大型发电厂离相封闭母线的全位置焊接

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1、大型发电厂离相封闭母线的全位置焊接钱放华（中国水利水电第十二工程局机电安装分局浙江丽水323000）摘要：简要介绍大型发电厂离相封闭母线的焊接技术，重点分析了纯铝在施工现场全位置MIG焊接遇到的质量问题以及气孔、未熔合、裂纹等焊接缺陷产生的原因，并讨论了相应的MIG全位置焊接工艺。关键词：焊接工艺；MIG焊；全位置；纯铝1060（L2）；发电厂；离相封闭母线相对于碳弧焊、手工TIG焊，手工氩气保护MIG焊具有可全位置焊接、焊接效率高、成本低、变形小，焊缝成形美观等诸多优点，在铝及铝合金焊接中获得广泛的应用。我国东部某大型水

2、电站的离相封闭式铝母线的现场安装就是采用全位置MIG焊接工艺的成功实例。该水电站建于20世纪60年代初，共安装有9台水轮发电机组，总装机容量为697.5MW，是我国东部电网重要的调频调峰电厂。根据电网的要求，该水电站将增容到9×90MW。电气主接线为三机一变的扩大单元接线方式。发电机电压仍为13.8KV.改造后通过扩大单元汇流母线的工作电流为13.2KA，短时最大电流为13.9KA，汇流母线采用全连式离相封闭母线，连至主变压器低压侧，分别经03、02、01号主变压器升压后送至220KV开关站。1号封闭母线总长171m，2号

3、封闭母线总长179m，因在施工现场60º斜坡上安装、故全位置MIG焊接的确存在一定的难度。中国水利水电第十二工程局机电安装分局在该电厂改扩机项目中承接了QZFM-15/14000型离相封闭母线的现场安装工程。该母线是由纯铝1060（L2）制成，其作用是将大型水轮发电机组输出的额定电流为14kA、额定电压15.75kV的电力输送至主变压器，经主变压器升压至220kV高压后输入东部电网。1离相封闭母线主焊缝的质量要求三相母线的导体分别密封于各自的铝制外壳内，导体同一断面采用3个缘子呈120˚夹角与导体支撑。绝缘子一端开有凹孔，

4、内装橡胶弹性块及蘑菇形金具，金具顶端与母线导体接触，另一端固定于支承板上，支承板与外壳固定，主回路封闭母线导体尺寸为ф530mm×16mm，外壳尺寸为ф980mm×10mm，分支回路母线导体尺寸ф100mm×10mm，外壳尺寸为ф550mm×5mm，母线导体最热点允许温升50K。根据业主及JB/T5615.8-1999《封闭母线产品质量分等》的规定，现场安装焊缝经外观检查合格后，需抽取25%焊缝进行X射线探伤，达到Ⅱ级标准为合格。为确保焊接质量，针对现场施工的具体条件和可能出现的困难认真进行分析，拟定了焊接工艺与作业程序，

5、并经焊接工艺评定试验，筛选相应的焊接工艺参数。同时，在施工现场对施焊的持证焊工按新工艺进行强化培训，以满足实际工程的质量要求。21060（L2）的焊接工艺特点1060（L2）为工业纯铝[1]，其主要杂质是Fe和Si（ω（Fe）=0.35%、ω（Si）=0.25%），严格讲，应把纯铝视为Al-Fe-Si三元合金，其焊接性特点：（1）Al在空气中及焊接时极易氧化，表面易形成0.1-0.2μm厚的氧化物薄膜（Al2O3）[2]，其熔点高，性能稳定，会阻碍焊接过程的进行。同时，Al2O3密度大，在焊接熔池中容易沉入底部而难以去除，

6、造成焊缝夹渣。另外，氧化膜还会吸附较多的水份，焊接时会促使焊缝产生气孔。（2）Al的导热性约为低碳钢的2倍，在焊接时应采用大功率且能量集中的焊接热源，必要时要适当预热。焊接时焊接变形大，如果工艺措施不当还易促使其产生焊接裂纹。（3）Al金属焊接熔池中的气泡行为是形成常见的焊缝气孔的重要因素[3]，熔池中的气泡主要是氢气泡。弧柱气氛中的水份、焊接材料及母材所吸附（主要是物理吸附）的水份，都是焊接熔池中氢气泡的重要来源。另外，铝金属焊接时之所以容易形成氢气孔，主要与H2在Al中的溶解度变化特性有关。氢在液态铝中的溶解度为0.6

7、9-2ml/g，在凝固时突降到0.036-2ml/g，相差近20倍，而且Al的导热性很强，熔池冷却速度很快，加之铝的密度小，这些都不利于气泡逸出，更容易形成气孔。同时，MIG焊时，焊丝是以细小的熔滴形式通过弧柱进入熔池，由于弧柱温度最高，而熔滴表面积很大，有利于熔滴金属吸收弧柱氛围中的氢，所以在焊接时应尽可能减少电弧周围氢的含量。（4）Al由固态转变为液态时，没有明显的颜色变化，同时Al在高温时的强度很低，焊接时容易烧穿，因此在焊接薄板时要特别注意避免焊漏、烧穿等缺陷。3现场安装、焊接的主要技术措施3.1设备及材料的配置纯

8、铝母线及外壳焊接时，宜选用纯度比母材纯度稍高的焊丝，在此选用SAL-3焊丝、Ф1.6mm。氩弧焊时使用的氩气φ（Ar）≥99.96%，且氩气中水含量≤50mg/m3。焊机选用北京时代集团公司生产的ZP7-400D焊接电源及FD20-150送丝机。3.2焊前准备Al及铝合金的切割和坡口加工采用机械加工方法