铜包钢热熔焊接工艺在曹煤三期防雷接地中的应用

铜包钢热熔焊接工艺在曹煤三期防雷接地中的应用孟宪全（中交一航局安装工程有限公司）[摘要]唐山港曹妃甸港区煤码头三期工程防雷接地系统采用铜包钢放热热熔焊接技术代替传统的施工工艺，解决了防雷接地降阻性差、耐腐性差和使用寿命短等问题。本文阐述了热熔焊接技术的工艺原理、施工过程、安全和质量控制的措施。[关键词]铜包钢热熔焊接码头防雷接地曹妃甸煤三期1、引言随着科学技术的发展，人们逐渐认识到接地系统的重要性，对接地系统的施工要求越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统是维持设备稳定运行、保证设备及人员安全的根本保障。唐山港曹妃甸港区煤码头三期工程防雷接地系统，在整个工程建设项目中属于电气系统工程中供电照明系统的一个分项工程，比一般的建筑设施防雷接地更为复杂。综合接地网采用分段敷设，节点和接头较多，施工控制难度大，接头的焊接质量决定接地系统的整体施工水平。该防雷接地系统采用铜包钢连接，施工使用放热热熔焊接工艺，接地网金属导体可靠牢固的连接，保证了接地系统长期安全的运行。2、工艺原理热熔焊接是放热熔接的一种，它是利用化学反应（放热反应）时产生的高温来完成溶解的一种方法，适用于铜、钢、铝、铁及合金等同种或异种材料间的电气连接。放热焊机基本分成三大类，以铜导体为放热焊接时，利用金属化合物的化学反应热作为热源，通过过热的熔融金属，使被连接件融合。热熔焊接时的化学反应速度非常快、热量高，可达到2500-3500℃，能有效的传导至熔接部位，使其熔接为一体，形成分子结合。无需外加能量，操作简便、安全，是用于接地线路金属导体连接的最好方法之一。热熔焊接完全消除了接触电阻的影响，载流能力优于或等同于导体本身。热熔焊接需使用特制的模具，它以耐高温的石墨制成，包括：焊接室、导流槽、放热焊接室等几部分构成。图1模具的形状、尺寸、熔化金属的流向等，均经过严密的设计而成。经过热熔焊接的接头，不仅外形美观，而且能保证质量。该技术由于其方便的操作性、可靠的电气性能和机械性能，被广泛应用在铁路、化工、石油、码头、公路、电厂等行业。热熔焊接具有以下优点：（1）焊接点的载流量与导线的载流量无差别，增加的电阻率极小，可忽略不计；（2）焊接点是永久性的，不易老化；（3）焊接不会产生腐蚀和松弛；（4）由于是熔合接头，没有接触表面和残余应力，因此接头作为长期导电体是稳定、可靠的；（5）焊接点像铜一样，比铜本身更加坚韧，不受腐蚀性产物的影响；（6）焊接点能经受反复多次的大浪涌电流而不退化；（7）焊接操作简单易学；（8）焊接工具和焊剂方便携带；（9）进行焊接时，无需外接电源或热源；（10）可适用于铜、铁、铝及各种合金之间的焊接。3、施工方法（1）焊接准备1）每次开工前用加热工具（如烘干箱或喷灯）将模具和被焊接物的焊接处烘干，确保其干燥，避免焊点内部产生气泡。2）模具及被焊接物应清洁、干燥。被焊接物表面的尘土、油脂、氧化物（锈）或其它附着物等必须完全清除，使其洁净光亮后才可进行焊接作业。如果模具内遗留的残渣不完全清除，将造成焊成表面不平滑、不光亮。3）检查模具接触面的密合度，防止作业时铜液从缝隙处渗漏出来。模夹的紧密度对熔接的效果有影响，在熔接开始之前认真检查模夹，并作适当调整。为了防止焊接物移动、延长模具的使用寿命，可以将模夹装到模具上，模具的规格随焊点的结构形式而异。图2（2）焊接物就位。两端要在模具焊接室中心相碰，并把焊接物端头对准出口，然后合模销紧模具夹。（3）放置钢盘1）将钢盘放在模具的熔锅底部，并使其刚好挡住流出口。将托片放入模腔中，其作用为托住焊粉。2）确认焊接物及模具均无其它杂质后，将焊接物放于模具的焊接模膛内，检查焊接物。（4）焊接1）加入反应粉末，选择正确标号的焊接金属(氧化铜、催化剂、铝和引火材料)，将其倒入模具内，从焊粉表面到模口边沿洒上引火粉，注意使引火材料覆盖在焊接金属之上。2）将焊粉倒入模中，3）合上模具盖，用点火枪点燃引火粉，不得使用喷灯、火柴等明火点火。图34）反应进行中，该置换反应温度可高达2200C，这足可以把铜、铁熔化，从而可实现焊接。铜材在遇到高温时，分子活性明显增强，氧化反应速度加快。在高温时的氧化产物有Cu2O(红色)，CuO(黑色)，Cu(OH)2(蓝色)，反应方程式如下：4Cu+O2→2Cu2O(在高温时才发生)2Cu+O2→2CuO2Cu+O2+2H2O→2Cu(OH)2(在高温时才发生)当持续加热时，Cu2O、Cu(OH)2、将继续发生化学反应2Cu2O+O2→4CuOCu(OH)2→CuO+H2O(当加热时)当放热焊接时，模具外的导线遇到高温，与空气中的水、氧气发生反应，生成黑色的氧化铜，红色的氧化亚铜、蓝色的氢氧化铜。氧化亚铜和氢氧化铜在导线余温的作用下持续发生反应，三种产物都转化成了黑色的氧化铜。与铜放置于常温空气中的氧化产物是一样的。只是在高温的作用下，加快了这一进程。表面的氧化铜可以有效地防止氧化的继续发生，具有很好的防腐蚀的作用，保护内部的铜线不受氧气的影响。所以，放热焊接不会改变铜线原有的导电率和防腐蚀性能。4、质量控制措施在进行施工时，应按照以下质量控制措施操作：（1）铜包钢热熔焊接施工人员，需全部经过30天的热熔焊接技术专业培训，达到热熔焊接现场作业的技术要求后方能进行施工；（2）应严格执行本方案所有的规定的作业步骤和程序；（3）施工过程中，严格执行三检制度，保证过程受控；（4）工件未经清洗、擦拭干净，严谨放入焊接模具焊接；（5）焊接作业严禁使用未经加温预热的焊接模具；（6）施工操作前，必须保证被焊接件无污染，熔模熔腔和型腔内无上次焊接时留下的焊渣块或焊渣粉末；（7）连续焊接10个点后，模具应进行更换，或者待其冷却10min后方能继续施工；（8）严格执行焊接剂量定额标准。5、安全控制措施为保证施工安全，具体安全控制措施如下：（1）根据施工特点，编制安全施工技术交底，严格履行交底程序；（2）未经培训的人员严禁焊接操作；（3）配备灭火器材，安排专人看护；（4）配备专业防护设备，如劳保服装、护目镜、焊工手套、面罩等；（5）尽量远离易燃、易爆建筑或者堆场、物体（大于10m）；（6）高温焊接热源点不宜靠近电缆、通信线路、暴露的PVC管线等易受高温损坏的物体，如不能避免，应采取可靠的防护措施；（7）施工操作时，现场1.5m范围内，不得有无关人员停留；（8）操作人员不得面对熔模开口处操作施工；（9）点火时，一旦引燃粉被引燃，操作人员必须立即离开熔模至少1.5m；（10）当放热反应结束后，熔模和被焊接件须自然冷却10-20s，任何人不得直接接触熔模和被焊接件。6、结束语放热焊接法已成为码头堆场最理想的铜接地体的连接方式，操作非常方便快捷，同时焊接质量比其他的连接方式有很大的优势，因此此种长期稳定牢固的连接方式，铜接地体的性能比钢接地体更好。在码头堆场接地网放热焊接技术的改进与用中，要综合各方面的技术要素，尤其是在测量、检测、试验水平接地体安装和接地引出线安装等方面的技术要点，在组织施工方面，也要突出对整个技术的融入性，通过各个技术要素的融合，充分实现码头堆场接地网放热焊接改进技术的整体职能。参考文献：[1]傅知兰.电力系统电气设备选择与实用计算北京：中国电力出版社，2004.[2]李景禄.接地装置的运行与改造北京：中国水利水电出版社，2005[3]欧地安接地产品手册，2016