交流供电系统对镀铬质量的影响

王 萍，杨 旭，霍大勇

(1.南阳理工学院，河南南阳 473004;2.河南工业职业技术学院，河南南阳 473009)

引 言

在镀铬生产中，电镀产品质量的两个重要指标是镀层的均匀性和密度。影响电镀质量的因素包含交流供电电源、直流电源、电镀设备、电镀液和工艺技术、电镀后的热处理等。当电镀产品出现质量问题时，找到故障引发的根本原因最为关键。在长期的电镀生产实践中，根据生产现场积累的经验，记录了一些影响生产和电镀工艺实现的典型故障实例。对其中的一些关于因交流供电系统配置或者运行不当，包含交流电源、交流供电线路及交流配电方案导致的镀铬生产故障加以分析、讨论，供同行参考。

1 交流电源的缺相故障

1.1 生产实例1

在镀铬生产线上对钢丝钳进行镀铬，长期运行稳定正常。突发钢丝钳镀铬层表面发花、灰黑的故障。怀疑电镀液混入铜杂质，进行小电流电解，无效;进行霍尔槽试验，证明电镀液正常。继续就温度、电流配合等进行检查，均没有发现问题。以疑难生产问题召集协调分析会。

1.2 故障原因分析

综合分析故障现象，排除了工艺流程中化学除油、酸洗、抛光等程序中的故障疑点，同时也排除了挂具故障的可能性。断电状态下检查直流电源GDS-1000/18整流设备，正常;测量三相进线电源电压也正常。断开直流电源的电镀负载，加模拟电阻负载，通电，检查直流输出端、有直流显示;同时负载状态下检查交流电源，发现缺少一相。用示波器检测负载下直流输出，发现直流波形紊乱、其间交流成分混杂多。停电，继续检查该设备的供电电源，发现进线开关一相接触不良。这种情况下交流电源带负荷运行时导致缺相，不带负荷时电压测量是正常的;也就是俗语所说的“似接非接”状态，是一种供配电系统隐形故障。原因在于供配电系统的设备老化，日常维护不足。更换新的电源开关，试车，电镀故障排除。

当电源缺相时，直流电源的纹波系数增大，当纹波系数大于5%时，镀铬质量就会发生变化。这里，同样的因纹波系数不好导致故障的原因有两个方面:一是某相供电导线断线，二是做为直流电源的整流器本身的硅管坏掉一组。

镀铬层发花或者发雾的其他原因还有:镀铬时的温度太高、镀镍液中糖精太多、亮镍出槽到镀铬的间隔时间过长、镀铬前的硫酸活化液的浓度太低或过高、挂具挂钩与工件弹性不紧、镀铬过程中断电、镀铬液中氯离子过多、镍层抛光时的线速度太大、抛光后的工件镀铬前表面有油或抛光膏及铜-锡合金底层中锡含量太高等。

1.3 故障排除方法

1)加装三相指示或在直流电源进线端加装断相保护装置;每班检查三相电源。

2)直流电的纹波系数影响电镀质量，用示波器检测直流波形可以准确识别。

2 交流电源的异常运行

2.1 生产实例2

1)故障现象。生产实例1中的同一条生产线上钢丝钳镀铬。故障现象也为钢丝钳镀层表面发花、灰黑，但不是持续存在每一个生产批次。故障现象时有时无，三个月故障一直存在，报修。

2)故障现场处理及分析。同1.2所述，进行了所有检查，并排除了其间的所有疑点。分析生产记录，发现故障批次集中在周六。询问电镀作业人员、并调阅生产记录，发现在故障时均有停电发生。查阅相关变配电所运行记录，发现镀铬故障与变电所倒闸操作相关。在故障批次的镀铬过程中均有20～60min不等的停电。电镀过程中电镀电流中断，工件的镍镀层在镀铬液中钝化，出现铬层发花现象。在后续批次中，断电后取出工件，用酸活化后重新电镀，故障排除。

当直流输出端出现导电不良或者阳极导电不好时，故障现象与本例相同。

2.2 生产实例3

1)故障现象。一山区工厂，新建电镀生产线，进行铜管结晶器镀铬，出现铬层发雾，灰暗色，偶发结晶器尾端凸凹处镀层不均匀的现象，影响产品质量。

2)故障现场处理及分析。排除相关工序、工艺问题和设备问题之后，集中分析电流密度、电镀温度和电流效率。自制标准铜板24h监测电镀实际运行期间阴极电流密度和镀槽温度;发现23时至次日4时的Jκ比其他时段高20%左右;同期同时试镀的实验铜板发雾批次则出现在Jκ较高的时段。进一步分析发现，该厂区地处山区，专线供电，夜间电力负荷降低，供电系统电压增高，电压波动接近20%。按照功能性镀铬操作条件对镀铬层光亮区关系［1-2］和不同镀液的镀层光亮范围［1-2］，降低电镀温度，使阴极电流和电镀温度始终配合在光亮区，故障排除。

为保障产品质量、提高工作效率，在后续的设备改造中，加装了整流设备的直流输出稳定电流装置，运行多年，效果较好。进行交流稳压也可以避免同类故障，但设备投资较大，不宜采取。还可以采取人工实时调整Jκ的方法，在讲究生产自动化的今天，也不宜采取。

2.3 生产实例4

1)故障现象。某厂铜管结晶器电镀生产线，运行一年出现结晶器镀铬层乳白色间断性出现的故障。

2)故障现场处理及分析。同1.2的分析和排除故障思路，发现因交流供电原因、电镀的阴极电流密度反复低于下限。原因在于同一供配电线路上增加了熔铜设备，熔铜设备的启动使得交流供配电回路的供电电压剧烈波动(电压降低较多)，导致故障。将镀铬生产线恢复为专线交流供电，故障排除。

2.4 故障排除方法

1)保证交流电压波动在10%以内，必要加装交流稳压装置或者在直流侧加装直流电压稳定装置。

2)电镀设备采用专线供电比较好。

3)当不能采用专线供电时，交流供电回路要核算尖峰电流引起的电压波动影响，保证配电质量。

4)临时用电设备不能从电镀设备交流端引出电源。

3 导线允许载流量不满足电镀负荷要求

3.1 生产实例5

1)故障现象。某工厂新增电镀生产线，试生产发现按照原工艺规定的直流电流进行电镀时，直流电流表显示电镀电流自动持续减小，调高设备输出电压，直流电流升高，后又持续减小;试生产产品镀层粗糙。影响生产线设备交接。

2)故障现场处理及分析。这是一起新生产线配电设计缺陷的故障。由于交流配电回路导线线径过细，不能满足电镀容量的需求。电镀过程中，导线发热引起设备端受电电压降低。按照设备容量重新配电，故障排除。

3.2 生产实例6

1)故障现象。某厂铜管结晶器电镀生产线，正常运行两年后，出现结晶器镀铬镀层乳白色间断性出现，故障时有时无。

2)故障现场处理及分析。这是生产线新增设备而供配电线路没有同步扩容引起的故障。这次故障发生前，该生产车间新增了同样容量的设备，两条生产线同时运行引起配电导线线径不能满足电镀容量的需求。单条生产线运行时，工作正常。因为实际工作中两条生产线不是备用关系，所以按照设备容量加粗交流回路的供配电导线，故障排除。

3.3 故障排除方法

1)交流供配电系统导线的线径要严格按照电镀负荷选择。

2)同线路加装新设备或者设备更新加大容量，要同时更新供配电线路，增大线路的允许载流量。

4 交流供配电线路布线不当

4.1 生产实例7

1)故障现象。电镀车间增加大容量硅整流设备，按照电力负荷计算应采用截面积70mm2的三芯电缆。在线路原安装位置已有一条穿钢管敷设的截面积16mm2的三芯绝缘电缆，出于安装位置限制以及节约的考虑，决定再敷设两根截面积16mm2的三芯绝缘电缆另行穿钢管与原来的一组截面积16mm2的三芯绝缘电缆并联一起作为新设备的电源线。硅整流设备运行后，发现电缆过热，表现为敷设的钢管发热。重新将电缆截面积增大为25mm2、35mm2故障依旧［3］。

2)故障现场处理及分析。故障的原因，为电缆的敷设、运行方式不当所致。

查现场接线方法，分别将三根电缆的线芯并联接于电源的一相，每相电源线形成固定的磁场，导致电缆钢铠和穿线钢管形成涡流过热。将线路接法改为每根电缆分三相接入电源，采用截面积为16mm2的三芯绝缘电缆，设备及线路运行正常［3］。

当三芯电缆的导线线芯并作一相使用，流过的电流形成固定的磁场，在电缆的金属铠装形成涡流，引起导线发热［3］。当电缆三芯流过三相平衡的交流电流时，电流的矢量和为零，周围没有磁场形成。这样既可以避免电缆发热，又可以避免磁场对其他设备的电磁干扰。避免此类问题的方法是:小截面电缆替代大截面电缆时，应将每根电缆分相使用。

4.2 生产实例8

1)故障现象。生产实例1所述的镀铬生产线上钢丝钳镀铬，长期运行稳定正常。镀层表面发花、灰黑故障突发。检查排除了电镀直流电源设备、交直流仪表、直流输电系统(含母线及其连接)、镀铬工艺、镀液(含添加剂等)、电镀电极、镀槽等故障因素。

2)故障现场处理及分析。这是一起交流供配电线路布线违章所致故障。原因在于有一相电源的导线在管内敷设时，有中间接头。长期运行后该接头腐蚀断开，导致交流电源缺一相。重新布线故障排除。

4.3 故障排除方法

交流供配电系统的导线要合理配置并加强检修维护。交流供配电的布线和维护、检修具体措施按照供配电系统运行维护规程进行。可参阅电气工程师手册。

5 结语

无论哪一种加工行业，供配电、设备及工艺都是影响产品质量的主要环节，三个环节中的单一故障往往容易处理，这是因为每个环节都有专业化的人员和技术知识体系。各环节影响因素叠加产生的影响就比较麻烦，主要是从业人员的三个环节的知识跨度通常不能满足。在生产中，应当从影响产品质量的全部因素思考问题。就镀铬生产而言，应当把交流电源系统、直流电源设备、交直流仪表、直流输电系统(含母线及其连接)、镀铬工艺、镀液(含添加剂等)、电镀电极及镀槽这些项目列进故障分析和检修程序。电镀生产中，交流电源系统影响产品质量的故障是不多见的，当这些故障出现时，通常会按照影响产品质量的表像去从工艺方面试图解决而根本无法达到目的。交流供配电系统是各类生产现场的生命线，对电镀生产也如此，需要从业人员在实践中结合相关专业知识不断完善分析和处理这类故障的能力、避免设备和生产事故的发生。

［1］胡如南，陈松祺.实用镀铬技术(第二版)［M］.北京:国防工业出版，2013:5.

［2］胡传炘.表面处理工艺手册(修订版)［M］.北京:北京工业大学出版社，2009:7.

［3］霍大勇.王萍.导线在安全载流量条件下的过热故障［J］.煤矿安全，2010，41(8):141-142.