胡飛飛，程思明，陳曉東，陳曉明，宋立斌

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021；2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130021）

電氣設備出線端子多為銅制品，與其連接的架空線路引下線多為鋁制品，銅鋁過渡線夾是電氣設備與架空線路之間的重要連接部件。銅鋁過渡線夾具有用量多、成分復雜的特點。性能不符合規(guī)范的線夾，宏觀上難以辨別，一旦進入生產(chǎn)運行環(huán)節(jié)，非常容易失效，且處理難度極大，會造成重大損失，帶來嚴重的后果。某省級電力公司近5年發(fā)生設備線夾斷裂事故16次（造成設備停電故障7次），其中有15次均為銅鋁過渡線夾失效。本文以農(nóng)網(wǎng)改造升級工程的某批次SLG－4A 平板型閃光焊銅鋁過渡線夾為例，著重分析閃光焊銅鋁過渡線夾焊縫強度和銅鋁結合面微觀組織的檢測方法。

1 線夾焊接方式及型號

銅鋁過渡線夾的銅與鋁之間常用的3種焊接方式為摩擦焊、閃光焊和釬焊。這3種焊接方式均有一定的不足，對線夾的電導率和力學性能產(chǎn)生影響，導致線路運行期間焊縫部位發(fā)生斷裂，造成電網(wǎng)事故，甚至大面積停電。

閃光焊是利用對焊機使兩端金屬接觸，通過低電壓的強電流，待金屬被加熱到一定溫度變軟后，進行軸向加壓頂鍛，使兩個對接表面的整個區(qū)域同時牢固結合起來的電阻焊接方法。閃光焊適用于大截面銅鋁板材的連接。根據(jù)尺寸的大小，閃光焊線夾的型號有SLG－1A／1B、SLG－2A／2B、SLG－3A／3B和SLG－4A／4B，其中A 型為平板型，B 型為銅板與鋁板呈30°角的折線型。在實際交貨時，受檢測儀器的限制，驗收人員只對線夾的外觀進行檢驗，至于線夾焊縫的強度以及銅鋁結合面的質量則不檢測。

2 線夾外觀檢驗

該批次SLG－4A 型閃光焊線夾共計362個，按照GB／T 2314—2008《電力金具通用技術條件》和DL／T 346—2010《設備線夾》外觀及尺寸的要求，隨機選取10個線夾進行外觀檢驗。所選取線夾試樣的標志清晰，位置明顯；表面光潔，無毛刺或其他碰傷、突起等；鋁母材無縮孔、砂眼；焊縫無裂紋或氣孔；總長度、銅板寬度和厚度、鋁板寬度和厚度等尺寸均與標稱值相符。

3 焊縫的檢測方法及合格條件

3.1 高溫開裂測試

使用過程中的大電流會導致銅鋁過渡線夾溫度升高，最高會超過200℃，所以需要對銅鋁過渡線夾的焊縫進行高溫開裂測試。將銅鋁過渡線夾置于高溫環(huán)境箱內，箱內溫度升至300℃，持續(xù)保溫30 min，若焊縫處不斷裂則合格。

隨機選取3個SLG－4A 型閃光焊線夾，在室溫下放入高溫環(huán)境箱，當溫度升至300℃，持續(xù)保溫30min后，3個線夾均未見開裂現(xiàn)象，只是銅母材的顏色由黃色變?yōu)樯罴t色。

3.2 彎曲試驗

GB／T 2317.1—2008 中規(guī)定：“用試驗機使銅鋁焊接處彎曲180°，壓頭半徑為2.5倍的板厚。若焊縫不斷裂，則試驗通過?！北驹囼炈脧澢囼灆C為SDS－200型。

選取4個SLG－4A 線夾，對銅鋁焊接處進行彎曲試驗，其中1個線夾在焊縫處出現(xiàn)孔洞，且一側邊緣出現(xiàn)結合面斷裂現(xiàn)象，其余3個線夾均沒斷裂。

3.3 強度試驗

隨機選取SLG－4A 線夾，壓平并剪切，使之滿足拉伸試驗機夾頭對試樣形狀的要求。受拉伸機夾頭尺寸的限制，拉伸試樣剩余尺寸過大不能放入夾頭，過小則會出現(xiàn)夾持不住而脫落的現(xiàn)象。拉伸試驗機為DNS－300型。經(jīng)過反復的試驗，最終確定銅、鋁兩種母材的夾持長度不能小于1cm，兩側夾頭中間的長度均不能小于2cm。

拉伸后的SLG－4A 型線夾見圖1，圖中試樣標號從左至右分別為：2—1、2—2、2—3、2—4、2—5?？梢钥闯鲈嚇拥睦煸囼灁?shù)據(jù)一致性較好，斷裂位置均出現(xiàn)在鋁母材區(qū)，抗拉強度平均值為60.8 MPa，詳見表1。

表1 SLG－4A線夾試樣的拉伸試驗結果

個別斷裂位置距離焊縫很近的試樣，焊縫處存在夾雜物或孔洞等缺陷，且相應抗拉強度小于其他試樣，這是由于缺陷導致的焊縫強度下降。綜合大量閃光焊銅鋁過渡線夾焊縫強度的測試結果，認為拉伸后斷裂位置在銅或鋁母材側，且距離焊縫3 mm 以上為合格。

本批次抽查試樣的斷裂位置與焊縫的距離均大于3mm，且斷面未見夾雜物或孔洞等缺陷。

3.4 銅鋁結合面的微觀組織檢驗

圖1 拉斷后的線夾試樣

在線夾的銅鋁結合面切取金相試樣（面積約為1cm2），經(jīng)過多次試驗，切割位置應在以焊縫為中心，銅、鋁兩側各保留至少5 mm，且試樣觀察面距線夾邊緣大于5mm，以保證不受切割過程的影響，檢測面為厚度所在的平面。腐蝕液選用FeCl3、稀鹽酸和無水乙醇的混合溶液。

利用光學顯微鏡對金相試樣進行分析，微觀組織見圖2（左側為銅，右側為鋁），可以看到SLG－4A型線夾試樣雖界面反應不均勻，但未見可引發(fā)焊接脆性增加的金屬間化合物，此種情況認為銅鋁結合面微觀組織合格。

圖2 閃光焊線夾銅鋁結合面的微觀組織（200倍）

4 結論

閃光焊銅鋁過渡線夾是電氣設備和導線之間的重要連接件，有必要對每批次產(chǎn)品進行嚴格的檢驗。外觀需符合GB／T 2314—2008和DL／T 346—2010的要求，此外，焊縫需滿足下列條件視為合格：

a.高溫開裂：線夾在300℃環(huán)境下保溫30 min，焊縫不開裂；

b.彎曲：線夾在焊縫處彎曲180°不斷裂；

c.力學性能：線夾拉伸后斷裂位置在銅或鋁母材側，且距離焊縫3mm 以上；

d.微觀組織：線夾在銅鋁結合面處無金屬間化合物。