大規(guī)格復雜截面鋁型材擠壓焊縫的質量檢測

劉寶林

摘要：目前，我國的科學技術在不斷發(fā)展，社會在不斷進步，大規(guī)格復雜截面鋁型材是軌道交通車輛車體結構用的關鍵材料，多采用分流組合模焊合擠壓而成。擠壓焊縫焊合是否良好，對鋁型材的力學性能和軌道車輛的運行安全都有重要影響。本文對大規(guī)格復雜截面鋁型材擠壓焊縫的金相檢測和折斷檢測方法進行了簡述，供同行參考。

關鍵詞：大規(guī)格復雜截面;鋁型材;擠壓焊縫;檢測方法

引言

電纜終端在城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中得到大量使用。電纜線路運行故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，不計外力破壞原因，電纜終端由于安裝質量問題導致的絕緣故障頻發(fā)。現(xiàn)場調研表明，電纜終端安裝過程中由于施工時間受到嚴格控制，用刀具剝離電纜外半導電層時，由于刀具進刀深度不易控制，在實際剝離過程中往往會在主絕緣表面留下氣隙缺陷。氣隙缺陷處畸變電場將引發(fā)終端的局部放電，加速終端XLPE絕緣材料的劣化，最終導致終端絕緣擊穿。

1 絕緣架空導線的優(yōu)缺點

我國從80年代中期開始在配網(wǎng)建設和改造中應用絕緣架空導線。相對于裸導線，它的主要優(yōu)點有：（1）增加導線絕緣性能，提高線路抗沖擊能力和供電可靠性，極大的減少人身觸電傷亡危險，可以防止外力引起的對地或相間短路，使得停電作業(yè)的次數(shù)減少，提高供電質量;（2）樹木、建筑等對線路的影響減小，減少了沿線樹木的修剪量，提高了城市的綠化率;（3）對于桿塔的結構要求降低，由于其絕緣性，可以沿著墻壁等進行敷設，節(jié)約了資源;（4）供電半徑延長，使其能夠深入負荷中心，保證了電能的合格率，減少了電能損耗;+）便于線路在狹窄的空間敷設，線路走廊比裸銅線相比大幅縮減;（6）防腐能力增強，線路使用壽命延長，減少了檢修工作量;（7）線路的質量減輕，降低了敷設過程中所需要的人力和物力;（8）對支撐線路的絕緣件要求降低，使得同塔并架的線路數(shù)量增加，節(jié)約了成本;（9）整體可靠性提高，檢修周期延長，停電檢修次數(shù)減少。但其也存在一些缺點，在應用中應引起注意：絕緣架空導線的額定載流量比裸導線少，因其外表加上絕緣層后，導線的散熱能力降低，所以絕緣架空導線的線徑要粗一些。并且其外層加裝了一層絕緣架層，使其整體的線徑要大于裸導線，可能在敷設過程中帶來一些不便。

2 大規(guī)格復雜截面鋁型材擠壓焊縫的質量檢測

2.1低倍組織檢測

我國GB/T3246.2-2012低倍組織檢驗方法規(guī)定：用舌形模或分流組合模擠壓的制品，其焊合區(qū)出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的黑色縫隙，稱焊合不良。如出現(xiàn)白色或暗色細道，未破壞內部組織連續(xù)性，應屬于正常組織。

2.2極性對氧化反應的作用

在陽極性附近的鋁極易被陽極生成的氧離子所氧化，成為穩(wěn)定的Al2O3結晶體，沉積在鋁護套內表面，這就是現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的白色結晶體來源。可以推知，負極性的操作波電壓作用于電纜時，就類似一個正極性的電流作用于金屬套表面，在電解液存在時，腐蝕發(fā)生。因此這樣的操作波形成的危害要大于正極性作用于電纜載流導體的操作波過電壓。這也說明，鋁套內表面的腐蝕和緩沖層的燒蝕不是一個原理。

2.3檢測結果評定

首先必須確定試樣的斷裂位置，既確認是否在擠壓焊縫處斷裂。如果試樣未沿著擠壓焊縫斷裂或在擠壓焊縫附近區(qū)域斷裂，即擠壓焊縫未斷裂，則可判定為焊合良好。如果試樣沿擠壓焊縫斷裂（或斷面即為擠壓焊縫），則需根據(jù)擠壓焊縫斷口判定是否焊合良好。若擠壓焊縫斷口呈凸凹纖維狀特征，即延性斷裂，可判定為焊合良好;若擠壓焊縫斷口呈平齊狀特征，即脆性斷裂，可判定為焊合不良。

2.4運行中的絕緣架空導線的簡化等值電路

流過每一級表面電導的電流都不同，越靠近支持絕緣子處，表面電導上通過的電流就越大，它們在絕緣子處匯集后進入大地。表面電流的大小與絕緣表面的臟污狀況以及氣候有關，在沿海地區(qū)，鹽密一般較大（曾發(fā)現(xiàn)絕緣表面、電桿表面鹽霜），當遇到濃霧、小雪等天氣時，絕緣表皮的電導將急劇增加，電流密度急劇增加，在絕緣子兩側最為嚴重，進而演變成局部的熱量聚集，最終造成絕緣破壞，由表及里，直至該部分絕緣完全燒毀，露出線芯，當絕緣被“環(huán)切”后，“迷流”通路被切斷，該部分的燒蝕停止，這可能是沿海地區(qū)絕緣導線外絕緣燒蝕的主要原因。絕緣被“環(huán)切”后的導線，線芯將在電暈、電化學等的作用下繼續(xù)被侵蝕，如果發(fā)現(xiàn)、處理不及時，可能造成導線斷線，危及安全、可靠供電。而要確定此種結論，研究解決措施，必須要對絕緣架空導線進行長時間的模擬試驗和數(shù)據(jù)收集與分析。

2.5局部放電特征

這些XLPE毛刺分布于整個氣隙缺陷內，將長氣隙阻斷，形成封閉的氣隙空間。另外，終端安裝過程中主絕緣表面涂抹的硅脂與氣隙內的XLPE毛刺之間易形成氣隙空間，為進一步分析不同時刻下終端的PD特征，氣隙缺陷處產生局部放電的必要條件有：①放電處達到局部放電起始場強;②存在初始電子。由于缺陷表面XLPE材料未被PD燒蝕，缺陷表面電導率較低，缺陷表面電荷不易擴散，正電荷與負電荷之間的結合數(shù)量少，反向電場Ep較大，合成電場Et幅值較小，因此PD信號幅值較小。電纜終端放電重復率較低的原因可能是由于缺陷表面存在大量的深陷阱，PD產生的電荷被深陷阱捕捉，不易脫陷形成PD所需的初始電子，因此在老化初期終端的放電重復率較低，這與實際的測試結果相吻合。

2.6純鋁電蝕反應

根據(jù)電化學反應原理，在單極性電流和水存在的條件下，純鋁材料電化學反應過程如下：H2O→H++OH陰極：6H+6e→3H2陽極：6OH--6e→3H2O+3[O]2Al+3[0]→Al2O3↓+1669（J）2Al+3H2O=Al2O3↓+3H2↑+1669（J）反應式（8）表明，純鋁在有電解液和電流的條件下很快出現(xiàn)電蝕現(xiàn)象。同時，電流流過無紡布帶緩沖層，將Al2O3帶到緩沖層中。眾所周知，Al2O3為惰性材質，不易再次參加反應。它的熔點2050℃，比熱容0.88×103J/kg·℃，根據(jù)式，環(huán)境溫度20℃，這樣微小局部放熱會將周圍的Al2O3和緩沖層加熱到T=2877℃（240×1×2.4×10-3（T-20）=1646），足以破壞Al2O3層，從而氧化反應會繼續(xù)下去。Al2O3膜的生長過程是在膜的增厚和溶解這一矛盾過程中展開的，通電瞬間，由于氧和鋁的親和力特別強，在表面迅速生成一層致密的無孔氧化膜。由于外界條件存在，使得Al2O3變得凸凹不平，接著，電解液通過空穴到達純鋁表面，使化學反應繼續(xù)進行，空隙越來越深，Al2O3膜逐漸向鋁基體方向擴展。

結語

（1）大規(guī)格復雜截面鋁型材擠壓焊縫的質量檢測，可以采用金相檢測和破壞性檢測兩種方法相結合進行。（2）金相檢測以低倍檢測為主，輔以顯微組織檢測，破壞性檢測一般采用折斷方法。（3）擠壓焊縫折斷檢測及其評定方法，主要是根據(jù)焊縫是否斷裂及其斷口分析進行判定。

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