关于直流电阻法测焊接螺柱熔合度检测技术研究

摘 要：特高压变压器在电网的输送效果非常明显，具有输送量大，距离远等优点，在我国得到了广泛的应用，但是变压器和互感器油箱渗漏油的问题一直以来是一个很难解决的问题，对螺柱焊接质量的检查以观察方式进行，并结合破坏性试验，这样的方式显得落后而具有破坏性，接下来我们将采用一种关于直流电阻法测焊接螺柱熔合度检测技术，以提升检测效率和质量。

關键词：直流电阻法;焊接螺柱熔合度;检测技术

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

0 前言

近年来，特高压变压器得到了大量而广泛的应用。特高压变压器是一种具有1000kV级的变压器，能全面提升我国电网的输送效果，据国家电网公司测算，特高压一回路特高压直流电网实现600万千瓦电量的输送，是当前500千伏直流电网的5 倍甚至更高，并且输送电的距离变得更长，是500千伏直流电网2至3倍。在特高压的变电设备中，主要由特高压变压器组成，占据着十分重要的地位，因此对于该设备的稳定高效运行要求就非常高。但是变压器和互感器油箱渗漏油的问题一直以来是一个很难解决的问题，油箱渗油除了使得油浪费以外，还有一个更加严重的问题，就是维修非常困难。维修时会造成大面积的停电，使得国家经济遭受巨大损失。近年来也采取了一些特殊工艺弥补了油箱渗漏油的问题，比较常见的是焊接螺柱工艺，该工艺在修补油箱内侧壁时，相比磁屏蔽底板，不但减小了安装磁屏蔽时的劳动强度，而且还提升了焊接效率;该工艺应用在升高座法兰上时，相比螺栓，不但减小了开螺孔的工时，而且没有了螺孔，堵住了漏油通道。在常见的使用过程中，焊接螺柱工艺还是有一些问题，当焊接设备发生故障、焊接操作不正确等影响，会造成螺柱和工件彼此的焊缝发生熔合不好的致命问题，不但会降低螺柱焊缝的强度，还会使得螺柱受力断裂，并出现脱落，当前对螺柱焊接质量的检查是以观察方式进行，并结合破坏性试验，但是观察检查方式对焊缝内部质量情况无法检测，破坏性试验会造成焊接螺柱变形或者报废问题发生，为了突破这些问题，采取一种关于直流电阻法测焊接螺柱熔合度检测技术。

1 直流电阻法测焊接螺柱熔合度概述

在螺柱焊中，螺柱焊的特点非常明显，是一种不借助任何附加材料的电弧焊接。通常是把螺柱一头和金属板件（以及管件）面触及，接通电源引弧，等触及面熔化以后，对螺柱实施一定压力，这样就达到焊接完成的目的。在变压器构造中，焊接通常采用的是拉弧式螺柱焊。螺柱焊的特点明显，其缺点也非常明显。在实施螺柱焊时，电流瞬间被放很大，这样就会形成非常大的磁场，以及大气流的形成，这都会使得电弧沿螺柱轴线造成偏移，电弧会出现偏吹， 螺柱与工件熔合这出现不良的问题。主要表现出这几个方面的问题：一是焊接出现螺柱表面倾斜，这就会出现只有部分焊接好其他部分没有充分熔合发生。二是螺柱一头和金属板件没有接触，螺柱中心部焊缝没有熔合，也就是只有螺柱四周的角焊缝有熔合。三是与二点相反，只有中心的螺柱焊缝熔合，而四周角焊缝没有熔合。螺柱与工件熔合出现不良最直接的问题就是螺柱在油箱内部掉落，这样会造成变压器绝缘击穿或者发生短路问题，而且变压器外部也会发生螺柱断裂，各个构件和变压器主体形成分离状态，局部损毁、故障停机都会发生。

针对螺柱焊的特点和缺点，在进行螺柱焊缝的检测时，常用的射线检测、 超声波检测、 磁粉检测、渗透检测都不能达到方便快捷的检测出熔合不有好的螺柱，可以采取直流电阻法测焊接螺柱熔合度，以弥补上述检测存在的缺陷问题。直流电阻法测焊接螺柱熔合度具体流程：先在测试的电阻上给予一定的直流电流，并对其电流和两端的电压降进行测量，这时通过欧姆定律计算出测试电阻的阻值。这里需要注意的是一定要用直流电流，因为直流电流流过导体时电流在导体的载流截面上是匀称分布的， 如果是交流电，会存在趋肤效应分布。对于螺柱、焊缝和工件而言，在整个变压器中他们可以看作是一个整体，螺柱焊所采用的都是同一类材质和规格相同的物件，因此螺柱直径、长度、工件的厚薄都在一定范围中的，而电阻的阻值受电阻率 ρ、电阻长度 L 、截面积 S所影响，其公式如下：

从公式中我们可以发现，因为ρ 、 L、S都是定值。如果出现焊接部位发生熔合不好的缺陷问题时，没有未熔合面积是，当直流电通过时，有效的面积就是S- 。从上公式计算，我们可以发现这样的现象。电流通道面积的减小，阻值必然会增大，虽然阻值的变化量很小，也是有影响。因此，我们可以借助直流电阻测量法进行测量，对比焊接螺柱的实际测电阻值和样本标准电阻值存在的区别，以此来认定螺柱焊接熔合度情况。

2 技术方案的确定

利用直流电阻法进行焊接螺柱熔合度检测，首先要选择合适的直流电阻测试仪，继而进行焊接螺柱试验样件的设计及加工制造，拟定评判熔合度的办法。

2.1 选择合适的直阻仪

一般来说，测量直流电阻主要有三种，即用直流平衡电桥、电压降法、数字式直阻仪进行测量，而焊接螺柱本身隶属于钢铁类阻性试品的范畴，在进行该项试品的测量时要求其导通距离在50mm上下，且需在生产现场进行快速地检测，其阻值非常低，因此采用数字式直阻仪进行测量较为合适。本次测试采用9310 直流电阻测试仪，该直阻仪的最小量程是0～0.1Ω ，能精确到读数的0.1%±0.5μΩ，能较好地满足检测需要。

2.2 设计并加工制造试验样件

焊接螺柱试验样件的设计及加工制造是为了证实直流电阻法测焊接螺柱熔合度检测技术的可行性，选用规格为M12×30 的螺柱制作了一组试验样件，具体分为A、B、C三行，对每行螺柱进行编号，从左到右的编号次序是1#～5# ，具体试样如下图1所示。为实现特定的熔合效果，试验样件中的各行所采用的施焊方法及工艺各不相同，如A 行采用的是规范化的螺柱焊工艺参数，B 行采用的是不规范的螺柱焊工艺参数，C行则采用气体保护焊方法或手工电弧焊方法。

2.3 焊接螺柱电阻值检测

采用9310 直流电阻测试仪检测焊接螺柱的电阻值，首先需要分出电压、电流线路的两极引线触点，将其中的一极触点置于螺柱頂端，另一极触点则置于贴近这一螺柱的钢板上，且保证螺柱钢板上的触点到螺柱中心距离是一个数字常数，这是为了保持电流的流通距离L不发生变化，上述程序做好之后，便可一一进行焊接螺柱的电阻值测量，并做好相关记录。

2.4 毁坏性试验

在完成了电阻测量之后，进而对试验样件上的焊接螺柱实施毁坏性试验，这是为了检测螺柱是否合格。毁坏性试验主要分为弯曲试验和扭矩试验两种形式，其中弯曲试验是对螺柱进行弯曲的试验方式，倘若螺柱弯曲的夹角超过60°仍未脱落，则是合格的焊接螺柱;扭矩试验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断，则是合格的焊接螺柱。若是对焊接螺柱开展了弯曲试验，便不能再进一步开展扭矩试验，因此试验样件中，除了B 行 5# 螺柱是先开展弯曲试验，再开展扭矩试验，其他的螺柱则需先开展扭矩试验，再用合格的焊接螺柱开展弯曲试验，并在试验结束后详细记录试验的结果。

2.5 试验结果

通过对焊接螺柱电阻值检测及毁坏性试验等一系列实验，验证了采用直流电阻法能很好地检测判断出焊接螺柱的熔合度，具体的试验数据及结果记录如表1所示。

由于试验样件的A、B、C三行螺柱所采用的施焊方法及工艺不同，结合上述结果，不难发现，A行螺柱的直流电阻值在60μΩ左右，显得比较集中，该行螺柱不但经受住了扭矩试验，而且经受住了弯曲试验。B行螺柱的直流电阻值有的在65μΩ左右，有的则高于70μΩ，前者能经受住扭矩试验，但无法经受弯曲试验，后者则无法经受扭矩试验，尤其是直流电阻值为115.1的1#螺柱，更是轻轻一碰立即脱落。C三行螺柱是用手工电弧焊进行焊接，其螺柱中心的熔合度不够紧密，但由于焊脚尺寸较大，能经受住扭矩试验和弯曲试验。综上所述，直流电阻法较适用于焊接螺柱熔合度的检测，在检测过程中，可将合格螺柱和不合格螺柱的电阻差值有效地归纳出来，便可知道该螺柱能否经受住扭矩试验和弯曲试验的检验。

参考文献：

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[2]李冰.论变压器直流电阻试验分析[J].电子测试，2017（10）.

[3]王关人.变压器直流电阻测量结果异常的分析与判断[J].科学技术创新，2017（22）.

作者简介：王珏（1984-），女，山西临汾人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：电气工程及自动化。