Een handleiding voor veldvoormannenmislukte exotherme lasverbindingen— de vijf oorzaken van het proces, de diagnostische stappen en een interactieve diagnose van lasfouten die u kunt uitvoeren voordat u iets wegsnijdt.

Drie weken geleden stuurde een aannemer in Cebu me om 23.00 uur lokale tijd foto's. In het voorgaande kwartaal waren er 200 exotherme verbindingen gestort op een aardingsnet van een 33 kV-onderstation. De inbedrijfstelling was de volgende ochtend. De helft van de verbindingen zag er perfect uit. De andere helft had micro-blaasgaatjes langs de uitgang van de geleider en had een weerstand van 600 tot 900 micro-ohm, tegenover een gezonde 30 tot 50 bij de goede helft. De leverancier – niet wij – had de verbindingen geleverd.lasmetaalpoederOp een schip dat drie dagen lang in de regen aan de kade in Manilla lag. Niemand opende een patroon om te controleren.

Dat telefoontje is de aanleiding voor dit artikel. Na 17 jaar machineren.exotherme lasvormenVoor buitenlandse kopers – en na twaalf jaar hun inbedrijfstellingsrapporten te hebben bekeken – geloof ik niet meer in plotselinge storingen. Wat plotseling lijkt, is bijna altijd een procesfout die niemand heeft opgemerkt, omdat de specificaties daar niet voor bedoeld waren. Dit is wat ik nu naar elke aannemer stuur die me belt met een "mysterieuze" storing, in de volgorde waarin ik het op locatie met ze doorneem.

Waarom een ​​mislukte thermietlas bijna nooit mislukt zoals je denkt.

Ik moet eerst de constructie ter discussie stellen, want die is bepalend voor elke beslissing die een team neemt bij het oplossen van problemen. Wanneer een aannemer me belt met een "mislukte las", stel ik één vraag voordat ik iets anders vraag:Heeft de verbinding ooit een weerstandstest doorstaan, of is deze bij de eerste meting tijdens de ingebruikname al afgekeurd?Het antwoord verandert alles, want een voeg die in de loop van de tijd is verslechterd en een voeg die vanaf de dag van het storten al gebrekkig was, zijn twee totaal verschillende problemen met twee totaal verschillende oorzaken.

Volgens de literatuur over verouderingsbeheer van ondergrondse elektrische verbindingen waarnaar Amerikaanse nutsbedrijven verwijzen (NUREG-1800, het rapport 'Generic Aging Lessons Learned' dat wordt gebruikt om de levensduurverlenging van installaties met tientallen jaren te rechtvaardigen), zijn de gedocumenteerde degradatiemechanismen voor elke ondergrondse verbinding thermische cycli, ohmse verwarming, trillingen en corrosie – en het rapport stelt expliciet dat dit mechanismen zijn die inwerken op interfaces.Exotherme lasnaden hebben geen interface die kan verouderen.Omdat de geleiders en het gesmolten koper tijdens de reactie één doorlopend metaalstuk vormen. Wanneer een correct gegoten exotherme verbinding in gebruik bezwijkt, ligt de oorzaak van de breuk vrijwel nooit in het lasmetaal zelf, maar in een gedeelte van de geleider dat de las nooit heeft bereikt, of in een micro-opening die door thermische cycli is ontstaan ​​doordat de poederlading op de gietdag onjuist was.

Hoe een "defect van de gietdag" er daadwerkelijk uitziet bij een forensische demontage.

De tweehonderd verbindingen in Cebu hebben me één patroon geleerd dat stand heeft gehouden bij vrijwel elke meerdelige verbinding die ik sindsdien ben tegengekomen. Wanneer we een beschadigde verbinding opensnijden en de dwarsdoorsnede polijsten, zien we een van de vijf terugkerende microstructuren, en elk daarvan komt precies overeen met een van de vijf procesoorzaken die in de rest van dit artikel worden beschreven:

• Er bevonden zich clusters van luchtbellen in de buurt van het geleideroppervlak.Stoom afkomstig van ingesloten vocht — meestal nat poeder, soms een vochtige geleider, af en toe condens in een koude mal.
• Een oxidelaag parallel aan de geleideras.Verontreiniging tussen geleider en lasmetaal — olie van een vingerafdruk, restoxide van een slecht gereinigde kabel of een lossingsmiddelfilm van een mal die niet is voorverwarmd.
• Een onvoldoende gevulde holte met een komvormig oppervlak.Een grafietmal die versleten is en de maximale gebruiksduur heeft overschreden, of een poederlading die te klein is voor de doorsnede van de geleider die gevuld moest worden.
• Een leiding die door een koude breuk vastliep doordat twee metalen fronten niet goed aan elkaar smolten.De ontstekingstijd was niet in verhouding tot de temperatuur van de mal — bijna altijd omdat een team probeerde een mal te ontsteken die rechtstreeks uit een geklimatiseerde winkel kwam op een koude ochtend.
• Een lasnaad die slechts aan één van de twee geleiders in een kruising is verbonden.Een verkeerde uitlijning van de mal bij het sluiten, of een poederschijf die tijdens het ontsteken van het aftapgat is verschoven.

Als je eenmaal leert deze vijf microstructuren te lezen, is het oplossen van problemen geen kwestie meer van gissen. De rest van deze handleiding beschrijft elke oorzaak in de volgorde waarin ik ter plaatse onderzoek zou doen, met de verificatiestap die de oorzaak bevestigt voordat je ook maar één verbinding doorzaagt.

Is vocht de echte boosdoener wanneer een thermietlas mislukt?

Vocht is de oorzaak van het falen die ik als eerste noem, omdat het de meest voorkomende en meest vergevingsgezinde smoes is. Het gesmolten koper van de exotherme reactie heeft een temperatuur van ongeveer 1083 °C – het smeltpunt van koper – en zodra het in contact komt met water, kookt dat water direct tot stoom en zet het volume ongeveer 1700 keer uit. De stoom dringt zich terug door het nog steeds gesmolten lasmetaal, laat een spoor van blaasgaten achter en de verbinding is beschadigd voordat deze überhaupt kan afkoelen.OSHA-onderzoeken naar incidenten met betrekking tot thermietlaswerkzaamhedenDit ene mechanisme heeft meer ontstekingsletsels en brandwonden bij bemanningsleden veroorzaakt dan welke andere exotherme procesfout dan ook.

De reden dat dit zo onopgemerkt mislukt, is dat vocht zich op drie plekken kan verschuilen, en slechts één daarvan is duidelijk zichtbaar.

• Nat poeder.De meest voorkomende oorzaak van defecten bij bulkleveringen. Poeder wordt niet voor niets in verzegelde blikken verzonden: zodra een blik geopend is, is de inhoud hygroscopisch en absorbeert deze binnen enkele uren omgevingsvocht in kustgebieden. Een patroon dat er "droog uitziet" is niet droog.
• Vochtige geleiders.Zowel koperdraden als met koper bekleed staal houden vocht vast in de tussenruimten tussen de draden. Een kabel die tijdens een regenbui onafgedekt op locatie is opgeslagen, is vanbinnen nat, zelfs als de buitenkant er droog uitziet, en een met een brander gedroogd oppervlak zal in vochtige lucht binnen enkele minuten weer vocht opnemen.
• Condensatie bij koudvormen.Een grafietmal die uit een geklimatiseerde opslagruimte van 18 °C wordt gehaald en in een ochtend van 32 °C met een luchtvochtigheid van 85% wordt geplaatst, zal een laagje watercondensatie op de wand van de mal vormen voordat de geleider erin zit. Tijdens het gieten wordt dit laagje vervolgens ingesloten tussen de malwand en het gesmolten metaal.

De nabeschouwing van Cebu in drie regels

De verbindingen in Cebu mislukten omdat het poeder op een doorweekte kade had gelegen en de bemanning de blikken pas op de ochtend van het gieten had geopend. Ze gebruikten het poeder toch, omdat het er droog uitzag – en de onderkant van de kitlaag, bij elke mislukte verbinding, vertoonde precies het patroon van geclusterde blaasgaten dat door vocht aangedreven stoom achterlaat. Een controle van 20 minuten met droogmiddel op drie monsterpatronen vóór het gieten had de hele partij aan het licht gebracht, en de bemanning had geweten dat de rest in quarantaine geplaatst moest worden.

Is uw grafietmal aan vervanging toe?

Dit is de oorzaak waar leveranciers het slechtst mee omgaan, omdat de oorzaak van de storing onzichtbaar is voor de koper en het aantal cycli iets is dat alleen de leverancier weet.Productinformatie van nVent ERICO over CadweldGrafietvormen worden beoordeeld op ongeveer 50 tot 100 gebruikscycli, en op onze productielijn beoordelen we onzethermietlasvormenBij dezelfde 50 tot 100 cycli, met 80 tot 100 verbindingen bij normaal gebruik in de praktijk. Daarna is de holte zodanig uitgesleten dat het aftapgat het gesmolten metaal niet langer netjes in de verbinding doseert.

Het eerlijke signaal van een versleten mal is geen zichtbare scheur, maar het feit dat de lasrups zijn kussenvorm verliest en in het midden naar binnen begint te buigen. Een nieuwe mal produceert een lasrups die zachtjes bolvormig over de geleider buigt, omdat de poederlading de holte iets te vol vult en het overtollige materiaal in de stijgbuis vastlast. Een versleten mal vult de holte te weinig, omdat de holte zodanig is vergroot dat dezelfde poederlading niet langer voldoende materiaal heeft om bolvormig te worden. Lassers compenseren dit door poeder toe te voegen, wat vervolgens de holte oververhit en de slijtage versnelt – een vicieuze cirkel die ongeveer twintig mislukte gietingen vereist om een ​​mal volledig te vernietigen.

Hoe beoordeel je een mal die je niet bij ons hebt gekocht?

Als u mallen van een andere leverancier hebt overgenomen, vergelijk deze dan met een goed werkende mal met dezelfde geometrie. Een grafietmal verliest ongeveer 3 tot 8 gram per cyclus door thermische erosie en reiniging; een mal die 50 gram lichter is dan het oorspronkelijke gewicht, heeft meer cycli doorlopen dan de nominale waarde toelaat. Ten tweede, bekijk de vorm van de lasrups bij de laatste vijf gietingen – als er een naar binnen is gebogen, is de mal over de levensduur heen.IEEE Std 837-2014In het kwalificatiekader voor permanente aardingsverbindingen van onderstations maakt de geometrie van de lasnaad deel uit van het kwalificatiebewijs. Een versleten mal vormt dus niet alleen een kwaliteitsrisico, maar ook een risico voor de naleving van de norm waaraan de verbinding is gespecificeerd.

Zou een te kleine kruitlading uw lasverbindingen ongemerkt kunnen ondermijnen?

Het kruit wordt niet voor niets in standaard patroonformaten verkocht.Omdat de verhouding tussen poeder en kopermassa de variabele is die bepaalt of de reactie voldoende warmte genereert om de doorsnede van de geleider volledig te smelten, leidt een te kleine cartridge tot een verbinding die aan de buitenkant hard wordt, maar bij de geleider onvoldoende smelt.De lasrups ziet er prima uit. De weerstand zal pas zes maanden later de waarheid vertellen, wanneer de verbinding opwarmt onder de eerste kortsluitstroom.

De eerlijke versie van dit probleem is dat installateurs soms een kleinere cartridge gebruiken als de juiste maat niet op voorraad is, in de veronderstelling dat er "min of meer dezelfde hoeveelheid metaal" in zit. De oneerlijke versie is dat sommige leveranciers een #115 cartridge verkopen voor de prijs van een #150, omdat er op het bestelformulier van de aannemer "kabel-naar-kabel 50 mm²" stond, zonder de volledige geleiderpaar te specificeren. Beide cartridges eindigen met dezelfde verbinding: een fraaie rand, een verborgen micro-opening bij de geleider en een weerstand die jaar na jaar toeneemt.

Zijn shortcuts bij de voorbereiding van geleiders de verborgen oorzaak van verbindingen met een hoge weerstand?

Ik heb ploegen twintig minuten zien besteden aan het schoonmaken van het zichtbare deel van een koperdraad, terwijl ze het gedeelte dat in de matrijsopening komt oversloegen, omdat er in het specificatieblad staat "schoon tot glanzend metaal" zonder te specificeren hoe.Omdat de verbinding zich vormt aan het geleideroppervlak dat zich op het moment van gieten in de holte bevindt, creëert een vervuild gedeelte onder de holte een verbinding die aan de buitenkant metallurgisch continu is en aan de binnenkant oxide-gelaagd.

De meest voorkomende verontreiniging die ik zie bij forensisch onderzoek is geen vuil, maar vingerafdrukken. Monteurs hanteren het geleidergedeelte dat in de mal gaat, laten een dun laagje olie van hun huid achter, en het gesmolten koper kan niet door dat laagje heen dringen om zich met het basismetaal te verbinden. Het resultaat is een verbinding met een doorlopend oxidevlak tussen het lasmetaal en de geleider, en een oxidevlak is precies het soort interface dat NUREG-1800 documenteert als een degradatiepad bij thermische cycli.

• Gebruik voor elk geleidermateriaal een aparte, scherpe stalen borstel: koper, met koper bekleed staal en gegalvaniseerd staal hebben elk hun eigen borstel nodig.
• Veeg het gereinigde gedeelte af met een pluisvrije doek die bevochtigd is met isopropylalcohol, en niet met een gehandschoende hand.
• Reinig de geleider opnieuw als deze langer dan 15 minuten in de open lucht heeft gelegen voordat u gaat gieten, omdat vers koper snel oxideert in kust- en industriële omgevingen.
• Houd het gereinigde gedeelte vanaf dat moment vast met een schone tang of een schone doek — vermijd huidcontact.

Wordt uw ochtendstoring veroorzaakt door een onjuiste ontstekingstiming?

Dit is de oorzaak die niemand op schrift stelt, omdat het eerder op een bedieningsfout lijkt dan op een procesfout. De realiteit is dat de exotherme reactie is afgestemd op een specifiek temperatuurbereik, en een mal die op het moment van ontsteking onder de 25 °C is, gedraagt ​​zich anders dan een mal die vooraf is opgewarmd. Het startpoeder ontbrandt, het reactiefront plant zich voort door de lading, maar het gesmolten koper verliest sneller warmte aan het koude grafiet dan de reactie het kan aanvullen, en het metaal bereikt de geleiderholte onder de smelttemperatuur. De lasrups vormt zich wel. De fusie is onvolledig.

Dit probleem doet zich vooral voor tijdens de ochtendploeg op locaties in gematigde of koude klimaten, en vooral tijdens de middagploeg op tropische locaties waar de teams hun mallen vooraf koelen in geklimatiseerde opslagruimtes om ze te "conserveren". Beide werkwijzen leiden tot hetzelfde faalpatroon: een koude naad waar twee metalen fronten elkaar raakten maar niet volledig versmolten, zichtbaar in een dwarsdoorsnede als een scherpe discontinuïteit in de korrelstructuur parallel aan de wand van de matrijs.

Checklist voor forensisch onderzoek: Wat te doen als een joint de inbedrijfstellingstest niet doorstaat?

Als een voeg tijdens het storten niet voldoet aan de inbedrijfstellingseisen, voer dan de inspectie in deze volgorde uit. De eerste drie controles duren minder dan een uur ter plaatse en lossen ongeveer 80% van de problemen met meerdere voegen op zonder dat er iets hoeft te worden verwijderd.

1. Controleer de batchgeschiedenis van het poeder.Wanneer werd het poeder geleverd, hoe werd het bewaard en werden er blikken geopend vóór het gieten? Elk "ja"-antwoord wijst op vocht (Oorzaak 1).
2. Trek het beschimmeldotsel eruit.Hoeveel gietcycli heeft de mal al doorlopen? Vergelijk dit met de 50-100 gietcycli. Elke mal die de aangegeven limiet overschrijdt, wordt vervangen vóór de volgende gieting (Oorzaak 2).
3. Controleer de poedergrootte aan de hand van de geleiderspecificaties.Zorg ervoor dat de cartridgegrootte op elke blik overeenkomt met de geleidercombinatie op de verbinding. Bij een verkeerde maat wordt de juiste cartridge opnieuw gegoten (Oorzaak 3).
4. Inspecteer drie defecte verbindingen in dwarsdoorsnede.Een zaagsnede met een bandzaag en een polijstbeurt zijn voldoende om blaasgatpatronen (Oorzaak 1), oxide-laminatie (Oorzaak 4), ondervulling (Oorzaken 2 en 3) of koudlasnaden (Oorzaak 5) te identificeren.
5. Breng mislukkingen in kaart ten opzichte van de stortvolgorde.Storingen die zich aan het begin van een ploegendienst concentreren, wijzen bijna altijd op oorzaak 5 (koude mal). Storingen die zich aan het einde van een poederbatch concentreren, wijzen op oorzaak 1 (nat poeder). Storingen die gelijkmatig over een ploegendienst zijn verspreid, wijzen op oorzaak 2 of 4.

Als de defecten alle vijf controles doorstaan, ligt het probleem vrijwel zeker aan de omgeving – bodemchemie, zwerfstromen of galvanische corrosie die een contactvlak vindt dat door de las is achtergelaten – en moet het gesprek verschuiven van proces naar ontwerp. Dat gesprek is een onderwerp voor een apart artikel.

Nabewerking volgens de regels: wegsnijden, niet opnieuw vastlassen

Als een verbinding eenmaal is bezweken, is de enige juiste reparatie het wegsnijden van het door hitte aangetaste gebied en het volledig opnieuw prepareren van de geleider. Het gieten van vers lasmetaal over een bezweken verbinding zorgt niet voor een betrouwbare hechting tussen het nieuwe en het oude metaal, omdat de oorspronkelijke interface al een eigen metallurgische structuur heeft gevormd en eventuele ingesloten porositeit een kiemvormingspunt vormt voor de volgende breuk. Het wegsnijden moet ten minste 50 mm schone geleider aan elke kant van de oorspronkelijke verbinding omvatten, de nieuwe mal moet binnen het maximale aantal cycli vallen en de poederbatch moet afkomstig zijn uit een vers geopende, gecontroleerd droge verpakking.

De tweede gieting is ook het juiste moment om de mal te upgraden als de mislukking wees op slijtage van de mal. Wij verzenden onzeexotherme lasvormenMet een serieel cycluslogboek kunnen kopers de geschiedenis van elke mal binnen een project volgen, en hetzelfde logboek moet met elke mal meereizen die tussen locaties wordt verplaatst. Een mal waarvan je de herkomst niet kunt achterhalen, is een mal die je niet kunt vertrouwen.

Hoe u uw huidige leverancier kunt controleren zonder iemand te beledigen

De meeste telefoontjes die ik over dit onderwerp krijg, beginnen niet met een mislukking. Ze beginnen met een inkoper die net gevraagd is een nieuwe leverancier te beoordelen, of een engineer die een proces heeft overgenomen dat hij niet zelf heeft ontworpen, en die wil weten welke vragen hij moet stellen voordat de volgende mislukking zich voordoet. Eerlijk gezegd kan vrijwel elke leverancier een mal leveren die op de gietdag werkt. De lastigere vraag is of ze kunnen documenteren waarom hun product werkte, en of ze de verantwoordelijkheid nemen voor het antwoord als het niet werkt.

Bij deze specifieke opgave onderscheiden drie vragen een echte leverancier van een prijsvechter, en ik zou elke koper deze vragen in deze volgorde doornemen.

1. "Laat me je sjabloon voor het registratieproces van de matrijs zien."Een leverancier die het aantal productiecycli bijhoudt, weet dat matrijzen slijten. Een leverancier die dat niet doet, loopt het risico dat uw probleem ook hun probleem wordt.
2. “Hoe zit het met de traceerbaarheid van uw poederbatches?”Elk blik moet een batchnummer, een productiedatum en een verzegelingsindicator bevatten. Een leverancier die bulkpoeder herverpakt in blikken zonder etiket, vormt een risico voor de inhoud van het blik.
3. "Wat is uw standpunt over het vervangen van patronen door patronen van een te kleine maat?"Het eerlijke antwoord is: "We weigeren de bestelling totdat u de geleiderdiameter bevestigt." Het gevaarlijke antwoord is: "We kunnen vandaag nog een kleinere buis verzenden."

We hebben onze exportdocumentatie rond deze drie vragen opgebouwd, omdat dit de vragen zijn waar onze eigen onderzoeken naar mislukte aankopen steeds weer op terugkomen. Het zijn ook de vragen die ik onszelf zou stellen als ik een koper was.

Diagnose van lasfouten — Kies het symptoom dat u in het veld ziet.

Voordat u ook maar één voeg uitzaagt, voer deze diagnose uit. Kies het symptoom dat overeenkomt met wat u daadwerkelijk ter plaatse ziet – het visuele, het elektrische of het timingpatroon – en de tool koppelt dit terug aan de meest waarschijnlijke van de vijf bovengenoemde oorzaken, geeft u een betrouwbaarheidsindicatie en een lijst met de onmiddellijk te nemen stappen vóór de volgende storting. Dit is dezelfde beslissingsboom die ik telefonisch met een koper doorneem wanneer er een melding van een storing binnenkomt.

Veelgestelde vragen over mislukte exotherme lasverbindingen

Jane Yang• Verkoopmanager, Xinchang Shibang New Material Co., Ltd.
12 jaar ervaring in de internationale handel in bliksembeveiliging en aardingssystemen · 17 jaar fabrieksproductie staat aan de basis van elk advies.
LinkedIn · Facebook · X