闪光焊铜铝过渡线夹焊缝检测方法研究

胡飞飞，程思明，陈晓东，陈晓明，宋立斌

（1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2.国网吉林省电力有限公司，长春 130021）

电气设备出线端子多为铜制品，与其连接的架空线路引下线多为铝制品，铜铝过渡线夹是电气设备与架空线路之间的重要连接部件。铜铝过渡线夹具有用量多、成分复杂的特点。性能不符合规范的线夹，宏观上难以辨别，一旦进入生产运行环节，非常容易失效，且处理难度极大，会造成重大损失，带来严重的后果。某省级电力公司近5年发生设备线夹断裂事故16次（造成设备停电故障7次），其中有15次均为铜铝过渡线夹失效。本文以农网改造升级工程的某批次SLG－4A 平板型闪光焊铜铝过渡线夹为例，着重分析闪光焊铜铝过渡线夹焊缝强度和铜铝结合面微观组织的检测方法。

1 线夹焊接方式及型号

铜铝过渡线夹的铜与铝之间常用的3种焊接方式为摩擦焊、闪光焊和钎焊。这3种焊接方式均有一定的不足，对线夹的电导率和力学性能产生影响，导致线路运行期间焊缝部位发生断裂，造成电网事故，甚至大面积停电。

闪光焊是利用对焊机使两端金属接触，通过低电压的强电流，待金属被加热到一定温度变软后，进行轴向加压顶锻，使两个对接表面的整个区域同时牢固结合起来的电阻焊接方法。闪光焊适用于大截面铜铝板材的连接。根据尺寸的大小，闪光焊线夹的型号有SLG－1A／1B、SLG－2A／2B、SLG－3A／3B和SLG－4A／4B，其中A 型为平板型，B 型为铜板与铝板呈30°角的折线型。在实际交货时，受检测仪器的限制，验收人员只对线夹的外观进行检验，至于线夹焊缝的强度以及铜铝结合面的质量则不检测。

2 线夹外观检验

该批次SLG－4A 型闪光焊线夹共计362个，按照GB／T 2314—2008《电力金具通用技术条件》和DL／T 346—2010《设备线夹》外观及尺寸的要求，随机选取10个线夹进行外观检验。所选取线夹试样的标志清晰，位置明显；表面光洁，无毛刺或其他碰伤、突起等；铝母材无缩孔、砂眼；焊缝无裂纹或气孔；总长度、铜板宽度和厚度、铝板宽度和厚度等尺寸均与标称值相符。

3 焊缝的检测方法及合格条件

3.1 高温开裂测试

使用过程中的大电流会导致铜铝过渡线夹温度升高，最高会超过200℃，所以需要对铜铝过渡线夹的焊缝进行高温开裂测试。将铜铝过渡线夹置于高温环境箱内，箱内温度升至300℃，持续保温30 min，若焊缝处不断裂则合格。

随机选取3个SLG－4A 型闪光焊线夹，在室温下放入高温环境箱，当温度升至300℃，持续保温30min后，3个线夹均未见开裂现象，只是铜母材的颜色由黄色变为深红色。

3.2 弯曲试验

GB／T 2317.1—2008 中规定：“用试验机使铜铝焊接处弯曲180°，压头半径为2.5倍的板厚。若焊缝不断裂，则试验通过。”本试验所用弯曲试验机为SDS－200型。

选取4个SLG－4A 线夹，对铜铝焊接处进行弯曲试验，其中1个线夹在焊缝处出现孔洞，且一侧边缘出现结合面断裂现象，其余3个线夹均没断裂。

3.3 强度试验

随机选取SLG－4A 线夹，压平并剪切，使之满足拉伸试验机夹头对试样形状的要求。受拉伸机夹头尺寸的限制，拉伸试样剩余尺寸过大不能放入夹头，过小则会出现夹持不住而脱落的现象。拉伸试验机为DNS－300型。经过反复的试验，最终确定铜、铝两种母材的夹持长度不能小于1cm，两侧夹头中间的长度均不能小于2cm。

拉伸后的SLG－4A 型线夹见图1，图中试样标号从左至右分别为：2—1、2—2、2—3、2—4、2—5。可以看出试样的拉伸试验数据一致性较好，断裂位置均出现在铝母材区，抗拉强度平均值为60.8 MPa，详见表1。

表1 SLG－4A线夹试样的拉伸试验结果

个别断裂位置距离焊缝很近的试样，焊缝处存在夹杂物或孔洞等缺陷，且相应抗拉强度小于其他试样，这是由于缺陷导致的焊缝强度下降。综合大量闪光焊铜铝过渡线夹焊缝强度的测试结果，认为拉伸后断裂位置在铜或铝母材侧，且距离焊缝3 mm 以上为合格。

本批次抽查试样的断裂位置与焊缝的距离均大于3mm，且断面未见夹杂物或孔洞等缺陷。

3.4 铜铝结合面的微观组织检验

图1 拉断后的线夹试样

在线夹的铜铝结合面切取金相试样（面积约为1cm2），经过多次试验，切割位置应在以焊缝为中心，铜、铝两侧各保留至少5 mm，且试样观察面距线夹边缘大于5mm，以保证不受切割过程的影响，检测面为厚度所在的平面。腐蚀液选用FeCl3、稀盐酸和无水乙醇的混合溶液。

利用光学显微镜对金相试样进行分析，微观组织见图2（左侧为铜，右侧为铝），可以看到SLG－4A型线夹试样虽界面反应不均匀，但未见可引发焊接脆性增加的金属间化合物，此种情况认为铜铝结合面微观组织合格。

图2 闪光焊线夹铜铝结合面的微观组织（200倍）

4 结论

闪光焊铜铝过渡线夹是电气设备和导线之间的重要连接件，有必要对每批次产品进行严格的检验。外观需符合GB／T 2314—2008和DL／T 346—2010的要求，此外，焊缝需满足下列条件视为合格：

a.高温开裂：线夹在300℃环境下保温30 min，焊缝不开裂；

b.弯曲：线夹在焊缝处弯曲180°不断裂；

c.力学性能：线夹拉伸后断裂位置在铜或铝母材侧，且距离焊缝3mm 以上；

d.微观组织：线夹在铜铝结合面处无金属间化合物。