，將其中的一極觸點(diǎn)置于螺柱頂端，另一極觸點(diǎn)則置于貼近這一螺柱的鋼板上，且保證螺柱鋼板上的觸點(diǎn)到螺柱中心距離是一個(gè)數(shù)字常數(shù)，這是為了保持電流的流通距離L不發(fā)生變化，上述程序做好之后，便可一一進(jìn)行焊接螺柱的電阻值測(cè)量，并做好相關(guān)記錄。

2.4 毀壞性試驗(yàn)

在完成了電阻測(cè)量之后，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)樣件上的焊接螺柱實(shí)施毀壞性試驗(yàn)，這是為了檢測(cè)螺柱是否合格。毀壞性試驗(yàn)主要分為彎曲試驗(yàn)和扭矩試驗(yàn)兩種形式，其中彎曲試驗(yàn)是對(duì)螺柱進(jìn)行彎曲的試驗(yàn)方式，倘若螺柱彎曲的夾角超過(guò)60°仍未脫落，則是合格的焊接螺柱;扭矩試驗(yàn)是采用扭矩扳手敲打力矩，倘若M12 螺柱在53N.m的力矩之下仍不被扭斷，則是合格的焊接螺柱。若是對(duì)焊接螺柱開(kāi)展了彎曲試驗(yàn)，便不能再進(jìn)一步開(kāi)展扭矩試驗(yàn)，因此試驗(yàn)樣件中，除了B 行 5# 螺柱是先開(kāi)展彎曲試驗(yàn)，再開(kāi)展扭矩試驗(yàn)，其他的螺柱則需先開(kāi)展扭矩試驗(yàn)，再用合格的焊接螺柱開(kāi)展彎曲試驗(yàn)，并在試驗(yàn)結(jié)束后詳細(xì)記錄試驗(yàn)的結(jié)果。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)焊接螺柱電阻值檢測(cè)及毀壞性試驗(yàn)等一系列實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了采用直流電阻法能很好地檢測(cè)判斷出焊接螺柱的熔合度，具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果記錄如表1所示。

由于試驗(yàn)樣件的A、B、C三行螺柱所采用的施焊方法及工藝不同，結(jié)合上述結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，A行螺柱的直流電阻值在60μΩ左右，顯得比較集中，該行螺柱不但經(jīng)受住了扭矩試驗(yàn)，而且經(jīng)受住了彎曲試驗(yàn)。B行螺柱的直流電阻值有的在65μΩ左右，有的則高于70μΩ，前者能經(jīng)受住扭矩試驗(yàn)，但無(wú)法經(jīng)受彎曲試驗(yàn)，后者則無(wú)法經(jīng)受扭矩試驗(yàn)，尤其是直流電阻值為115.1的1#螺柱，更是輕輕一碰立即脫落。C三行螺柱是用手工電弧焊進(jìn)行焊接，其螺柱中心的熔合度不夠緊密，但由于焊腳尺寸較大，能經(jīng)受住扭矩試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。綜上所述，直流電阻法較適用于焊接螺柱熔合度的檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中，可將合格螺柱和不合格螺柱的電阻差值有效地歸納出來(lái)，便可知道該螺柱能否經(jīng)受住扭矩試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)的檢驗(yàn)。

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作者簡(jiǎn)介：王玨（1984-），女，山西臨汾人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：電氣工程及自動(dòng)化。