铝热焊接在苏丹上阿特巴拉电站接地施工中的应用

殷 高 翔

(中国水利水电第五工程局有限公司 国际公司，四川 成都　610066)

铝热焊接在苏丹上阿特巴拉电站接地施工中的应用

殷 高 翔

(中国水利水电第五工程局有限公司 国际公司，四川 成都610066)

摘要：铝热焊接是一种简单、高效率、高质量的金属连接工艺，它利用金属化合物化学反应热作为热源，通过过热的熔融金属，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形状、尺寸、符合工程需求的熔焊接头。在电站接地的焊接中可实现母材与焊接接头材质统一，且其具有无需外接能源、工具携带方便、施工效率高、受操作空间影响小、焊接接头具有良好的导电性能的优点。

关键词：铝热焊接；接地；模具；苏丹上阿特巴拉电站

1概述

上阿特巴拉电站位于苏丹上阿特巴拉河与塞梯特河交汇口上游20 km处，总装机容量为4×80 MW，其电站厂房、溢流坝和进水口等部位的接地系统主导线长度总计约26 280 m，主导线全部采用120 mm2的多股裸铜绞线，支线电缆采用70 mm2和50 mm2的多股裸铜绞线，焊接接头主要有各导线之间的T字、十字、一字形接头以及主导线与垂直接地极的焊接接头，接头种类见图1，接地系统所有的焊接接头全部采用铝热焊接。

图1　接地焊接接头种类图

2铝热焊接原理

铝热焊接系利用金属化合物化学反应热作为热源，通过过热的(被还原)熔融金属，直接或间接加热工作，在特制的石墨模具的型腔中形成一定形状、尺寸、符合工程需求的熔焊接头。其化学反应式表示为：

3Cu2O +2Al=6Cu + Al2O3+ Heat(2 573 ℃)

该反应式说明，铝能与氧化铜发生氧化还原反应(即铝热反应)，并伴随产生大量的热能量，在无需外部能源的情况下就可以生成熔化的高温铜水。高温铜水在石墨模具中浇铸于固定于两段裸铜绞线接缝处的型腔内，即可将两段接地铜绞线焊铸在一起，最后形成与接地铜绞线的材料化学性能与导电性能等方面相匹配的焊接接头。接地铝热焊接情况见图2。

图2　接地铝热焊接示意图

3铝热焊接工艺流程

准备工作→清洁模具与导线→模具干燥与预热→导线在模具内固定→加焊剂与引火粉→点火与焊接反应→开模与清理。

4操作步骤

4.1准备工作

根据接地系统设计图纸上关于接地导线的型号、材质及接头种类等要求，定制与多股裸铜绞线以及接头相匹配的石墨模具和焊剂。为了确保在焊接过程中不漏液，石墨模具中设置有用于固定导线的孔，其孔径必须与导线实测直径一致。不同厂家生产的同标称面积的多股裸铜绞线由于缠绕松紧程度不一致的原因，导致其外形直径大小有差别，需根据所选定的导线按实测直径制作石墨模具。再根据接头的大小，选定单个接头所需量的焊剂粉包。由于在接地施工时，焊接接头普遍分布较远，而焊剂开包后不能长时间暴露在外界空气中，以避免其受潮和氧化，建议一个包装的焊剂不能够分多次焊接，应尽量按每个接头使用一包焊剂的量选定焊剂粉的包装型号。其它需要准备的辅助性工具有：钢锯、预热枪、点火枪、刷子和模具夹等。

4.2清洁模具与导线

使用软毛刷仔细将模具内部清扫干净。导线表面的尘土、油脂、氧化物(锈)或其它附着物等也必须完全清除，其可以使用钢刷等进行清洁，待其洁净光亮后方可进行焊接作业。

4.3模具干燥与预热

使用前，用加热工具(如烘干箱、喷灯、预热枪)干燥模具、驱除水气并进行预热。

4.4导线在模具内的固定

在模具内安装好专用的夹子，将要焊接的铜绞线放置于模具孔中，在焊接腔内，使铜绞线的接缝正对模具中心线处，再合并上下模并通过模具上的专用夹子夹紧，然后将模具的反应腔垂直朝上放置。

4.5加焊剂与引火粉

如图2所示，先将所配带的钢碟沿模具内壁滑入模具反应腔的底部，以防止焊剂反应前漏入焊接腔。选取与模具型号对应量的焊剂包，拆开焊剂包后将焊粉倒入反应腔中，在模唇上和焊粉表面上均匀地洒上引火粉，然后盖上模具盖。

4.6点火与焊接反应

使用专用的电子点火枪，对准模唇处的引火粉点火，引火粉燃烧后立即引起焊接腔内的焊剂发生氧化还原反应(即铝热反应)并伴随产生大量的热能量，形成约2 573 ℃的高温，使反应置换出来的铜呈高温铜水状态，并使反应腔底部的钢碟熔化，高温铜水流入焊接腔与铜绞线熔接并形成焊接腔形状的焊接接头，反应时间一般为5 s左右。

4.7开模与清理

从外部观察至反应静止后，再镇静约30 s，即可通过模具夹打开上、下模并取出连接好的导线。检查焊接接头有无缺陷，然后清理掉接头焊疤，并用毛刷等工具清洁模具以备下次使用。

5焊接接头导电性试验

焊接接头的导电性测试方法：根据接地系统设计图纸所设计的接地导线规格，取一段长度为1 m、标称面积为120 mm2的多股裸铜绞线样品并测试其电阻，测试完后将铜绞线从中间剪断，然后在断开处进行铝热焊接以达到再次连接，焊接完成后，再在其两端测试其电阻，测试三次并取平均值，对所取数值进行比较，分析焊接接头对电缆电阻的影响。测试结果见表1。

表1　铜绞线剪断前与剪断再进行铝热焊接连接后电阻值测试纪录表

试验测试结果表明：标称面积120 mm2的多股裸铜绞线剪断前与剪断再进行铝热焊接连接后其电阻值未出现明显变化，导线焊接前后电阻率变化接近于零，满足技术规范要求。

6铝热焊接的注意事项

(1)反应后被熔接物温度较高，应注意操作者不要被烫伤。操作过程中，操作者需戴上石棉手套，佩戴护目墨镜。

(2)每次开工焊接前应使用加热工具(如烘干箱、喷灯、预热枪)干燥模具、驱除水气并进行预热。若连续作业，可以不加热与除湿。

(3)模具夹是用于开合和夹紧上下模的，模具夹的紧密度对熔接的效果有影响，因此，需要在焊接开始前认真检查模具夹并作适当调整。

(4)不可将超出或者小于模具对应型号的被焊接导线强行放入模具进行焊接。

(5)被焊接导线必须保持洁净和干燥。

(6)在切割被焊接导线时，要注意保证其切口平整；对于散开的多股绞线可以用铜丝或胶布固定，避免焊接时引起焊液渗漏。

(7)焊剂、引火粉储存时要防潮和防火。发生火灾时，不能用水和液体灭火剂灭火。遇紧急情况时，应使用干砂或干粉灭火器灭火。

7结语

苏丹上阿特巴拉电站的接地系统从坝底岩石中的垂直接地极到大坝混凝土中的接地网以及到各设备的连接施工全部采用铝热焊接，接地铝热焊接质量一次性验收通过率高。铝热焊接体现了其优越性，焊接施工设备简单，无需外部能源，操作与携带方便，可以在钢筋林立的狭小空间以及高空中实施接地导线的焊接，焊接后经测试导线的电阻值基本没有变化，完全满足在当地条件下的接地施工要求。

收稿日期:2016-04-06

中图分类号:TV52;TV7;TV547.6

文献标识码:B

文章编号:1001-2184(2016)03-0055-02

作者简介:

殷高翔(1973-)，男，贵州遵义人，高级工程师，学士，从事金属结构设备安装施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)