關于直流電阻法測焊接螺柱熔合度檢測技術研究

摘 要：特高壓變壓器在電網的輸送效果非常明顯，具有輸送量大，距離遠等優點，在我國得到了廣泛的應用，但是變壓器和互感器油箱滲漏油的問題一直以來是一個很難解決的問題，對螺柱焊接質量的檢查以觀察方式進行，并結合破壞性試驗，這樣的方式顯得落后而具有破壞性，接下來我們將采用一種關于直流電阻法測焊接螺柱熔合度檢測技術，以提升檢測效率和質量。

關鍵詞：直流電阻法;焊接螺柱熔合度;檢測技術

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

0 前言

近年來，特高壓變壓器得到了大量而廣泛的應用。特高壓變壓器是一種具有1000kV級的變壓器，能全面提升我國電網的輸送效果，據國家電網公司測算，特高壓一回路特高壓直流電網實現600萬千瓦電量的輸送，是當前500千伏直流電網的5 倍甚至更高，并且輸送電的距離變得更長，是500千伏直流電網2至3倍。在特高壓的變電設備中，主要由特高壓變壓器組成，占據著十分重要的地位，因此對于該設備的穩定高效運行要求就非常高。但是變壓器和互感器油箱滲漏油的問題一直以來是一個很難解決的問題，油箱滲油除了使得油浪費以外，還有一個更加嚴重的問題，就是維修非常困難。維修時會造成大面積的停電，使得國家經濟遭受巨大損失。近年來也采取了一些特殊工藝彌補了油箱滲漏油的問題，比較常見的是焊接螺柱工藝，該工藝在修補油箱內側壁時，相比磁屏蔽底板，不但減小了安裝磁屏蔽時的勞動強度，而且還提升了焊接效率;該工藝應用在升高座法蘭上時，相比螺栓，不但減小了開螺孔的工時，而且沒有了螺孔，堵住了漏油通道。在常見的使用過程中，焊接螺柱工藝還是有一些問題，當焊接設備發生故障、焊接操作不正確等影響，會造成螺柱和工件彼此的焊縫發生熔合不好的致命問題，不但會降低螺柱焊縫的強度，還會使得螺柱受力斷裂，并出現脫落，當前對螺柱焊接質量的檢查是以觀察方式進行，并結合破壞性試驗，但是觀察檢查方式對焊縫內部質量情況無法檢測，破壞性試驗會造成焊接螺柱變形或者報廢問題發生，為了突破這些問題，采取一種關于直流電阻法測焊接螺柱熔合度檢測技術。

1 直流電阻法測焊接螺柱熔合度概述

在螺柱焊中，螺柱焊的特點非常明顯，是一種不借助任何附加材料的電弧焊接。通常是把螺柱一頭和金屬板件（以及管件）面觸及，接通電源引弧，等觸及面熔化以后，對螺柱實施一定壓力，這樣就達到焊接完成的目的。在變壓器構造中，焊接通常采用的是拉弧式螺柱焊。螺柱焊的特點明顯，其缺點也非常明顯。在實施螺柱焊時，電流瞬間被放很大，這樣就會形成非常大的磁場，以及大氣流的形成，這都會使得電弧沿螺柱軸線造成偏移，電弧會出現偏吹， 螺柱與工件熔合這出現不良的問題。主要表現出這幾個方面的問題：一是焊接出現螺柱表面傾斜，這就會出現只有部分焊接好其他部分沒有充分熔合發生。二是螺柱一頭和金屬板件沒有接觸，螺柱中心部焊縫沒有熔合，也就是只有螺柱四周的角焊縫有熔合。三是與二點相反，只有中心的螺柱焊縫熔合，而四周角焊縫沒有熔合。螺柱與工件熔合出現不良最直接的問題就是螺柱在油箱內部掉落，這樣會造成變壓器絕緣擊穿或者發生短路問題，而且變壓器外部也會發生螺柱斷裂，各個構件和變壓器主體形成分離狀態，局部損毀、故障停機都會發生。

針對螺柱焊的特點和缺點，在進行螺柱焊縫的檢測時，常用的射線檢測、 超聲波檢測、 磁粉檢測、滲透檢測都不能達到方便快捷的檢測出熔合不有好的螺柱，可以采取直流電阻法測焊接螺柱熔合度，以彌補上述檢測存在的缺陷問題。直流電阻法測焊接螺柱熔合度具體流程：先在測試的電阻上給予一定的直流電流，并對其電流和兩端的電壓降進行測量，這時通過歐姆定律計算出測試電阻的阻值。這里需要注意的是一定要用直流電流，因為直流電流流過導體時電流在導體的載流截面上是勻稱分布的， 如果是交流電，會存在趨膚效應分布。對于螺柱、焊縫和工件而言，在整個變壓器中他們可以看作是一個整體，螺柱焊所采用的都是同一類材質和規格相同的物件，因此螺柱直徑、長度、工件的厚薄都在一定范圍中的，而電阻的阻值受電阻率 ρ、電阻長度 L 、截面積 S所影響，其公式如下：

從公式中我們可以發現，因為ρ 、 L、S都是定值。如果出現焊接部位發生熔合不好的缺陷問題時，沒有未熔合面積是，當直流電通過時，有效的面積就是S- 。從上公式計算，我們可以發現這樣的現象。電流通道面積的減小，阻值必然會增大，雖然阻值的變化量很小，也是有影響。因此，我們可以借助直流電阻測量法進行測量，對比焊接螺柱的實際測電阻值和樣本標準電阻值存在的區別，以此來認定螺柱焊接熔合度情況。

2 技術方案的確定

利用直流電阻法進行焊接螺柱熔合度檢測，首先要選擇合適的直流電阻測試儀，繼而進行焊接螺柱試驗樣件的設計及加工制造，擬定評判熔合度的辦法。

2.1 選擇合適的直阻儀

一般來說，測量直流電阻主要有三種，即用直流平衡電橋、電壓降法、數字式直阻儀進行測量，而焊接螺柱本身隸屬于鋼鐵類阻性試品的范疇，在進行該項試品的測量時要求其導通距離在50mm上下，且需在生產現場進行快速地檢測，其阻值非常低，因此采用數字式直阻儀進行測量較為合適。本次測試采用9310 直流電阻測試儀，該直阻儀的最小量程是0～0.1Ω ，能精確到讀數的0.1%±0.5μΩ，能較好地滿足檢測需要。

2.2 設計并加工制造試驗樣件

焊接螺柱試驗樣件的設計及加工制造是為了證實直流電阻法測焊接螺柱熔合度檢測技術的可行性，選用規格為M12×30 的螺柱制作了一組試驗樣件，具體分為A、B、C三行，對每行螺柱進行編號，從左到右的編號次序是1#～5# ，具體試樣如下圖1所示。為實現特定的熔合效果，試驗樣件中的各行所采用的施焊方法及工藝各不相同，如A 行采用的是規范化的螺柱焊工藝參數，B 行采用的是不規范的螺柱焊工藝參數，C行則采用氣體保護焊方法或手工電弧焊方法。

2.3 焊接螺柱電阻值檢測

采用9310 直流電阻測試儀檢測焊接螺柱的電阻值，首先需要分出電壓、電流線路的兩極引線觸點，將其中的一極觸點置于螺柱頂端，另一極觸點則置于貼近這一螺柱的鋼板上，且保證螺柱鋼板上的觸點到螺柱中心距離是一個數字常數，這是為了保持電流的流通距離L不發生變化，上述程序做好之后，便可一一進行焊接螺柱的電阻值測量，并做好相關記錄。

2.4 毀壞性試驗

在完成了電阻測量之后，進而對試驗樣件上的焊接螺柱實施毀壞性試驗，這是為了檢測螺柱是否合格。毀壞性試驗主要分為彎曲試驗和扭矩試驗兩種形式，其中彎曲試驗是對螺柱進行彎曲的試驗方式，倘若螺柱彎曲的夾角超過60°仍未脫落，則是合格的焊接螺柱;扭矩試驗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斷，則是合格的焊接螺柱。若是對焊接螺柱開展了彎曲試驗，便不能再進一步開展扭矩試驗，因此試驗樣件中，除了B 行 5# 螺柱是先開展彎曲試驗，再開展扭矩試驗，其他的螺柱則需先開展扭矩試驗，再用合格的焊接螺柱開展彎曲試驗，并在試驗結束后詳細記錄試驗的結果。

2.5 試驗結果

通過對焊接螺柱電阻值檢測及毀壞性試驗等一系列實驗，驗證了采用直流電阻法能很好地檢測判斷出焊接螺柱的熔合度，具體的試驗數據及結果記錄如表1所示。

由于試驗樣件的A、B、C三行螺柱所采用的施焊方法及工藝不同，結合上述結果，不難發現，A行螺柱的直流電阻值在60μΩ左右，顯得比較集中，該行螺柱不但經受住了扭矩試驗，而且經受住了彎曲試驗。B行螺柱的直流電阻值有的在65μΩ左右，有的則高于70μΩ，前者能經受住扭矩試驗，但無法經受彎曲試驗，后者則無法經受扭矩試驗，尤其是直流電阻值為115.1的1#螺柱，更是輕輕一碰立即脫落。C三行螺柱是用手工電弧焊進行焊接，其螺柱中心的熔合度不夠緊密，但由于焊腳尺寸較大，能經受住扭矩試驗和彎曲試驗。綜上所述，直流電阻法較適用于焊接螺柱熔合度的檢測，在檢測過程中，可將合格螺柱和不合格螺柱的電阻差值有效地歸納出來，便可知道該螺柱能否經受住扭矩試驗和彎曲試驗的檢驗。

參考文獻：

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作者簡介：王玨（1984-），女，山西臨汾人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：電氣工程及自動化。