浅谈GIS装配过程中铝材质导电杆的清洗工艺

王琼鹏 李皓然 李树果 杨茹茵

【摘 要】气体绝缘全封闭组合电器由于其特殊性，对装配过程中的异物控制有很高的要求。组合电器中有大量的导电杆类零部件，加工方式一般为铸造和焊接两种形式，材质一般为铝合金。在出厂例行耐电压试验中，有约80%为导电杆表面异物处理不彻底造成耐压击穿。因此如果控制好导体表面的异物，一方面可以提升产品质量，另一方面减少了由于返工造成人工和材料成本的增加。

【关键词】GIS;导电杆;清洗工艺;异物

中图分类号： TM595 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）03-0167-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.068

0 引言

GIS（GAS insulated SWITCHGEAR）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、母线、连接件等组成。GIS在72.5kV～1100kV电压等级的电网系统运用广泛，其产品质量直接影响到电网运行的安全。由于其高电压的特点，GIS对装配过程中的异物控制提出了很高的要求。异物可以分为装配过程中产生的异物和零部件自身的异物，零部件自身异物主要指在零部件加工制造、运输、存储过程中产生的异物。在GIS的组成零部件中有钢、铁、铝、铜、环氧树脂等材质的零部件，其中根据其材质及性能的不同，在GIS中起到的作用也不同。铝材质由于其良好的导电性和经济性，是GIS零部件中运用最多的材质之一。

铝材质导电杆由于材质软，在加工过程中极易藏匿铝屑。当这些铝屑在零部件的前处理过程中，无法得到有效地去除，藏匿在零部件中，在产品的出厂耐电压试验时，极易造成耐压击穿的不良问题，对GIS的产品质量造成很大的影响，即使出厂耐压试验顺利通过，这些藏匿在零部件中的铝屑也会成为运行产品潜在的质量隐患，威胁电网的安全运行。

如何将加工过程中产生的铝屑、运输过程、存储过程中产生的异物高效、省时省力地清扫干净，是高压开关行业生产过程中必须面对的问题。本文阐述的铝材质导电杆的清洗工艺，就是在高压开关制造企业的运用实践。

1 改进前的清洗工艺

1.1 改进前的清洗工艺

在GIS的生产流程中，零部件由发料部门发至工序部门后，首先要进行的就是零部件的清洗。改进前铝材质导电杆的清洗工艺为打开包装后，先使用干净水冲洗零部件的外表面和内表面，再使用百洁布，蘸取专用清洗液清洗零部件的内外表面。专用清洗剂使用YZ-2000型金属清洗剂与水的混合溶液，水与YZ-2000型金属清洗剂的比例为5：1，金屬清洗剂YZ-2000的成分主要包括两性表面活性剂（CAS：14350-97-1）、有机助剂（497-19-8）等，使用专用清洗剂可以更好地去除掉零部件表面的异物。在充分去除零部件表面的异物后，使用干净水冲洗导体表面，去除掉清洗剂、异物等。

如图1所示，虚线方框内为现阶段水洗作业工艺流程，方框以外的工序为水洗作业工序的上道工序和下道工序。对产品质量有较大影响的是工序2、工序3、工序4和工序5。

1.2 改进前清洗工艺存在的问题

改进前的清洗作业，存在的问题且迫切需要解决的是工序2、工序3、工序4、工序5三个环节。工序2拆除包装物后，零部件均放置在地面上，占用大量的作业场地，浪费作业场地;同时，由于零部件放置在地面上，容易划伤、磕碰零部件，带来不必要的修复工作，且作业人员需弯腰进行作业，劳动强度大。工序3是使用水管，不停地对用水冲洗零部件，存在浪费水资源的问题。工序4是清洗质量的重要保障工序，全部为人工作业，无法有效地对清洗时间进行约束，全部依靠作业人员去判断清洗时间和清洗效果，存在清洗效率或清洗质量不高的问题。工序5存在的问题和工序3相同，由于需要不停地使用干净水清洗零部件，存在浪费水资源的问题。

2 改进后的清洗工艺

2.1 改进后的清洗工艺

改进后铝材质导电杆的清洗工艺采用超声波清洗和浸没混流漂洗共同作用的清洗方式。具体工艺流程为上料、在配有专用清洗剂的介质内使用超声波清洗10分钟，然后使用浸没混流将零部件漂洗两遍，最后使用风切切水，吹掉零部件表面的水后下料，完成清洗工作。具体的工艺流程见下图2：改进后水洗作业工艺流程图。

改进后的工艺较之前工位数量有所增加，但对改进前工艺存在的问题有显著的改善。工序1与原工艺1相同，为清洗工序的上道工序。工序2拆包装后，零部件直接放置在治具内，治具设置保护装置，解决了零部件放置在地面容易磕碰的问题;同时由于零部件均放置在治具内，工作占地面积大幅度减少，提高了场地利用率;治具的高度离地1.1m，便于人员作业，减少弯腰动作，降低劳动强度。工序3上料采用上下料小车自动上料;当放置在上下料小车的治具内盛满零部件后，按动上料按钮，上下料小车在电机的作用下带动零部件自动上料。工序4为超声波清洗;该工序替代改进前的工序3水洗和工序4清洗剂清洗，主要作用为清除零部件表面浮着的异物，改变了以往人工进行清洗的作业模式。超声波清洗是通过超声波发生器发出一定频率的的超声波，在液体（一般为水）中不断传播，产生高频震荡信号，在液体中产生数以万计的微小气泡，微小气泡在声场的作用下振动，气泡在正压区迅速增大，然后在物料表面闭合，气泡在闭合的时候“爆炸”产生冲击波，通过“爆炸”产生的冲击波达到代替人工清洗的目的。同时，在水中加入一定的清洗剂，能更好地去除零部件表面的异物。工序5和工序6均为浸没混流漂洗;超声波清洗后，零部件表面异物大部分会清洗掉，但当零部件从超声波清洗介质（即水溶液）中提出时，表面会有清洗剂残夜和部分异物残留，通过工序5和工序6的两次漂洗，可以保证将零部件表面的清洗剂和残留异物去除，确保零部件表面的洁净度。工序7为风切切水，由于清洗过程均在水介质中完成，当清洗完成，零部件从介质中提出后，会有大量的水渍残留，利用风切切水，可以去除表面残留的水渍，有利于后续的烘干工序，同时减少了水洗作业场地表面的残留水渍，改善水洗作业环境。工序8为下料，工序7风切切水后，零部件（连同治具）进入上下料下车进行下料。作业人员将零部件从治具中取出，转运至烘干间，同时检查零部件清洗状况，清洗效果良好的零部件进入烘干工序，未清洗干净的零部件重新进行清洗。工序9和工序10和原有工艺相同，为清洗作业工序的下道工序。

2.1 改进型清洗工艺需要注意的问题

使用改进型清洗工艺清洗GIS铝材质导电杆时还需注意四个问题。

第一个是超声波频率的选择。超声波频率越低，在液体中产生的空化越容易，产生的力度大，作用也越强，适用于工件粗、脏、初洗;频率高则超声波方向性强，适合于精细的物件清洗。结合GIS导体类零部件的特点，以采用频率为40KHZ的超声波为宜，满足清洗效果和清洗质量的需要。

第二个是零部件的放置。零部件部分区域难易清洗或者需要清洗内腔时，应将难易清洗的部位或者内腔朝向超声波发生器的方向，有助于超声波传递到需要清洗的部位，提升清洗效果。

第三个是清洗时间的控制。由于GIS由于导电的需要，在接触面通常会进行镀银处理，使用超声波清洗时，清洗时间较短时，无法达到清洗效果。清洗时间长时，会对镀银面造成一定的伤害，经过实践，超声波清洗时间设置为10分钟为宜。

第四个是清洗剂的选择。使用清洗剂能达到更好地清洗效果，如果选用前文提到的YZ-2000型金属清洗剂，还应加入消泡剂，防止清洗过程中大量泡沫的产生，或者选用低泡型的清洗剂。我司目前采用在YZ-2000型金屬清洗剂加入消泡剂的方法，降低泡沫的产生。另外，需要注意的是，由于超声波震荡后会产生一定的热量，造成介质温度上升，所以在选取清洗剂的时候切勿选用易燃易爆类的清洗剂;如工艺要求必须使用该类清洗剂，应采取一定的降温措施，防止介质温度过高而导致安全事故。

超声波清洗完毕后进入浸没混流清洗工序。浸没混流清洗工序主要是利用液体的流动将超声波清洗后表面浮着的异物漂洗掉。使用两遍浸没混流漂洗后，可将零部件表面浮着的异物清洗干净。最后进行风切切水，尽可能地去除掉表面的积水。切水后进行下料，清洗作业完成。

2.2 改进后的清洗工艺的优点

改进后的清洗工艺最大的优点是将清洗时间和清洗质量量化，有助于产品生产过程质量控制。同时改变了以往“地摊式”清洗作业的方式，工位工序明了，节省了场地的使用面积，降低了劳动强度，节省了人力资源。

3 结语

使用超声波和浸没混流的工艺对GIS导电杆进行清洗，能有效地去除掉导电杆由于加工制造、转运、存储等环节产生的异物，对降低由于导体自身零部件清洗不彻底造成的产品耐电压试验不良等质量问题有明显的效果。

【参考文献】

[1]基于表面质量需求的机械零件再制造毛坯预处理工艺优化方法.柯庆镝;田常俊;李杰;李柏青;翟正树;詹伟.中国机械工程.武汉.2018年23期.

[2]超声波清洗原理及工艺.李伟烈.山东工业技术.济南.2018年12期.

[3]超声波清洗技术及应用.闫广钱.物理教师.苏州.2004年4期.