摘要：新安江电厂9台机组增容改造机组定子线棒由哈尔滨电机厂和新安江电厂配件厂制造，由新安江水电厂检修人员负责安装，经过几年的努力，克服种种技术上的难题，合理安排工序，优质地完成了发电机定子线棒各种接头（包括汇流环接头）的焊接工作。文章对有关焊接工艺及焊接过程中遇到的问题进行了介绍。
关键词：新安江；定子线棒；银铜焊接工艺；发电机；焊接头 文献标识码：A
中图分类号：TG457 文章编号：1009-2374（2016）29-0078-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.034
发电机定子绕组有成百上千个连接焊接头，包括上下层线棒之间的连接接头、线棒与端部连接线之间的连接接头、下层线棒和引出线的连接接头。对于这些接头的主要要求是接触好、坚固可靠，具有良好的导电性能，能承受正常运行时的振动应力和短时强大的机械应力。线棒焊接焊接头有了缺陷，接头接触电阻就会增大，运行中容易产生局部过热。长时间运行，轻者会损伤线棒绝缘，重者使焊剂熔流，连接接头开焊，产生强弧，烧坏线棒端部绝缘，引起相间短路，烧损线棒，甚至烧损铁心。
新安江电厂位于浙江省建德市境内，是我国第一座自行设计、自制设备、自己施工建造的大型水电站，1960年4月22日第一台72.5MW水轮发电机组投产，至1977年9台机组全部安装完毕，总装机为662.5MW（其中72.5MW机组5台、75MW机组4台）。随着华东电网的不断发展需要，和新安江电厂运行设备也面临着普遍老化、安全基础薄弱的情况，十几年来，新安江电厂进行扩容改造。每台机组出力由7.25万kW增加到9万kW，瞬时（2小时）要求达到9.5万kW，总装机容量855MW。
新安江电厂原来机组出力由7.25万kW，线棒为B级绝缘，线棒股线尺寸是2.4×5.99（mm2），上下层线棒用并头套加锡焊连接；增容改造后，线棒改为F级绝缘，线棒股线尺寸改为2.5×6.7（mm2），股线尺寸的加大出力的提高，对线棒接头导电能力的要求相应提高，上下层线棒间由连接铜板加银铜焊焊接，增强连接强度，减少接触电阻；银铜焊焊接设备有中频焊机、铜焊机及手工气焊。为此在调查和研究的基础上，我厂机组中引用银铜焊机焊接工艺。
SMW-Ⅲ型银铜焊机（又名硬焊机、银焊机），主要应用于大中型发电机定子线棒上端部和下端部连接板的焊接以及发电机定子线圈半成品制作时端部的焊接。采用该焊机可以简化工艺，节省工时和成本，焊接时间短，对线棒绝缘无损害，能提高发电机定子线圈焊接
质量。
新安江电厂发电机定子线棒原来采用并头套锡焊工艺，由于锡焊的熔点较低，而且锡焊的质量不易保证，准备工作复杂、工序多而复杂，往往等待加热时间很长，浪费大量的时间和劳动力，增加工作中危险系数，难以满足机组增容改造后的质量要求。而银铜焊线棒接头耐热性能加强，接触电阻降低，导电能力加强，提高了发电机定子线圈焊接质量；提高了经济效益，采用银铜焊接，无需制作并头套，铜板剪切方便，安装简捷，降低了生产成本。熟悉铜焊工艺之后，预计每个台班能焊50只接头，整个焊接工作比传统工艺缩短了4天时间，降低了劳动强度。传统的焊接工艺由于加温时间长，需用大量的石棉泥在线棒周围做石棉窝，石棉泥有毒，是世界公认的致癌物质，对人体伤害极大；并头套工艺复杂，施工人员掌握比较难，速度较慢，同时容易漏锡，对人员及设备造成伤害。使用银铜焊焊接工艺后，原来的石棉窝不用做了，石棉泥不用接触了，也避免了漏锡发生，减少了对人员身体的伤害，受到检修人员欢迎。同时新工艺提高了工作效率，以前的传统工艺是从装并头套到做石棉窝，准备工作约需每人2小时/只，采用新工艺后，准备工作只需每人5分钟/只即可，焊接时间缩短。传统工艺用直流焊接，每只头15分钟，加热时间长，对线棒绝缘有损害，使用银铜焊机后，每只头只需5分钟的时间，加热时间短，对线棒绝缘无损害。
尽管采用了较锡焊更为简便快捷且质量有所保证的工艺，但即使是熟练的技工操作过程中仍然会出现各种问题，如工艺标准降低、验收不合格等状况，严重影响到了工作进度和检修质量。就以上问题，结合定子线棒焊接中多年的工作经验谈谈在用银铜焊接线棒接头时，有关焊接工艺及焊接过程中遇到的问题进行了介绍与分析。
焊接前的准备工作：首先，要确保焊机能正常运行，就必须要保证将炭精块装在钳口夹板位置，尺寸按焊接面积修正；其次，接上0.7MPa压缩空气，出气侧油物发生器内30#透平油油面需保证在1/2～2/3处，接上水源，流量必须大于25升/分，夹具上的排水管接下水道内。再者接上380V交流电源，应设置400A空气开关，电缆截面不小于90mm2。由于下线过程中，对线棒统一标高，下线的人不同，经常会出现上下的偏差。再加之每一根线棒可能会有股线角度的偏差和长短上的差异，定子叠片预压后也有一定误差，这样造成了线棒头部会有高低，且股线会有扭曲状况，必须进行整形，使整形后线棒的股线与焊接铜板的接触面良好搭接，若整形不好后面的工作就会很被动，不仅影响到焊头工作的外观，更可能造成焊接接触面不能完全接触，有“空洞”现象，直接影响到焊接的质量。所以线棒上下层接头允许轴向偏差是接头高度的10%，最多不能超过4mm，切向偏差是接头宽度的10%，最大不超过3mm，线棒接头径向间隙超过1.5mm的就要进行整形，如整形不了，就必须插入铜垫片。
在焊接开始前，上端部线棒对将要焊接区域，按线棒的间隔把浸湿且不滴水的石棉布剪成长200mm的口子套在线棒上，防止火焰损伤线棒绝缘及线棒的绑线，更可以防止焊渣或其他杂物掉落在线棒中。下端部线棒要在线棒缝隙中填满浸湿且不滴水的石棉布，然后再将开好200mm口子的浸水石棉布套在线棒上。由于火焰是直接向上燃烧，所以下端部焊接时的防火工作更要细致和到位，否则很容易将线棒的绝缘和绑线烧毁，影响工艺质量。
金属表面氧化物的存在妨碍了焊料与线棒搭接面直接接触，使液体焊料团聚成球状，形成不了良好的接触。线圈头部裸铜部分和连接铜板因加工和存放时间较长的原因，使其表面有氧化铜、油污、流胶等，焊接前都必须去除干净。焊接前将线棒接头露出股线部位用酒精擦拭，然后将线棒端部左右两面各贴一块经打磨光亮的铜连接板，每个线棒接头与铜板接触面之间放一片事先剪好的与焊接面相同大小的厚0.2mm的箔状焊料，两铜板与线棒焊接面为45mm，位置进行粗调整，用大力钳固定，然后进行微调，做到上下没有高低角，左右平齐，前后没有前凸后凹等现象。
线棒焊接部分及连接铜板适当的粗糙表面比光滑表面好，这是由于纵横交错的细槽对融化的焊料液体起特殊的毛细作用，促进了焊料液体沿接触面顺利流动。但不是表面越粗糙越好，间隙过大，焊料液体易流失，易产生空洞。因此装连接铜板时，须用校形工具将上下线头尽量调整在一个面上，线头与铜板的间隙不得大于0.2mm。
焊接时，松开需要焊接处的大力钳，另一把仍然固定住。将U型可移动式夹具施加风压将连接铜板夹住，钳口是液压推动的，对连接铜板始终保持一定的压力。用螺丝刀和木榔头调整铜板位置，调整完毕后，手动调节钳口距离使之夹紧，钳口左右两块炭精块要和焊接的铜板表面完全接触。根据焦尔楞次定律，碳精块的发热量与通入电流的大小、通电时间及碳精块本身的电阻值有关。对于结构已定的导电夹钳，碳精块的尺寸是一定的，也就是说碳精块的电阻值是一定的。因此要想达到最佳的焊接效果，就在于选择最佳的焊接电流和焊接时间。焊接电流与焊接时间在这里是矛盾的，焊接电流大，焊接时间就短，这对保护线圈端部绝缘有好处。但热量传导从外向内，有时间过程，焊料渗透到整个接触面也有时间过程，当接头焊好时有可能将连接铜板烧坏。反之，焊接电流小，焊接时间就长，线条端部绝缘容易烧坏。如何掌握好电流与时间的关系，全凭直观和经验来判断。
焊接时要注意，焊接处温度升高，有助于提高焊料和线棒焊接面的完全连接。但是温度太高，焊料的流动性太好，容易发生焊料的流失。焊料温度过高对连接铜板及线棒焊接面的溶蚀加重，还有可能造成过烧，使焊缝组织疏松，降低强度，须靠经验来观察和断续给电掌握合适的焊接温度。施工人员在焊接时手按或脚踩脚踏开关，交流接触器合上，产生大电流。当炭精块发红且没有亮点，可以继续不断间隔动作脚踏开关，直至焊接部位呈深红色，焊箔开始融化，此时温度在750℃左右。此时可以迅速使用Φ2mm的银焊丝向焊缝中添加焊料，两人相互配合，加热程度以焊料融化且滴落节奏不快为宜。停止加热后，在自然冷却过程中，应不断添加焊料，此时温度下降不会滴落，在短时间内再次向焊缝内添加焊料。如焊料过多时，应在半熔化状态时，将过量的焊料拨掉抹平，以减少焊瘤的清理工作。要保证焊缝调直调平，焊缝焊接饱满，无气孔为佳。待已焊接头由红变暗灰色冷却后，松开导电夹具，往里推送，松开最后一把大力钳，加紧夹具继续作焊。焊接过程中，如若炭精块有点亮的情况下，左右对U形可移动式导电夹具施压，使最亮点完全接触到焊接铜板。长时间一点过电，导致该点的温度集中升高加速，很容易烧毛或烧穿连接铜板。另一种情况则是长时间工作后，温度一直加不上来，造成长时间加温，导致连接铜板烧穿或烧化的情况经常遇见。这时要是由于银铜焊机水压过低或冷却水管有堵塞，造成冷却不正常，遇到这类状况应立即停止工作，解决问题。在焊接通电时，切不可松开U形可移动式夹具，以免拉弧伤人或烧毛连接铜板。
利用焊接的空隙，可经常对U形可移动式导电夹具端部的炭精块进行检查和维护。可以用细砂纸擦拭炭精块表面，使其平整光滑，发生有破裂且常有一点发光时，必须更换炭精块。
当焊接头完全冷却后，用锉刀、电磨和砂纸等工具对接头表面的毛刺、焊瘤以及氧化物进行处理并用酒精擦拭干净。用检查镜检查，要求焊缝饱满平整，无气孔，无裂纹，线棒和绑线无烧焦痕迹，铜板无烧毛或烧化情况，箔状焊料和银焊丝完全熔化，无未溶化状况。表面不应有气孔或未焊接的焊缝，如若出现应立即重新加热继续补焊。接头需要补焊或重焊处不得超过两次。接头的接触电阻试验，接触电阻小于等长度同截面母材电阻的1.2倍。
接头焊接合格后，拆除石棉布等防护措施，并且清理干净，尤其是上端部线棒缝隙中的剩余银焊丝和焊箔以及滴落的焊渣。
线棒端部焊接过程中，存在现场烟雾大、刺激性比较强等情况，经分析，主要原因是线棒加工过程中端部存在较多的环氧胶，没有处理干净；在焊接加热过程中，高温引起环氧胶燃烧冒烟造成的。在焊接工作现场，须安装排烟设备，同时施工人员要佩戴足够的劳动保护用品，确保人身安全。
新安江电厂经过一轮增容改造，发电机组安装中通过使用定子绕组线棒接头银铜焊工艺，保证了线棒连接头焊接接触良好、坚固可靠、具有良好的导电性能，性能稳定，焊接后美观程度得到大幅提升，提升了质量标准，同时提高了工作效率，缩短工期，取得了良好的效果，得到了好评。
参考文献
[1] 新安江水力发电厂.发电机检修规程（机械分册）（Q/GDW 4643-002-2013-12201）[S].2013.
[2] 国家质量监督检验检疫总局.水轮发电机组安装技术规范（GB/T 8564-2003）[S].北京：中国标准出版社，2004.
（责任编辑：王 波）