Page 64 - 理化检验-物理分册2023年第三期

孙庆峰, 等: 铜铝过渡线夹开裂原因

效的焊接区域, 内部存在较大面积的焊接缺陷, 基体
呈分离状态。线夹有效焊接面积约为总面积的1 / 5 ,
而开裂源部位未见有熔合迹象, 极有可能是试样在运
行前已有开裂现象, 能谱分析结果也佐证了该判断。
从现场布置可观察到, 连接线夹的导线几乎垂直布
置, 松紧适度, 且长度有限, 约为1.5m , 导线质量约为

,
3k g 因此基本可将风载的影响排除。在20~300℃
时, 化学纯度为 99.99% 的铜热膨胀系数平均约为
图4 试样 A 、 B 、 C的渗透检验结果
2.31×10 , 铝的热膨胀系数平均约为3.55×10 , 两
-6
-6
采用 X 射线数字成像( DR ) 系统对试样 A 、 B 、 C 者热膨胀系数相差较大, 若焊接工艺不当, 极易发生
进行检测, 结果如图5所示, 可见试样 A 、 B 的铜、 铝 开裂故障, 线夹表面的间隙通常是引起电气设备发热
结合面呈直线显示, 试样 C 的铜、 铝结合面呈波纹 的主要原因。设备线夹运行温度一般与环境温度相
状显示。 当, 但当其载流能力发生变化并引起发热时, 运行温
度会远高于环境温度。
摩擦焊是铜铝过渡线夹的一种常用焊接方式,
具体方法是将铜棒和铝棒经高速旋转, 使两者的端
面在高温下熔化, 通过顶端力挤压使铜铝连接。铜

的熔点约为1084℃ , 铝的熔点约为660℃ , 而当摩

擦 焊 工 艺 控 制 不 当 时, 熔 接 温 度 仅 为 550~

[ 11 ] , 此时线夹断面的铜基保持铜基本色, 铝
660℃
基保持铝基本色。因此, 线夹的开裂原因是焊接工
图5 试样 A 、 B 、 C的 DR检测结果
艺不当所引起的。
对试样 A 、 B 、 C进行冷热交替循环试验, 循环次
数为3次, 然后分别对冷热循环前、 后的3个试样进 3 结论与建议
行电子计算机 X 射线断层扫描( CT ) 检测, 结果如
铜铝过渡线夹焊接工艺控制不当, 其中部分线
表1所示。由表1可知: 试样 A 分布了2个焊接缺
夹焊接面熔合面积过小, 基材结合面有开裂迹象, 在
陷, 分别编号为缺陷1和缺陷2 , 2个缺陷在冷热循
运行状态下, 受运行环境温度及载荷变化的影响, 线
环后体积均变大; 试样 B 分布了 2 个焊接缺陷, 分
夹温度升高, 缺陷发生扩展, 最终导致线夹发生
别编号为缺陷3和缺陷4 , 2个缺陷在冷热循环后体
开裂。
积均变大; 试样 C未发现缺陷。
建议结合停电计划, 对该批次线夹进行更换处
表1 冷热循环前、 后试样 A 、 B 、 C的 CT检测结果 mm 3
理; 督促厂家改进铜铝过渡连接方式, 改进焊接工
项目 冷热循环前体积 冷热循环后体积
艺; 线夹出厂前应对熔合线区域进行表面无损检测。
缺陷1实测值 36.998 39.608
试样 A 参考文献:
缺陷2实测值 0.175 0.198
缺陷3实测值 5.490 5.768
试样 B [ 1 ] 陈勃.10KV 配 网 工 程 建 设 管 理 系 统 设 计 与 实 现
缺陷4实测值 5.368 5.565 [ D ] . 成都: 电子科技大学, 2012.
试样 C - - [ 2 ] 刘骥. 配网工程管理系统的设计与实现[ D ] . 南昌: 南
昌大学, 2013.
2 综合分析 [ 3 ] 陈国宏, 倪满生, 田宇, 等. 铜铝过渡线夹使用状况与

选型分析 [ J ] . 安徽电气工程职业技术学院 学 报,
输电线路导线材料一般采用铝线, 变电设备端子
2012 , 17 ( 3 ): 15-19.
材料一般采用 T2铜, 为防止铜铝部件连接发生电化
[ 4 ] 汤晓磊, 陈国宏, 刘俊建, 等. 时效对平面接触型铜 / 铝
学反应, 作为两者之间连接载体的设备线夹, 一般采 设备线夹组织结构及性能的影响[ J ] . 理化检验( 物理
用铜铝过渡的形式 [ 10 ] 。发生开裂的线夹采用摩擦焊 分册), 2014 , 50 ( 3 ): 169-174.
工艺进行焊接, 从断口观察到线夹仅在表面形成了有 ( 下转第56页)
5 2