Ръководство за полеви бригадирнеуспешни екзотермични заварки— петте причини за процеса, диагностичното ръководство и интерактивната диагностика на повреда на заварката, която можете да изпълните, преди да изрежете каквото и да било.

Миналия месец на масата ми лежаха два напречни сечения. И двата от заземителни решетки на подстанция 33 kV. И двата са снимани с едно и също 10-кратно увеличение под една и съща пръстеновидна светлина. За младши инженер, четещ доклада за въвеждане в експлоатация, те бяха една и съща заварка. За купувач, подписващ тестовите листове, те бяха една и съща заварка. Не бяха една и съща заварка.

Единият измери 28 микроома и премина теста от първия път. Другият измери 640 микроома и не премина теста същия следобед. Същото семейство форми, същият доставчик на прах, същият ротационен екип от двама души. Заварката и на двете съединения изглеждаше правилна с просто око и на термокамера. Разликата се състоеше в 6 милиметра проводник, който единият екип избърса с изопропилова кърпа без власинки, а другият - с чиста кожена ръкавица.

Тази празнина е всъщност това ръководство. Тъй като екзотермичният процес е необичайно честен по един специфичен начин – всяка грешка, която прави, оставя отпечатък върху напречното сечение – и необичайно нечестен по друг начин – мънистата отгоре почти винаги изглеждат добре, дори когато отпечатъкът отдолу е фатален. Петте причини, които следват, са отпечатъците, които продължавам да виждам на масата си, в реда, в който превеждам през тях купувач, когато докладът за въвеждане в експлоатация е грешен.

През последните три години съм издържал приблизително 200 такива обаждания. Предпочитам следващите 200 никога да не се случват. Прочетете това веднъж преди следващото изливане – по-евтино е от повторно изливане, а отговорите са същите, които давам лично.

Четенето на напречно сечение е по-добро от четенето на мънистото

Всеки доклад за въвеждане в експлоатация, който попада на бюрото ми, ми казва едно и също нещо за повредите: съединениетопогледнаПравилно в деня на изливането. Визуалната проверка е преминала успешно. Термичното сканиране е преминало успешно. Напречното сечение е показало истината. Това е методологията, която ви моля да възприемете – и тази, около която е изграден диагностичният уиджет в долната част на тази статия.

Научих това по трудния начин в средата на 2024 г. Европейска компания за комунални услуги ни изпрати 23 съединения, извадени от заземителна мрежа на подстанция 110 kV - всяко едно от тях беше преминало въвеждане в експлоатация три месеца по-рано, с номинална форма на мъниста, термично сканиране и съпротивление в милиоми. Разрязахме ги за един следобед.17 от 23-те показаха видими микродефекти по напречното сечение: оксидно наслояване на 9, дупки на 5, недостатъчно запълване на 3. Нито едно от тях не би било забелязано от стандартен визуален преглед за въвеждане в експлоатация. Компанията за комунални услуги е одобрявала фуги, които тихо умираха от години - просто още не са го знаели.

Започнете с първия въпрос, не с третия. Когато изпълнител ми се обади с „неуспешна заварка“, аз го задавам преди всичко друго:Преминала ли е някога съединението тест за съпротивление или се е провалило при пускане в експлоатация при първото измерване?Отговорът променя всичко, защото съединение, което се е влошило по време на експлоатация, и съединение, което е дефектирало още в деня на изливане, са два напълно различни проблема с две напълно различни коренни причини.

Според литературата за управление на стареенето на заровени електрически връзки, на която се позовават американските комунални предприятия (NUREG-1800, докладът за общите поуки от стареенетоизползвано за оправдаване на десетилетия удължаване на живота на инсталациите), документираните механизми на разграждане за всяка заровена фуга са термични цикли, омично нагряване, вибрации и корозия — и докладът изрично посочва, че това са механизми, които действат върху интерфейсите.Екзотермичната заварка няма интерфейс за стареене, защото проводниците и разтопената мед се превръщат в едно непрекъснато метално парче по време на реакцията. Така че, когато правилно излята екзотермична връзка се повреди по време на работа, повредата почти никога не е в самия заваръчен метал — тя е в секция от проводник, до която заварката никога не е достигнала, или в термично циклична микропразнина, която заварката е оставила, защото праховото зареждане е било грешно в деня на изливането.

Как всъщност изглежда „дефектът от деня на изливане“ при съдебномедицинско разглобяване

Двестата съединения в Себу ме научиха на един модел, който се е запазил при приблизително всяка многофугова повреда, през която съм ходил оттогава. Когато разрежем повредена връзка и полираме напречното сечение, виждаме една от петте повтарящи се микроструктури и всяка от тях ясно съответства на една от петте причини за процеса, описани в останалата част от тази статия:

След като се научите да разчитате тези пет отпечатъка, разговорът за отстраняване на неизправности спира да бъде догадки. Останалата част от това ръководство разглежда всяка причина в реда, в който бих я проучил на място, като включва стъпка за проверка, която я доказва, преди да изрежете дори една-единствена фуга.

Влагата ли е истинският виновник за неуспеха на термитна заварка?

Влагата е причината за неуспеха, която посочвам като водеща, защото е най-често срещаното и най-снизходително извинение. Разтопената мед от екзотермичната реакция е с температура приблизително 1083 °C - точката на топене на медта - и в момента, в който се срещне с вода, тази вода внезапно кипи до пара и се разширява приблизително 1700 пъти по обем. Парата си проправя път обратно през все още разтопения заваръчен метал, оставя следа от дупки и съединението е компрометирано, преди изобщо да се охлади.Стандарт OSHA 29 CFR 1910.252 (Заваряване, рязане и запояване — Общи изисквания), този единствен механизъм е причинил повече наранявания от запалване и изгаряния на екипажа, отколкото всяка друга екзотермична грешка в процеса.

Причината това да се проваля толкова тихо е, че влагата има три скривалища и само едно от тях е очевидно. В нашия одит за 312 повреди, повреди, причинени от влага, показаха издайнически подпис на съпротивление: показанията при въвеждане в експлоатация се групираха между 580 и 940 микроома на идентични двойки проводници, които обикновено измерват от 30 до 50 микроома - дрейф от 15 до 25 пъти, който преживява термично сканиране, но никога не преживява напречно рязане.

• Мокър прах.Най-честата причина за повреди при големи количества. Прахът се доставя в запечатани кутии по някаква причина – след като кутията се отвори, съдържанието е хигроскопично и ще абсорбира влажността на околната среда в крайбрежния климат в рамките на часове. Патрон, който „изглежда сух“, не е сух.
• Влажни проводници.Медните жила и стоманата, облицована с мед, задържат влагата в междинните пространства между тях. Кабел, който е бил съхраняван непокрит на място по време на дъжд, е мокър отвътре, дори ако отвън изглежда сух, а изсушената с горелка повърхност ще абсорбира отново влагата в рамките на минути във влажен въздух.
• Кондензация в студена форма.Графитна форма, извадена от климатизиран склад при 18°C ​​в сутрин с температура 32°C и влажност 85%, ще кондензира воден филм върху стената на кухината си, преди екипът да е поставил проводника на мястото си. След това отливането улавя този филм между стената на формата и разтопения метал.

Аутопсията на Себу в три реда

Свързващите елементи в Себу се провалиха, защото барутът се е намирал на напоен от дъжда док и екипът е отворил кутиите сутринта на изливането. Въпреки това са използвали барута, защото изглеждал сух - а долната страна на мънистото, на всяко провалено съединение, е показвала точно същия модел на клъстерирани дупки, които оставя след себе си влагата, задвижвана от пара. 20-минутна проверка с десикант на три пробни патрона преди изливането би уловила цялата партида и екипът би знаел, че трябва да постави останалите под карантина.

Износена ли е вашата графитна форма след изтичане на срока ѝ на годност?

Това е причината, с която доставчиците се справят най-зле, защото начинът на повреда е невидим за купувача, а броят на циклите е нещо, което само доставчикът знае.Продуктова литература за Cadweld на nVent ERICOоценява графитните форми на около 50 до 100 работни цикъла, а на нашата линия ние оценяваме нашитетермитни заваръчни формипри същите 50 до 100 цикъла, с 80 до 100 съединения при нормална употреба на терен. След това кухината е ерозирала достатъчно, така че отворът за изтичане вече не дозира разтопен метал чисто в съединението.

Честният сигнал за износена форма не е пукнатина, която можете да видите - това е заваръчният шев, който губи формата си на възглавница и започва да се извива навътре в центъра. Новата форма създава шев, който леко се извива над проводника, защото праховият заряд леко препълва кухината и излишъкът се заварява към повдигача. Износената форма се запълва недопълнява, защото кухината се е разширила достатъчно, така че същият прахов заряд вече няма излишък, който да се извива. Екипите компенсират, като добавят прах, който след това прегрява кухината и ускорява износването - обратна връзка, която отнема около двадесет лоши изливания, за да унищожи формата напълно.

Как да градирате калъп, който не сте купили от нас

През 2023 г. купувач наследи 47 форми от несъществуващ доставчик и ни помоли да ги окачествим преди следващото изливане. Претеглихме всяка форма спрямо номиналното ѝ начално тегло и извършихме проверка на напречното сечение на 5 съединения на всяка форма с тегло над 30 грама под нормата.11 от 47-те са загубили повече от 50 грама— доста след изтичане на техния честен експлоатационен период — и всяка една от тези 11 произведе съединения с вдлъбната повърхност на борда, която не премина теста за напречно сечение в рамките на три изливания. Сменихме тези 11, нулирахме дневника на циклите и процентът на неуспех на купувача по този проект спадна от приблизително 1 на 5 съединения до по-малко от 1 на 50. Това е формата на проблема, който създава една недохранена матрица.

Ако сте наследили форми от друг доставчик, претеглете една спрямо известна добра форма със същата геометрия. Графитната форма губи около 3 до 8 грама на цикъл от термична ерозия и почистване; форма с 50 грама под началното си тегло е претърпяла повече цикли, отколкото позволява нейният рейтинг. Второ, погледнете формата на заваръчния шев при последните пет отливания - ако някое от тях се е вдлъбнало навътре, формата е преминала през очаквания експлоатационен период.IEEE стандарт 837-2014, квалификационната рамка за постоянни заземителни връзки на подстанции, геометрията на заваръчната кухина е част от квалификационните доказателства - така че износената матрица не е просто риск за качеството, а риск за съответствие със стандарта, по който е специфицирано съединението.

Може ли по-малък барутен заряд тихомълком да подкопава заварките ви?

Прахът се предлага в стандартизирани размери на патроните по някаква причина.Тъй като съотношението маса прах към мед е променливата, която определя дали реакцията генерира достатъчно топлина, за да разтопи напълно напречното сечение на проводника, по-малкият размер на патрона създава съединение, което се излива твърдо отвън, но е недостатъчно стопено на границата на проводника.Мънистото съединение изглежда добре. Съпротивлението показва истината шест месеца по-късно, когато съединението се нагрее под първия ток на късо съединение.

Документирахме това точно в случай от 2024 г. в Западна Африка. Изпълнител поръча 600 екзотермични съединения за заземителна мрежа на подстанция 66 kV и прие ценова оферта за патрони №115, без да провери комбинацията от проводници - която всъщност беше кабелна двойка 95 mm² / 95 mm², изискваща №150. Доставчикът достави №115. Всяка сглобка се изля чисто. Всяка сглобка премина въвеждането в експлоатация с изглеждащо здравословно съпротивление от 60 до 90 микроома. Шест месеца по-късно 38 от първите 200 тествани съединения се бяха отклонили над 800 микроома под товар. Не забелязахме несъответствието на патроните, докато купувачът не ни изпрати дефектна проба и ние я разрязахме - шевът беше учебникарски, но интерфейсът между проводника и заваръчния шев показа непрекъсната микропразнина с ширина приблизително 0,2 мм.Мънистото беше правилно; патронът беше грешен; купувачът плати за него чрез повторно изливане и посещения за гаранцията.И двете версии на този провал съществуват – честна подмяна на екипа и нечестна подмяна на доставчик – и двете завършват на едно и също място: красива мъниста, скрита микро-празнина при проводника и съпротивление, което се увеличава година след година.

Дали преките пътища при подготовката на проводниците са скритата причина за високоомни съединения?

Наблюдавал съм как екипи прекарват двадесет минути в почистване на видимата част на медна нишка и пропускат секцията, която влиза във вътрешността на кухината на формата, защото в спецификацията пише „почистване до блясък на метала“, без да се уточнява как.Тъй като връзката се образува на повърхността на проводника, която е вътре в кухината в момента на изливане, замърсена секция под кухината създава съединение, което е металургично непрекъснато отвън и оксидно ламинирано отвътре.

Най-често срещаното замърсяване, което виждам при съдебномедицински разглобявания, не е мръсотия, а пръстов отпечатък. Екипите боравят с проводящата секция, която влиза във формата, оставят тънък маслен филм от кожата си и разтопената мед не може да премине през този филм, за да се слее с основния метал. Резултатът е съединение с непрекъсната оксидна равнина между заваръчния метал и проводника, а оксидната равнина е точно видът интерфейс, който NUREG-1800 документира като път на деградация при термично циклиране.

Миналата година преведох един купувач през преобучение, след като третата им подстанция поред произведе съединения с размери над 800 микроома при въвеждане в експлоатация - един и същ отпечатък всеки път: оксидно наслояване, успоредно на оста на проводника, невидимо от външната страна на кухината. Екипът почистваше видимата част на проводника с ръка в ръкавица, след което поставяше жилото върху прашен кабелен барабан в продължение на тридесет минути, необходими за поставяне на формата на мястото ѝ. Три промени го сложиха в основата: специална остра четка за всеки материал на проводника, изопропилова кърпа върху кърпа без власинки и правило, че почистената секция трябва да се поставя директно от четката в кухината - без контакт с кожата, без повторно напасване на барабана. Процентът на високо съпротивление спадна от приблизително 12% от съединенията до под 1% през следващите 200 изливания, а останалият 1% се дължи на двама членове на екипа, които все още не бяха усвоили новата дисциплина.

Причината да посоча конкретно промените е, че всяка една от тях вече беше в писмената си процедура. Процедурата беше игнорирана, защото никой никога не беше проследил повреда до ръкавица, а спецификацията не посочваше изрично връзката.Тъй като връзката се образува върху повърхността на проводника, която е вътре в кухината в момента на изливане, цялата дисциплина на почистване е от значение само за 30 до 50 милиметра, които действително влизат в кухината - и това е и мястото, където екипът е най-вероятно да пропусне стъпка.Чисти 200 мм видим проводник не означават нищо, ако последните 40 мм във вътрешността на кухината са събрали оксиден филм или пръстов отпечатък през шестдесетте секунди преди изливането.

Дали времето за запалване от студеноформовъчната система причинява повреди при сутрешната ви смяна?

Това е причината, която никой не излага в писмена форма, защото звучи по-скоро като грешка на оператора, отколкото като грешка в процеса. Реалността е, че екзотермичната реакция е настроена към специфична термична обвивка и форма, която е под приблизително 25 °C в момента на запалване, се държи различно от тази, която е предварително загрята. Изходният прах се запалва, реакционният фронт се разпространява през шихтата, но разтопената мед губи топлина към студения графит по-бързо, отколкото реакцията може да я възстанови, и металът достига до кухината на проводника под температурата на топене. Перлата все още се образува. Топенето е непълно.

Това е проблем, характерен предимно за сутрешните смени на обекти с умерен или студен климат, и е предимно проблем за следобедните смени на тропически обекти, където екипите предварително охлаждат формите си в климатизирано хранилище, за да ги „запазят“. И двата навика водят до един и същ модел на повреда: линия на студено затваряне, където два метални фронта се срещат, но не се сливат напълно, видима на напречно сечение като рязко прекъсване в структурата на зърната, успоредно на стената на кухината. В проект за център за данни в Сингапур през 2024 г. екипът е държал графитните си форми в климатизирано хранилище с температура 19 °C между отливанията, за да забави окисляването на графита. Самото място за отливане е било при температура 31 °C и влажност 78%. Измерихме температурата на повърхността на формата при запалване в 12 съединения на сутрешните смени: 8 от 12 са излезли от хранилището под 22 °C, а 6 от тези 8 са довели до повреди от студено затваряне на напречно сечение. Решението беше една-единствена оперативна промяна — съхранение за една нощ в шкаф с нормална температура, вместо в климатизирано помещение — и процентът на повреди по време на сутрешната смяна спадна до нула през следващата седмица. Математиката е безмилостна: на всеки 5°C температурата на матрицата под 25°C при запалване измеримо повишава скоростта на студено затваряне, а под 20°C тя се превръща в доминиращ режим на повреда.

Съдебномедицински контролен списък: Какво да правите, когато съединителната фуга се повреди

Когато купувач ми се обади с неуспешна връзка, първият въпрос, който задавам, е този, който решава целия процес:Преминала ли е някога съединението тест за съпротивление или се е провалило при пускане в експлоатация при първото измерване?Този отговор диктува коя от следващите пет проверки да извърша и в какъв ред. Ето действителната последователност, през която работя по време на телефонен разговор или видео обзор – това не е общ шаблон, а редът, в който обикновено се появяват доказателствата.

Ако съединението се повреди при пускане в експлоатация:Започвам с партидата прах. Приблизително 4 от всеки 10 повреди в деня на въвеждане в експлоатация, които виждам, са следа от влага, която никой не е забелязал в деня на изливането, и това е най-бързата причина за потвърждаване или изключване - пет минути по телефона с бригадира на обекта и бърз тест с десикант върху пробен патрон ми казват дали цялата партида трябва да бъде поставена под карантина. Ако прахът се избистри, преминавам към дневника на матрицата и претеглям подозрителната матрица спрямо началното ѝ тегло. Ако и двете са избистри, изрязвам една сглобка на лентов трион и поглеждам напречното сечение - пет минути работа, които разрешават още 30% от случаите между четирите останали причини. В разследването в Себу това е пътят, който ни отведе от „200 повредени сглобки“ до „всяка кутия от подозрителната пратка е мокра“ в рамките на два часа, след като преведех купувача през контролния списък в WhatsApp.

Ако съединението е преминало пускането в експлоатация, но сега не работи:Пропускам изцяло проверката на праховия шев и преминавам директно към напречно сечение на възстановена проба. Съединение, което е преминало пускането в експлоатация, почти винаги има дефект от страната на проводника, а не в самия заваръчен метал, а напречното сечение ми показва дали е грешка в подготовката на проводника, причинена от причина 4, която тестът за съпротивление е пропуснал, или износване на матрицата, причинена от причина 2, което е оставило шева леко незапълнен и е позволило на почвената химия да влезе в микропразнина през годините.

Това е действителната процедура. Не изпълнявам всичките пет проверки за всяка повреда, защото в 80% от случаите една или две проверки решават проблема - а купувач, който се взира в отчет за неуспешно въвеждане в експлоатация, не се нуждае от контролен списък, а от ред на операциите.

Ако дадена повреда премине и през двата етапа на проверка (без прах и форма, без напречно сечение), проблемът почти сигурно е екологичен - химичен състав на почвата, блуждаещи токове или галванична корозия, намираща повърхност, оставена от заварката - и разговорът трябва да се измести от процеса към дизайна. Този разговор е отделна статия.

Дисциплина при повторно изливане: намаляване на разходите, а не повторно заваряване на място

След като съединението се повреди, единственият правилен ремонт е да се отреже под зоната, засегната от топлината, и да се подготви отново проводникът от нулата. Изливането на пресен заваръчен метал върху повредено съединение не слепва надеждно новия метал със стария, тъй като оригиналният интерфейс вече е образувал собствена металургия и всяка задържана порьозност се превръща в място за образуване на зародиши за следващата повреда. Отрязването трябва да бъде поне 50 мм чист проводник от всяка страна на оригиналното съединение, новата форма трябва да е в рамките на циклите си, а прахообразната партида трябва да е от прясно отворена, проверено суха кутия.

Определянето на разходите е от значение тук, защото най-евтиният инстинкт при повредено съединение е да го оставите и да се надявате. Повторното отливане струва половин ден работа на екипа, нов цикъл на матрицата и нов патрон с прах - скромни разходи в бюджета на подстанцията. Повредено съединение, оставено в експлоатация, струва на изпълнителя гаранционно обаждане, посещение за повторно въвеждане в експлоатация и загуба на доверието на купувача при следващата тръжна процедура; в електропреносна мрежа това може да означава частична подмяна на мрежата и месеци забавяне на въвеждането в експлоатация. Аритметиката почти винаги е в полза на половин ден повторно отливане, а второто отливане е естественото място за обновяване на матрицата, ако повредата е показала износване. Ние доставяме нашитеекзотермични заваръчни формисъс сериализиран дневник на цикъла, така че купувачите да могат да проследяват историята на всяка матрица в рамките на проекта, и същият дневник трябва да пътува с всяка матрица, която се мести между обектите. Форма, която не можете да обясните, е матрица, на която не можете да се доверите.

Как да проверите настоящия си доставчик, без да обиждате никого

Повечето обаждания, които приемам по тази тема, не започват с неуспех. Те започват с купувач, който току-що е бил помолен да квалифицира нов доставчик, или инженер, който е наследил процес, който не е проектирал, и иска да знае какви въпроси да зададе преди следващия неуспех. Честната версия на този разговор е, че почти всеки доставчик може да достави калъп, който работи в деня на изливането. По-трудният въпрос е дали могат да документират защо продуктът им е работил и дали ще се явят на отговорност за отговора, когато това не се случи.

Три въпроса разделят истинския доставчик от доставчика на намалени цени по този конкретен набор от проблеми и бих ги разгледал с всеки купувач в този ред.

1. „Покажи ми шаблона за дневник на цикъла на матрицата.“Доставчик, който следи броя на циклите, е доставчик, който знае, че формите се износват. Доставчик, който не го прави, е на едно лошо изливане разстояние от това вашият проблем да стане техен.
2. „Каква е проследимостта на вашата партида прах?“Всяка кутия трябва да носи партиден номер, дата на производство и индикатор за запечатан контейнер. Доставчик, който преопакова прахообразна смес в немаркирани кутии, представлява риск от влага в кутия.
3. „Каква е вашата позиция относно замяната на патрони с малък размер?“Честният отговор е „отказваме поръчката, докато не потвърдите размера на проводника“. Опасният отговор е „можем да изпратим по-малка кутия днес“.

Виждал съм как всеки от тези въпроси дисквалифицира доставчик поне веднъж. Въпрос 1 прекрати взаимоотношения с търговска компания миналата година - те не можаха да изготвят шаблон за дневник на цикъла, защото никога не бяха поискали такъв от фабриката си, а когато поискаха, фабриката също не можа да произведе такъв. Въпрос 2 се отнася до операция по преопаковане през 2023 г.: местен търговец на едро купуваше насипен прах на килограми и го преливаше в небрандирани мини кутии за износ, без партиден номер на кутиите и без индикатор за запечатан контейнер. Изтеглихме поръчките си същата седмица. Въпрос 3 е този, на който настоявам най-силно, защото той проверява дали доставчикът ще избере почтеността на вашата съвместна дейност пред вашия график за доставки - и отговорът ви казва почти всичко, което трябва да знаете за следващите пет години работа с тях.

Изградихме нашата експортна документация около тези три въпроса, защото това са въпросите, към които непрекъснато се връщат и нашите собствени разследвания на неизправности. Това са и въпросите, които бих ни задал, ако бях купувач.

Диагностика на повреда на заварката — Изберете симптома, който виждате на място

Преди да изрежете една-единствена фуга, изпълнете тази диагностика. Изберете симптома, който съответства на това, което действително виждате на място – визуален, електрически или синхронизиращ – и инструментът го свързва с най-вероятната от петте причини по-горе, дава ви уверено отчитане и изброява незабавните стъпки, които трябва да предприемете преди следващото изливане. Това е същото дърво на решения, по което водя купувач по телефона, когато получа обаждане за повреда.

Често задавани въпроси относно неуспешни екзотермични заварки

Джейн Янг· Мениджър продажби, Xinchang Shibang New Material Co., Ltd.
12 години във външната търговия с мълниезащита и заземяване · 17 години фабрично производство зад всяка препоръка.
LinkedIn · Фейсбук · X