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高铁牵引变电所放热焊接接地工程实践

引 言

放热焊接俗称（热焊接）是利用金属氧化物与金属铝之间的热反应所产生的过热熔融金属来加热金属实现结合的方法。放热焊接创始于19世纪末，当时H、戈德施密特发现铝粉与金属氧化物可由外部热源使之开始热反应，且一旦反应便可自行持续，这一反应通式为：金属氧化物+铝（粉）→氧化铝+金属+热能。放热焊接适用于铜、铜和铁及铁合金等同种或异种材料间的电气连接，它无需任何外加的能源或动力。

下面本文将对京沪高铁周营站牵引变电所的接地工程实践进行经验总结，供业内参考。

1 京沪高铁周营牵引变电所现场情况

周营牵引变电所位于平原地区，当地的土壤为沙土，土壤干燥，土层很厚，土壤电阻率高。周营牵引变电所接地电阻要求≤0.5Ω，要求接地电阻≤0.5Ω，必须采用低电阻、导电好的铜材。而铜材最好、最牢固的焊接方式那就是放热焊接。

2 放热焊接的特点

2.1 焊接点的电流截流量和导线相等。

2.2 焊接点是永久性的、不会因为松动或腐蚀造成高电阻

2.3 焊接点像铜一样，而比铜本身更加坚韧，且不受腐蚀性产物的影响。

2.4 焊接点能经受反复多次大浪涌（故障）电流而不退化。

2.5 焊接操作简单容易上手设备轻便、携带方便，焊接时不需要外接电源和热源。

2.6 从外观便能核查焊接质量

3 现场施工

3.1 放热焊接工作场所的要求

（1）工地必须保持整洁，并且要有足够的照明及通风条件，杂乱及昏暗之工作场所易发生工作意外。 

（2）不可以在有爆炸危险环境中使用放热焊接。例如充斥了易燃液体、气体或粉尘的地区，使用放热焊接系统，产生的火花容易引燃可燃性尘埃及粉尘。

3.2 放热焊接安全及防护

（1）放热焊接方式会产生高温，不可避免地有金属颗粒逸出，而造成对施工人员身体的伤害。在使用放热焊接的过程中，应该加强对施工人员的保护，加强通风，防止施工人员金属中毒，应始终配戴护目镜。 

（2）施工操作时，现场1.5m之内，不得有无关人员停留。 

（3）操作人员必须戴上有一定隔热效果的工作手套。 

（4）操作人员不得面对于熔模开口处操作施工。 

（5）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。 

（6）当熔焊结束，任何人不得立即直接接触熔模。 

（7）当熔焊结束后，须待熔模和焊接后的导线冷却 30秒后，方可松开模具。 

（8）对焊接后的导线进行绝缘处理，必须待导线完全冷却之后方可进行。 

（9）熔焊后的模具，表面温度800℃以上，切勿试图用水淋的方式对其降温，应当自然冷却。

3.3 放热焊接专用工具的了解

    图1所示，为放热焊接的专用工具。包括①热焊模具、②热焊模夹、③热焊点火枪、④热焊专用毛刷、⑤热焊专用钢刷、⑥热焊专用除渣铲、⑦热焊锉刀、⑧热焊专用喷灯、⑨热焊专用气罐、⑩F夹、11热焊专用手套等。
    

PLUS电子点火控制器（代替传统的点火枪）、模具阻挡烟尘顶盖、PLUS控制器连接线

3.4 放热焊接工艺流程

被焊接物敷设—选择模具—焊接准备—焊接物就位—放置PLUS专用焊药（放置钢盘—加入反应粉末）—按下电子点火控制器按钮（或点火器点火）—焊 接完成— 打开模具，取出焊接物，清洁模具。

3.5 放热焊接前材料表面的处理

（1）电缆线（导线）焊接的准备工作和要领

① 要得到一个完善的焊点，被焊接电缆线必须保持洁净和干燥。 

② 充油电缆必须清除电缆线上的油脂污物，可使用除油剂、汽油、四氧化碳等清洗。必要时可使用熔锡水。 

③ 表面氧化的电缆线可使用铜丝刷清洁干净。 

④ 含水的电缆线应用喷灯干燥后用钢刷去除氧化层，含水含油的电缆线如直接焊接会使反应时铜液喷出模具，非常危险，需特别注意。 

⑤ 敞开的电缆线头会使模具合不拢，产生较大的缝隙，引起铜液渗漏。所以在切割电缆线时，要注意保证切口平整，可用铜丝或胶布绑扎切割处后再切割。 

⑥ 如果在焊接具有张力的电缆线时，可使用线缆固定夹紧绷。

（2）接地棒焊接的准备工作和要领 

①接地棒被槌打后末端会变形，必须切除或磨平后才可放入模具内，否则会引起模具闭合不紧，导致铜液渗漏。也可使用钢质镶套保护端头后再槌打。 

②末端有螺孔或缧纹的接地棒需在焊接前切除末端。 

③接地棒连接需保持洁净，如铁锈、氧化表皮等必须用钢刷或砂纸清洁干净后方可焊接，否则会出现多孔性焊点。 

④焊接时棒的直径小于模具孔时，可用钢带包扎接地棒连接头来弥补。

（3）铜板、钢板和铸（生）铁表面焊接的准备工作和要领 

① 在焊接之前清洁连接表面，去除表面的水、油、污渍等。 

② 对有附着物的表面宜使用砂轮、粗目锉刀等工具清洁。 

③ 镀锌钢板焊接点表面需去除镀层后再焊接，否则会产生气孔及铜液喷出。 

（4）线鼻、汇流排（母线）、汇流管（管型母线）焊接的准备工作和要领 

① 清洁连接表面，去除附着水气与油脂。 

② 汇流管焊接部位的内外表面需清洁后才可焊接。 

③ 可使用钢刷、砂纸、粗目锉刀和喷灯。 

④壁厚≤3mm的铜管，应当 使用钢棒或石墨棒填赛空心后再焊接。 

（5）钢轨焊接的准备工作和要领 

① 钢轨焊接部位的表面锈蚀需彻底清除，可使用专用砂轮磨光。 

② 若钢轨上附有油脂和水分需先清除，再除锈。 

③ 若钢轨表面有凸印需行磨平为佳。 

（6）钢筋焊接地准备工作和要领 

① 清除钢筋表面的锈蚀，打磨光亮。 

② 清除钢筋表面的油脂、水分。 

③ 使用钢刷、砂纸、粗目锉刀和喷灯。

3.6 放热焊接步骤

（1）焊接前的准备

① 开工前组装模具、模夹，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。 

要点：驱除水气、清洁焊接物、清洁模具（清洁模具，使用软毛刷或其他 软性物品）。 

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，见图2。

（2）焊接物就位 

①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熔腔内，检查焊接物两端要在模具熔腔中心相碰，并把焊接物端头对准出口，然后合模夹紧模具夹。 

②如果被焊接物的尺寸小于模具铭牌所示，为避免铜液渗漏可用如下方法弥补： 

a、 使用适当厚度的铜套管；b、使用密封剂；c使用铜片或铜带 ；d、使用高温棉带。

（3）放置钢盘 （使用PLUS专用焊药不需要此步骤）

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。
    

（4）焊接 

①加入反应粉末，选择正确标号的焊粉，将其倒入模具内。 

②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粉之上。

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。

④反应进行中，该置换反应温度可高达 2200 C，这足可以把铜、铁熔化，从而可实现焊接。焊接完成后的焊点如图4所示；
    

（5）清洁模具 

焊粉引燃后稍待约30秒，既可启开夹具，打开模具，基本冷却后将焊渣清除，备下一个焊点的使用。

(6）焊点绝缘、防腐 

待焊接物完全冷却后进行绝缘、防腐处理。

4 焊接完的质量检查

（1）检查项目 

    焊点质量的优劣可通过目测检查。检查项目为焊接物的大小、颜色、表面光洁度和气泡等外观检查。 大小：焊接范围导线没有大量的暴露。渣子清除后，水平连接的冒口不低于导线的顶端。如图5所示。 
    

颜色：接头正常的颜色是金黄色至青铜色。 

表面光洁度：接头表面应该相当平滑，没有大块渣子存在。如果接头表面有20%的渣子，或渣子清除后有导线暴露，接头报废。 

气泡度：接头表面的小孔，其深度一定不能延伸至导线的中心。 

（2）质量标准： 

良好：牢固的焊接，只有极小的表面上的不完美。 

不合格：表面上大量的残渣是由于焊粉从没有放好的托片侧泄漏或缺乏托片引起的。在进行下一步连接前检查模具反应腔的情况并核查托片的位置。    

容许：焊接头低于正常情况，但仍足以够用。 

不合格：焊接物和（或）模具中过多的水分，电缆和模具必须烘干。
    不合格：模具安装时候存在缝隙，焊药高温后焊接溶剂漏泄。    

不合格：模具不合格，也就是模具开模不科学合理导致焊接不牢固、铜材无法熔接。如图9所示。
    

5 结束语

在实际工程中可能会遇到不同的情况导致焊接失败，希望能严格按照施工步骤进行，确保施工人员人身安全、焊接点焊接牢固、完好。

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