亭子口水利枢纽离相封闭母线焊接工艺

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 概述

相对于碳弧焊、手工TIG焊，手工氩气保护MIG焊具有可全位置焊接、焊接效率高、成本低、变形小，焊缝成形美观等诸多优点，在铝及铝合金焊接中获得广泛的应用。亭子口水利枢纽的离相封闭式铝母线的现场安装，就是采用全位置MIG焊接工艺的成功实例。

亭子口枢纽电站属大型调峰电站，在系统中具有重要地位,安装4台水轮发电机组，单机容量275MW，总装机为1100MW。电站以500kV一级电压分别接入川东南环(电)网及川北骨干环(电)网。发电机变压器采用联合单元接线，封闭母线采用离相全连式结构,与之相连设备的布置采用垂直或者水平直角汇流母线，从发电机连至主变压器低压侧。该母线由阜新封闭母线有限责任公司制造，型号QLFM-20/12000，主母线外壳直径1000mm、壁厚8mm，导体直径500mm、壁厚12mm。分支母线外壳直径650mm、壁厚5mm，导体直径150mm、壁厚10mm。制造厂做成很多分段，运抵工地后，由安装单位在工地将各母线分段焊接连接而成。发电机电压17.75kV，汇流母线的工作电流为12.0kA，短时最大电流为80.0kA。

2 焊接

三相母线的导体分别密封于各自的铝制外壳内，导体同一断面采用3个缘子呈120°夹角与导体支撑。

绝缘子一端开有凹孔，内装橡胶弹性块及蘑菇形金具，金具顶端与母线导体接触，另一端固定于支承板上，支承板与外壳固定。主回路封闭母线导体尺寸为ф500mm×12mm，外壳尺寸为ф1200mm×8mm，分支回路母线导体尺寸ф150mm×10mm，外壳尺寸为ф650mm×5mm，母线导体最热点允许温升50K。

根据JB/T5615.8-1999《封闭母线产品质量分等》的规定，现场安装焊缝经外观检查合格后，需抽取5%焊缝进行着色渗透探伤，达到(无呈现红色迹痕)标准为合格。为确保焊接质量，针对现场施工的具体条件和可能出现的困难进行了认真分析，拟定了焊接工艺与作业程序，并经焊接工艺评定试验，筛选相应的焊接工艺参数。同时，在施工现场对施焊的持证焊工按新工艺进行强化培训，以满足实际工程的质量要求。

2.1 母线导体焊接

导体的焊接包括主母线导体和分支母线导体两种。主母线焊接焊缝高度：直径500mm×壁厚12mm的为12mm；分支母线导体焊接焊缝高度：直径150mm×壁厚10mm的为10mm。导体焊接前应用倒链把抱瓦牢牢固定在导体上，并在旁边加上保护垫。每道焊缝焊完后，应认真检查，确认无缺陷后方可焊接下一道焊缝。若发现缺陷，应及时处理并焊补。现场搭接焊缝与对应的厂家制造焊缝的外型尺寸相一致，所有焊缝均需采用多层多道焊接。各焊层焊接顺序如图1所示。焊接完成后，移走倒链和保护垫。

图1 各焊层焊接顺序

2.2 护壳抱瓦焊接

在焊接护壳抱瓦前，确保抱瓦和绝缘体已清理干净且检查完毕，所有的连接也检查完毕。把一半抱瓦移到护壳附近，使抱瓦的每一边上未涂漆部分露出相同的长度。从外部把抱瓦焊在护壳上(如果难以达到则从内部施焊)后，组装另一半抱瓦并从外部焊接。焊接抱瓦时，在保证焊缝外型的同时，要尽可能地减少填充量，一般需要1道至2道的焊接来完成，焊缝高度和盖的板厚相同。

2.3 焊接缺陷的修补

焊接过程中，发现未熔合、咬边、重叠、裂纹、气孔、弧坑、焊瘤等缺陷的焊缝，必须在开始后续的焊接工作之前进行修补，使用风铲或尖锐的手凿处理缺陷区域，直到将缺陷全部清除干净。补焊位置的开槽宽度应确保修补工作的顺利进行，焊后检验中发现的超标缺陷都必须按照上述方法进行处理，焊缝出现弧坑和焊缝末端出现过渡不良同样认为是缺陷，须填充所有的凹坑和焊缝收弧末端。如果在焊缝末端有焊瘤或焊高超标，则应该把它们铲除并重新焊接该位置，以保证外表平整。

2.4 设备及材料的配置

纯铝母线及外壳焊接时，宜选用纯度比母材纯度稍高的焊丝，在此选用SAL-3焊丝、φ1.6mm。氩弧焊时使用的氩气φ(Ar)≥99.96%，且氩气中水含量≤50mg/m3。焊机选用北京时代集团公司生产的ZP7-400D焊接电源及FD20-150送丝机，焊接规范参数见表1。

表1 焊接工艺参数

焊丝：ER1100，直径：1 6mm；氩气流量：24L/min～30L/min。焊接方法板材厚度(mm)焊接层数电流(A)电压(V)焊接速度(mm/s)焊高(mm)MIG12425026712MIG10322025610MIG821802448

3 着色渗透探伤

采用溶剂型清洗着色探伤剂，一般步骤是：预清洗—渗透—溶剂清洗—显象—观察。检测部位的表面状况在很大程度上影响着色渗透探伤的质量，因此预清洗时应特别注意必须彻底清除妨碍渗透剂深入的油脂、积炭、氧化皮等附着物以及残留在缺陷中的油脂及水分。去除污染物后，用清洗剂对酯化釜底板进行清洗，待干燥后喷涂渗透剂并保持湿润状态15min～30min。渗透后用干布或卫生纸擦拭多余渗透剂，然后再用蘸有清洗剂的布块或卫生纸向一个方向擦洗，不能用清洗剂喷罐对表面直接喷洒清洗。擦试时禁用棉纱头，因其细丝碎片容易留在表面上，不易除去，显象时形成伪显示，影响检测效果。

溶剂型着色探伤的显示剂为快干式显象剂，喷涂前，显象剂喷罐要充分摇动，将显象剂均匀喷于被检表面。喷涂时距离控制在300mm～400mm，喷罐倾角与被检表面成30°～40°为宜，采用扫描方式，喷涂要匀而薄，以刚好盖住受检区为宜。在喷涂显象剂7min后进行观察，有缺陷的地方可显示红色痕迹，这是由于毛细管作用原理，白色显象剂将酯化釜底板面焊缺陷渗入的红色渗透剂吸附上来，显示缺陷的真实形状轮廊痕迹。从而在白色背景上没有呈现出红色缺陷迹痕即合格。

4 结论

在正确的工艺措施和焊接工艺条件下，施工现场1060(L2)的全位置MIG焊接，完全可以获得性能良好的焊接焊缝。着色渗透探伤具有操作简便、缺陷显示直观、表面开口缺陷检出灵敏等优点，但对在油性、水气较大的环境中运行的零部件，若表面油脂、积炭等附着物清洗不彻底，则会影响检测效果。根据工程实际情况进行焊接工艺试验和持证上岗的焊工强化培训，是确保工程质量的重要技术措施。

〔1〕中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第二卷)[M].北京：机械工业出版社，1992.