劉寶林

摘要：目前，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展，社會(huì)在不斷進(jìn)步，大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材是軌道交通車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)用的關(guān)鍵材料，多采用分流組合模焊合擠壓而成。擠壓焊縫焊合是否良好，對(duì)鋁型材的力學(xué)性能和軌道車(chē)輛的運(yùn)行安全都有重要影響。本文對(duì)大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫的金相檢測(cè)和折斷檢測(cè)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)述，供同行參考。

關(guān)鍵詞：大規(guī)格復(fù)雜截面;鋁型材;擠壓焊縫;檢測(cè)方法

引言

電纜終端在城市配電網(wǎng)系統(tǒng)中得到大量使用。電纜線路運(yùn)行故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，不計(jì)外力破壞原因，電纜終端由于安裝質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的絕緣故障頻發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)研表明，電纜終端安裝過(guò)程中由于施工時(shí)間受到嚴(yán)格控制，用刀具剝離電纜外半導(dǎo)電層時(shí)，由于刀具進(jìn)刀深度不易控制，在實(shí)際剝離過(guò)程中往往會(huì)在主絕緣表面留下氣隙缺陷。氣隙缺陷處畸變電場(chǎng)將引發(fā)終端的局部放電，加速終端XLPE絕緣材料的劣化，最終導(dǎo)致終端絕緣擊穿。

1 絕緣架空導(dǎo)線的優(yōu)缺點(diǎn)

我國(guó)從80年代中期開(kāi)始在配網(wǎng)建設(shè)和改造中應(yīng)用絕緣架空導(dǎo)線。相對(duì)于裸導(dǎo)線，它的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）增加導(dǎo)線絕緣性能，提高線路抗沖擊能力和供電可靠性，極大的減少人身觸電傷亡危險(xiǎn)，可以防止外力引起的對(duì)地或相間短路，使得停電作業(yè)的次數(shù)減少，提高供電質(zhì)量;（2）樹(shù)木、建筑等對(duì)線路的影響減小，減少了沿線樹(shù)木的修剪量，提高了城市的綠化率;（3）對(duì)于桿塔的結(jié)構(gòu)要求降低，由于其絕緣性，可以沿著墻壁等進(jìn)行敷設(shè)，節(jié)約了資源;（4）供電半徑延長(zhǎng)，使其能夠深入負(fù)荷中心，保證了電能的合格率，減少了電能損耗;+）便于線路在狹窄的空間敷設(shè)，線路走廊比裸銅線相比大幅縮減;（6）防腐能力增強(qiáng)，線路使用壽命延長(zhǎng)，減少了檢修工作量;（7）線路的質(zhì)量減輕，降低了敷設(shè)過(guò)程中所需要的人力和物力;（8）對(duì)支撐線路的絕緣件要求降低，使得同塔并架的線路數(shù)量增加，節(jié)約了成本;（9）整體可靠性提高，檢修周期延長(zhǎng)，停電檢修次數(shù)減少。但其也存在一些缺點(diǎn)，在應(yīng)用中應(yīng)引起注意：絕緣架空導(dǎo)線的額定載流量比裸導(dǎo)線少，因其外表加上絕緣層后，導(dǎo)線的散熱能力降低，所以絕緣架空導(dǎo)線的線徑要粗一些。并且其外層加裝了一層絕緣架層，使其整體的線徑要大于裸導(dǎo)線，可能在敷設(shè)過(guò)程中帶來(lái)一些不便。

2 大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫的質(zhì)量檢測(cè)

2.1低倍組織檢測(cè)

我國(guó)GB/T3246.2-2012低倍組織檢驗(yàn)方法規(guī)定：用舌形?；蚍至鹘M合模擠壓的制品，其焊合區(qū)出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的黑色縫隙，稱(chēng)焊合不良。如出現(xiàn)白色或暗色細(xì)道，未破壞內(nèi)部組織連續(xù)性，應(yīng)屬于正常組織。

2.2極性對(duì)氧化反應(yīng)的作用

在陽(yáng)極性附近的鋁極易被陽(yáng)極生成的氧離子所氧化，成為穩(wěn)定的Al2O3結(jié)晶體，沉積在鋁護(hù)套內(nèi)表面，這就是現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的白色結(jié)晶體來(lái)源?？梢酝浦?fù)極性的操作波電壓作用于電纜時(shí)，就類(lèi)似一個(gè)正極性的電流作用于金屬套表面，在電解液存在時(shí)，腐蝕發(fā)生。因此這樣的操作波形成的危害要大于正極性作用于電纜載流導(dǎo)體的操作波過(guò)電壓。這也說(shuō)明，鋁套內(nèi)表面的腐蝕和緩沖層的燒蝕不是一個(gè)原理。

2.3檢測(cè)結(jié)果評(píng)定

首先必須確定試樣的斷裂位置，既確認(rèn)是否在擠壓焊縫處斷裂。如果試樣未沿著擠壓焊縫斷裂或在擠壓焊縫附近區(qū)域斷裂，即擠壓焊縫未斷裂，則可判定為焊合良好。如果試樣沿?cái)D壓焊縫斷裂（或斷面即為擠壓焊縫），則需根據(jù)擠壓焊縫斷口判定是否焊合良好。若擠壓焊縫斷口呈凸凹纖維狀特征，即延性斷裂，可判定為焊合良好;若擠壓焊縫斷口呈平齊狀特征，即脆性斷裂，可判定為焊合不良。

2.4運(yùn)行中的絕緣架空導(dǎo)線的簡(jiǎn)化等值電路

流過(guò)每一級(jí)表面電導(dǎo)的電流都不同，越靠近支持絕緣子處，表面電導(dǎo)上通過(guò)的電流就越大，它們?cè)诮^緣子處匯集后進(jìn)入大地。表面電流的大小與絕緣表面的臟污狀況以及氣候有關(guān)，在沿海地區(qū)，鹽密一般較大（曾發(fā)現(xiàn)絕緣表面、電桿表面鹽霜），當(dāng)遇到濃霧、小雪等天氣時(shí)，絕緣表皮的電導(dǎo)將急劇增加，電流密度急劇增加，在絕緣子兩側(cè)最為嚴(yán)重，進(jìn)而演變成局部的熱量聚集，最終造成絕緣破壞，由表及里，直至該部分絕緣完全燒毀，露出線芯，當(dāng)絕緣被“環(huán)切”后，“迷流”通路被切斷，該部分的燒蝕停止，這可能是沿海地區(qū)絕緣導(dǎo)線外絕緣燒蝕的主要原因。絕緣被“環(huán)切”后的導(dǎo)線，線芯將在電暈、電化學(xué)等的作用下繼續(xù)被侵蝕，如果發(fā)現(xiàn)、處理不及時(shí)，可能造成導(dǎo)線斷線，危及安全、可靠供電。而要確定此種結(jié)論，研究解決措施，必須要對(duì)絕緣架空導(dǎo)線進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的模擬試驗(yàn)和數(shù)據(jù)收集與分析。

2.5局部放電特征

這些XLPE毛刺分布于整個(gè)氣隙缺陷內(nèi)，將長(zhǎng)氣隙阻斷，形成封閉的氣隙空間。另外，終端安裝過(guò)程中主絕緣表面涂抹的硅脂與氣隙內(nèi)的XLPE毛刺之間易形成氣隙空間，為進(jìn)一步分析不同時(shí)刻下終端的PD特征，氣隙缺陷處產(chǎn)生局部放電的必要條件有：①放電處達(dá)到局部放電起始場(chǎng)強(qiáng);②存在初始電子。由于缺陷表面XLPE材料未被PD燒蝕，缺陷表面電導(dǎo)率較低，缺陷表面電荷不易擴(kuò)散，正電荷與負(fù)電荷之間的結(jié)合數(shù)量少，反向電場(chǎng)Ep較大，合成電場(chǎng)Et幅值較小，因此PD信號(hào)幅值較小。電纜終端放電重復(fù)率較低的原因可能是由于缺陷表面存在大量的深陷阱，PD產(chǎn)生的電荷被深陷阱捕捉，不易脫陷形成PD所需的初始電子，因此在老化初期終端的放電重復(fù)率較低，這與實(shí)際的測(cè)試結(jié)果相吻合。

2.6純鋁電蝕反應(yīng)

根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理，在單極性電流和水存在的條件下，純鋁材料電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下：H2O→H++OH陰極：6H+6e→3H2陽(yáng)極：6OH--6e→3H2O+3[O]2Al+3[0]→Al2O3↓+1669（J）2Al+3H2O=Al2O3↓+3H2↑+1669（J）反應(yīng)式（8）表明，純鋁在有電解液和電流的條件下很快出現(xiàn)電蝕現(xiàn)象。同時(shí)，電流流過(guò)無(wú)紡布帶緩沖層，將Al2O3帶到緩沖層中。眾所周知，Al2O3為惰性材質(zhì)，不易再次參加反應(yīng)。它的熔點(diǎn)2050℃，比熱容0.88×103J/kg·℃，根據(jù)式，環(huán)境溫度20℃，這樣微小局部放熱會(huì)將周?chē)腁l2O3和緩沖層加熱到T=2877℃（240×1×2.4×10-3（T-20）=1646），足以破壞Al2O3層，從而氧化反應(yīng)會(huì)繼續(xù)下去。Al2O3膜的生長(zhǎng)過(guò)程是在膜的增厚和溶解這一矛盾過(guò)程中展開(kāi)的，通電瞬間，由于氧和鋁的親和力特別強(qiáng)，在表面迅速生成一層致密的無(wú)孔氧化膜。由于外界條件存在，使得Al2O3變得凸凹不平，接著，電解液通過(guò)空穴到達(dá)純鋁表面，使化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，空隙越來(lái)越深，Al2O3膜逐漸向鋁基體方向擴(kuò)展。

結(jié)語(yǔ)

（1）大規(guī)格復(fù)雜截面鋁型材擠壓焊縫的質(zhì)量檢測(cè)，可以采用金相檢測(cè)和破壞性檢測(cè)兩種方法相結(jié)合進(jìn)行。（2）金相檢測(cè)以低倍檢測(cè)為主，輔以顯微組織檢測(cè)，破壞性檢測(cè)一般采用折斷方法。（3）擠壓焊縫折斷檢測(cè)及其評(píng)定方法，主要是根據(jù)焊縫是否斷裂及其斷口分析進(jìn)行判定。

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