Przewodnik brygadzisty terenowegonieudane spoiny egzotermiczne— pięć przyczyn procesu, przegląd diagnostyczny i interaktywna diagnostyka uszkodzeń spawów, którą można uruchomić przed wycięciem czegokolwiek.

Trzy tygodnie temu wykonawca z Cebu przesłał mi zdjęcia o godzinie 23:00 czasu lokalnego. W poprzednim kwartale na sieci uziemiającej stacji elektroenergetycznej 33 kV wylano dwieście złączy egzotermicznych. Oddanie do eksploatacji nastąpiło następnego ranka. Połowa złącz wyglądała idealnie. Druga połowa miała mikropęcherzyki wzdłuż wyjścia przewodu i rezystancję między 600 a 900 mikroomów, w porównaniu do zdrowych 30–50 mikroomów w dobrej połowie. Dostawca – nie my – dostarczyłproszek metalowy do spawaniana statku, który stał w doku w Manili przez trzy dni z powodu deszczu. Nikt nie otworzył ani jednego naboju, żeby to sprawdzić.

To właśnie ten apel jest powodem napisania tego artykułu. Po 17 latach obróbkiformy do spawania egzotermicznegoW przypadku zagranicznych nabywców – i po 12 latach obserwowania ich raportów z uruchomień – przestałem wierzyć w nagłe awarie. To, co wygląda na nagłe, prawie zawsze jest błędem procesowym, którego nikt nie zgłosił, ponieważ specyfikacja techniczna nie zalecała sprawdzenia. Oto, co teraz wysyłam każdemu wykonawcy, który dzwoni do mnie z „tajemniczą” awarią, w kolejności, w jakiej przeprowadzam go przez proces na miejscu.

Dlaczego nieudany spaw termitowy prawie nigdy nie kończy się tak, jak myślisz

Najpierw muszę zakwestionować tę ramę, ponieważ wpływa ona na każdą decyzję ekipy w sprawie rozwiązywania problemów. Kiedy wykonawca dzwoni do mnie z „nieudanym spawem”, zadaję jedno pytanie, zanim zapytam o cokolwiek innego:czy złącze kiedykolwiek przeszło test wytrzymałości, czy też nie zawiodło podczas pierwszego uruchomienia?Odpowiedź zmienia wszystko, ponieważ połączenie, które uległo pogorszeniu w trakcie eksploatacji i połączenie, które uległo uszkodzeniu już w dniu zalewania, to dwa zupełnie różne problemy, mające dwie zupełnie różne przyczyny.

Zgodnie z literaturą dotyczącą zarządzania starzeniem się podziemnych połączeń elektrycznych, do której odwołują się amerykańskie przedsiębiorstwa energetyczne (NUREG-1800, raport Generic Aging Lessons Learned, używany do uzasadnienia dziesięcioleci wydłużenia żywotności elektrowni), udokumentowanymi mechanizmami degradacji każdego podziemnego połączenia są cykle termiczne, ogrzewanie omowe, wibracje i korozja — a raport wyraźnie wskazuje, że są to mechanizmy działające na interfejsy.spoina egzotermiczna nie ma styku ze starzeniem, ponieważ przewodniki i stopiona miedź stają się jednym, ciągłym elementem metalowym podczas reakcji. Zatem, gdy prawidłowo odlane złącze egzotermiczne ulega uszkodzeniu podczas eksploatacji, uszkodzenie prawie nigdy nie dotyczy samego metalu spoiny – dotyczy ono fragmentu przewodnika, do którego spoina nigdy nie dotarła, lub mikroszczeliny powstałej w wyniku cykli termicznych, która powstała w wyniku nieprawidłowego doboru proszku w dniu zalewania.

Jak w rzeczywistości wygląda „wada z dnia wylewania” podczas analizy kryminalistycznej

Dwieście połączeń Cebu pokazało mi jeden schemat, który sprawdził się w przypadku niemal każdej awarii wielopołączeniowej, z jaką miałem do czynienia od tamtej pory. Kiedy rozcinamy uszkodzone połączenie i polerujemy przekrój, widzimy jedną z pięciu powtarzających się mikrostruktur, a każda z nich dokładnie odpowiada jednej z pięciu przyczyn procesu opisanych w dalszej części artykułu:

• Otwory gazowe skupione w pobliżu powierzchni przewodnika.Para wodna z uwięzionej wilgoci — najczęściej mokrego proszku, czasami przewodnika wilgoci, czasami kondensującej się w zimnej formie.
• Warstwa tlenku biegnąca równolegle do osi przewodnika.Zanieczyszczenia między przewodnikiem a spoiną — olej z odcisku palca, resztki tlenku z niedokładnie wyczyszczonego kabla lub warstwa środka antyadhezyjnego z formy, która nigdy nie została podgrzana.
• Niedostatecznie wypełniona wnęka z wklęsłą powierzchnią.Zużyta forma grafitowa lub ładunek proszku o zbyt małej wielkości w stosunku do przekroju przewodnika, który miał zostać wypełniony.
• Linia zamknięta na zimno, w której dwa fronty metalowe nie uległy stopieniu.Moment zapłonu był nieodpowiedni do temperatury formy — prawie zawsze tak było, ponieważ ekipa próbowała zapalić formę w chłodny poranek, tuż po wyjściu z klimatyzowanego magazynu.
• Warstwa spoiny połączona tylko z jednym z dwóch przewodników w zwrotnicy.Niewłaściwe ustawienie formy przy zamykaniu lub przesunięcie dysku proszkowego z otworu gwintowanego podczas zapłonu.

Gdy nauczysz się odczytywać te pięć mikrostruktur, rozwiązywanie problemów przestanie być domysłem. Reszta tego przewodnika omawia każdą przyczynę w kolejności, w jakiej badałbym ją na miejscu, wraz z krokiem weryfikacji, który potwierdza problem, zanim wytniesz choćby jedno połączenie.

Czy wilgoć jest prawdziwą przyczyną awarii spoiny termitowej?

Wilgoć jest przyczyną awarii, którą wymieniam na początku, ponieważ jest najczęstszą i najbardziej wybaczającą wymówką. Stopiona miedź z reakcji egzotermicznej ma temperaturę około 1083°C – temperaturę topnienia miedzi – i w momencie zetknięcia z wodą, woda ta gwałtownie wrze, zamieniając się w parę i zwiększając objętość około 1700 razy. Para przedostaje się z powrotem przez wciąż roztopiony metal spoiny, pozostawiając ślady pęcherzy, a spoina jest uszkodzona, zanim zdąży ostygnąć.Dochodzenia OSHA w sprawie incydentów związanych z operacjami spawania termitowego, ten pojedynczy mechanizm spowodował więcej obrażeń spowodowanych zapłonem i oparzeń załogi niż jakikolwiek inny błąd procesu egzotermicznego.

Powodem, dla którego to zjawisko zachodzi tak cicho, jest fakt, że wilgoć ma trzy ukryte miejsca, z których tylko jedno jest widoczne.

• Mokry proszek.Najczęstsza przyczyna awarii masowych. Proszek jest transportowany w szczelnie zamkniętych puszkach z pewnego powodu – po otwarciu puszki zawartość jest higroskopijna i w ciągu kilku godzin wchłania wilgoć z otoczenia w klimacie nadmorskim. Pojemnik, który „wygląda na suchy”, wcale nie jest suchy.
• Przewody wilgotne.Zarówno żyła miedziana, jak i stal pokryta miedzią zatrzymują wilgoć w przestrzeniach między żyłami. Kabel przechowywany na budowie bez przykrycia podczas ulewnego deszczu jest mokry od wewnątrz, nawet jeśli zewnętrzna strona wygląda na suchą, a powierzchnia osuszona palnikiem wchłonie wilgoć w ciągu kilku minut w wilgotnym powietrzu.
• Kondensacja na zimno.Forma grafitowa, wyjęta z klimatyzowanego magazynu o temperaturze 18°C ​​i wilgotności 85% rano, skrapla się na ściance formy, zanim ekipa umieści tam przewodnik. Następnie zalewanie zatrzymuje tę warstwę między ścianką formy a stopionym metalem.

Sekcja zwłok w Cebu w trzech linijkach

Połączenia Cebu zawiodły, ponieważ proszek leżał na deszczowym nabrzeżu, a ekipa otworzyła puszki rano w dniu zalania. Mimo to użyli proszku, ponieważ wyglądał na suchy – a spód stopki, na każdym uszkodzonym połączeniu, ukazywał dokładnie taki sam wzór skupisk pęcherzyków powietrza, jaki pozostawia po sobie para wodna. 20-minutowa kontrola osuszaczem trzech wkładów przed zalaniem pozwoliłaby na wychwycenie całej partii, a ekipa wiedziałaby, że należy poddać resztę kwarantannie.

Czy Twoja forma grafitowa jest zużyta tak bardzo, że nie nadaje się do uczciwego serwisowania?

Z tego powodu dostawcy radzą sobie najgorzej, ponieważ przyczyna awarii jest niewidoczna dla kupującego, a liczbę cykli zna tylko dostawca.Materiały informacyjne dotyczące produktów Cadweld firmy nVent ERICOocenia formy grafitowe na około 50 do 100 cykli serwisowych, a na naszej linii oceniamy naszeformy do spawania termitowegoprzy tych samych 50 do 100 cyklach, przy 80 do 100 połączeniach w normalnym użytkowaniu w terenie. Po tym czasie wnęka ulega erozji na tyle, że otwór gwintowy nie dozuje już stopionego metalu do połączenia.

Prawdziwym sygnałem zużytej formy nie jest widoczne pęknięcie – to ścieg spoiny, który traci swój kształt poduszki i zaczyna się wgłębiać w środku. Nowa forma wytwarza ścieg, który delikatnie wypukły jest nad przewodnikiem, ponieważ ładunek prochu nieznacznie przepełnia wnękę, a nadmiar spoiny wnika do nadlewu. Zużyta forma wypełnia się niedostatecznie, ponieważ wnęka powiększyła się na tyle, że ten sam ładunek prochu nie ma już nadmiaru, aby się wypukły. Ekipa kompensuje to, dodając prochu, który następnie przegrzewa wnękę i przyspiesza zużycie – pętla sprzężenia zwrotnego, która wymaga około dwudziestu nieudanych odlewów, aby całkowicie zniszczyć formę.

Jak ocenić formę, której nie kupiłeś u nas

Jeśli odziedziczyłeś formy od innego dostawcy, porównaj jedną z formą o tej samej geometrii, znaną z dobrych materiałów. Forma grafitowa traci około 3 do 8 gramów na cykl z powodu erozji termicznej i czyszczenia; forma o 50 gramów mniejsza od początkowej wagi przeszła więcej cykli, niż pozwala na to jej wartość znamionowa. Po drugie, sprawdź kształt ściegu spoiny po ostatnich pięciu wylewach – jeśli którykolwiek z nich jest wklęsły do ​​wewnątrz, forma przekroczyła już dopuszczalny okres użytkowania.Norma IEEE 837-2014, w ramach kwalifikacji stałych połączeń uziemiających podstacji, geometria wnęki spawalniczej jest częścią dowodów kwalifikacyjnych — zatem zużyta forma nie jest tylko ryzykiem jakościowym, ale także ryzykiem zgodności z normą, według której zostało określone połączenie.

Czy zbyt mały ładunek prochu może dyskretnie podważać spoiny?

Nie bez powodu proch sprzedawany jest w standardowych rozmiarach nabojów.Ponieważ stosunek masy proszku do masy miedzi jest zmienną decydującą o tym, czy reakcja wytworzy wystarczająco dużo ciepła, aby całkowicie stopić przekrój przewodnika, zbyt mały rozmiar wkładu powoduje powstanie połączenia, które jest stałe na zewnątrz, ale nie jest odpowiednio stopione na styku przewodnika.Koralik wygląda dobrze. Rezystancja ujawnia się po sześciu miesiącach, gdy złącze nagrzewa się pod wpływem pierwszego prądu zwarciowego.

Prawdziwa wersja tej usterki polega na tym, że ekipy czasami wymieniają wkład na mniejszy, gdy brakuje odpowiedniego rozmiaru, zakładając, że „mniej więcej tyle samo metalu”. Nieuczciwa wersja polega na tym, że niektórzy dostawcy sprzedają wkład nr 115 w cenie nr 150, ponieważ w formularzu zamówienia wykonawcy podano „przekrój kabla do kabla 50 mm²”, nie podając pełnej pary przewodów. Oba kończą się tym samym połączeniem: pięknym zgrubieniem, ukrytą mikroprzerwą przy przewodzie i rezystancją, która rośnie z roku na rok.

Czy skróty w przygotowaniu przewodów są ukrytą przyczyną powstawania złączy o dużej rezystancji?

Widziałem, jak ekipy spędzały dwadzieścia minut na czyszczeniu widocznej części miedzianego pasma, pomijając sekcję, która wchodzi do wnęki formy, ponieważ w specyfikacji napisano „czyszczenie do błyszczącego metalu”, nie precyzując, w jaki sposób.Ponieważ wiązanie tworzy się na powierzchni przewodzącej, która znajduje się wewnątrz wnęki w momencie zalewania, zanieczyszczona sekcja pod wnęką tworzy połączenie, które jest metalurgicznie ciągłe na zewnątrz i pokryte warstwą tlenku od wewnątrz.

Najczęstszym zanieczyszczeniem, jakie widzę podczas demontażu kryminalistycznego, nie jest brud, lecz odcisk palca. Ekipa dotykająca sekcji przewodzącej, która wchodzi do formy, pozostawia cienką warstwę oleju na skórze, a stopiona miedź nie może się przez nią przedostać i stopić z metalem bazowym. Rezultatem jest połączenie z ciągłą warstwą tlenku między spoiną a przewodnikiem, a warstwa tlenku to dokładnie ten rodzaj interfejsu, który NUREG-1800 dokumentuje jako ścieżkę degradacji pod wpływem cykli termicznych.

• Do każdego materiału przewodzącego należy używać specjalnej, ostrej szczotki stalowej — do miedzi, stali miedziowanej i ocynkowanej potrzebne są własne szczotki.
• Wyczyść wyczyszczoną część za pomocą bezpyłowej ściereczki zwilżonej alkoholem izopropylowym, nie przecieraj jej ręką w rękawiczkach.
• Jeżeli przewodnik znajduje się na otwartym powietrzu dłużej niż 15 minut przed zalaniem, należy go ponownie wyczyścić, ponieważ świeża miedź szybko ulega utlenianiu w atmosferze nadmorskiej i przemysłowej.
• Od tego momentu trzymaj wyczyszczony fragment czystymi szczypcami lub czystą szmatką — unikaj kontaktu ze skórą.

Czy przyczyną usterek podczas porannej zmiany jest nieprawidłowa synchronizacja zapłonu?

Tego powodu nikt nie podaje na piśmie, ponieważ brzmi to raczej jak błąd operatora niż błąd procesu. W rzeczywistości reakcja egzotermiczna jest dostosowana do określonej osłony termicznej, a forma, której temperatura w momencie zapłonu wynosi poniżej około 25°C, zachowuje się inaczej niż forma wstępnie podgrzana. Proszek wyjściowy zapala się, front reakcji rozchodzi się po wsadzie, ale stopiona miedź oddaje ciepło do zimnego grafitu szybciej, niż reakcja jest w stanie je uzupełnić, a metal dociera do wnęki przewodnika poniżej temperatury stopienia. Stop nadal się formuje. Stopienie jest niepełne.

Jest to problem występujący głównie na porannej zmianie w miejscach o klimacie umiarkowanym lub zimnym, a w miejscach tropikalnych, gdzie ekipy wstępnie schładzają formy w klimatyzowanych magazynach, aby je „zachować”, występuje głównie na popołudniowej zmianie. Oba te nawyki powodują ten sam schemat uszkodzeń: linię zimnego zamknięcia, gdzie dwa fronty metalu stykają się, ale nie łączą całkowicie, widoczną na przekroju poprzecznym jako ostra nieciągłość w strukturze ziarna, równoległa do ścianki komory.

Lista kontrolna do celów kryminalistycznych: Co zrobić, gdy połączenie ulegnie awarii podczas rozruchu

W przypadku awarii złącza w dniu zalewania, należy przeprowadzić dochodzenie w następującej kolejności. Pierwsze trzy kontrole trwają mniej niż godzinę na miejscu i rozwiązują około 80% awarii połączeń wielozłączowych bez konieczności wycinania czegokolwiek.

1. Sprawdź historię partii proszku.Kiedy dostarczono proszek, jak był przechowywany i czy puszki były otwierane przed rozlaniem? Każda odpowiedź „tak” wskazuje na wilgoć (przyczyna 1).
2. Wyciągnij kłodę formy.Ile cykli wykonała forma? Porównaj z wartością znamionową 50–100 cykli. Każda forma, która przekroczyła tę wartość znamionową, jest wymieniana przed kolejnym zalaniem (przyczyna 2).
3. Sprawdź, czy rozmiar proszku jest zgodny z tabelą przewodów.Dopasuj rozmiar wkładu na każdej puszce do kombinacji przewodów na złączu. Niedopasowane elementy należy uzupełnić, wlewając właściwy wkład (przyczyna 3).
4. Zbadaj trzy uszkodzone połączenia na przekroju poprzecznym.Cięcie piłą taśmową i polerowanie wystarczają do zidentyfikowania wzorów pęcherzy (przyczyna 1), warstw tlenków (przyczyna 4), niedopełnienia (przyczyny 2 i 3) lub linii zamykania na zimno (przyczyna 5).
5. Mapuj błędy w odniesieniu do kolejności wylewania.Awarie skupione na początku zmiany prawie zawsze wskazują na przyczynę 5 (zimna forma). Awarie skupione na końcu partii proszku wskazują na przyczynę 1 (mokry proszek). Awarie rozłożone równomiernie w ciągu zmiany wskazują na przyczynę 2 lub 4.

Jeśli awarie przejdą wszystkie pięć kontroli, problem prawie na pewno leży w środowisku – w składzie chemicznym gleby, prądach błądzących lub korozji galwanicznej, która znajduje miejsce styku spoiny – i rozmowa musi przenieść się z procesu na projekt. Ta dyskusja to temat na osobny artykuł.

Dyscyplina ponownego zalewania: cięcie, a nie ponowne spawanie na miejscu

Po uszkodzeniu złącza, jedyną prawidłową naprawą jest nacięcie poza strefą wpływu ciepła i ponowne przygotowanie przewodu od podstaw. Wylanie świeżego metalu spoiny na uszkodzone złącze nie zapewnia niezawodnego zespolenia nowego metalu ze starym, ponieważ pierwotny interfejs uformował już własną metalurgię, a każda uwięziona porowatość staje się miejscem zarodkowania dla kolejnego uszkodzenia. Nacięcie powinno obejmować co najmniej 50 mm czystego przewodu po każdej stronie pierwotnego złącza, nowa forma powinna mieścić się w ramach limitu cykli, a partia proszku powinna pochodzić ze świeżo otwartej, zweryfikowanej i suchej puszki.

Drugie wylewanie to również właściwy moment na modernizację formy, jeśli awaria wskazywała na jej zużycie. Wysyłamy naszeformy do spawania egzotermicznegoz seryjnym dziennikiem cyklu, dzięki któremu kupujący mogą śledzić historię każdej formy w całym projekcie, a ten sam dziennik powinien być przechowywany z każdą formą przemieszczającą się między placami budowy. Forma, której nie można rozliczyć, to forma, której nie można ufać.

Jak przeprowadzić audyt obecnego dostawcy, nie obrażając nikogo

Większość rozmów, które odbieram w tej sprawie, nie zaczyna się od awarii. Zaczynają się od kupującego, który właśnie został poproszony o zakwalifikowanie nowego dostawcy, albo od inżyniera, który odziedziczył proces, którego nie zaprojektował, i chce wiedzieć, jakie pytania zadać przed kolejną awarią. Szczerze mówiąc, prawie każdy dostawca może dostarczyć formę, która działa w dniu zalania. Trudniejsze pytanie brzmi, czy potrafią udokumentować, dlaczego ich produkt zadziałał, i czy będą mieli prawo do odpowiedzi, gdy tak się nie stanie.

W tym konkretnym zestawie problemów prawdziwe źródło od dostawcy obniżającego ceny odróżniają trzy pytania. Przeprowadziłbym każdego kupującego przez wszystkie z nich w podanej kolejności.

1. „Pokaż mi szablon dziennika cyklu pleśni”.Dostawca, który monitoruje cykle, to dostawca, który wie, że formy się zużywają. Dostawca, który tego nie robi, jest o krok od tego, by Twój problem stał się jego problemem.
2. „Jaka jest identyfikowalność partii proszku?”Każda puszka powinna mieć numer partii, datę produkcji i wskaźnik szczelnego opakowania. Dostawca, który przepakowuje proszek luzem do nieoznakowanych puszek, stwarza ryzyko wilgoci w puszce.
3. „Jakie jest Pana stanowisko w sprawie wymiany nabojów o zbyt małych rozmiarach?”Szczera odpowiedź brzmi: „odmówimy realizacji zamówienia, dopóki nie potwierdzisz rozmiaru przewodnika”. Niebezpieczna odpowiedź brzmi: „możemy wysłać mniejszą puszkę jeszcze dziś”.

Zbudowaliśmy naszą dokumentację eksportową wokół tych trzech pytań, ponieważ to właśnie do nich ciągle powracają nasze własne dochodzenia w sprawie awarii. To również pytania, które sam bym sobie zadał, gdybym był kupującym.

Diagnostyka uszkodzeń spawów — wybierz objaw, który widzisz w terenie

Zanim wytniesz choćby jedno złącze, przeprowadź diagnostykę. Wybierz objaw, który odpowiada temu, co faktycznie widzisz na miejscu – wizualny, elektryczny lub w schemacie czasowym – a narzędzie zmapuje go do najbardziej prawdopodobnej z pięciu powyższych przyczyn, poda prawidłowy odczyt i wymieni natychmiastowe kroki do podjęcia przed kolejnym zalaniem. To ten sam schemat decyzyjny, który przedstawiam klientowi przez telefon, gdy dzwonię z informacją o awarii.

Często zadawane pytania dotyczące nieudanych spoin egzotermicznych

Jane Yang· Kierownik sprzedaży, Xinchang Shibang New Material Co., Ltd.
12 lat doświadczenia w handlu zagranicznym w zakresie ochrony odgromowej i uziemienia · 17 lat produkcji fabrycznej stoi za każdym zaleceniem.
LinkedIn · Facebook · X