Руководство для полевого бригадира понеудачные экзотермические сварные швы— пять причин возникновения дефекта в процессе сварки, пошаговая диагностика и интерактивная диагностика причин отказа сварного шва, которую можно запустить перед тем, как что-либо вырезать.

Три недели назад подрядчик из Себу прислал мне фотографии в 23:00 по местному времени. За предыдущий квартал на заземляющей сети подстанции 33 кВ было залито 200 экзотермических соединений. Ввод в эксплуатацию был запланирован на следующее утро. Половина соединений выглядела идеально. На другой половине вдоль выхода проводника были микроскопические отверстия, а сопротивление составляло от 600 до 900 микроом, в то время как на исправной половине оно было в пределах 30-50 микроом. Поставщик, а не мы, доставил...сварочный металлический порошокНа судне, которое три дня стояло у причала в Маниле под проливным дождем. Никто не открыл ни одной гильзы, чтобы проверить ее.

Этот звонок и послужил поводом для написания этой статьи. После 17 лет работы на станках.экзотермические сварочные формыЧто касается зарубежных покупателей — и 12 лет наблюдения за их отчетами о вводе в эксплуатацию — я перестал верить в внезапные поломки. То, что выглядит внезапным, почти всегда является ошибкой в ​​процессе, которую никто не заметил, потому что в технической документации не было указано, на что обращать внимание. Вот что я теперь отправляю каждому подрядчику, который звонит мне с «загадочной» поломкой, в том порядке, в котором я объясняю им это на объекте.

Почему неудачная термитная сварка почти никогда не приводит к таким последствиям, как вы думаете.

В первую очередь мне приходится оспаривать состояние каркаса, потому что от него зависит каждое решение, принимаемое бригадой при устранении неполадок. Когда подрядчик звонит мне с сообщением о «неудачном сварном шве», я задаю один вопрос, прежде чем задать что-либо еще:Проходило ли соединение когда-либо испытание на сопротивление, или оно не прошло проверку при вводе в эксплуатацию с первой же попытки измерения?Ответ меняет всё, потому что соединение, изношенное в процессе эксплуатации, и соединение, дефектное с самого начала заливки бетона, — это две совершенно разные проблемы с двумя совершенно разными первопричинами.

Согласно литературе по управлению старением подземных электрических соединений, на которую ссылаются американские энергетические компании (NUREG-1800, типовой отчет об уроках, извлеченных из старения, используемый для обоснования продления срока службы оборудования на десятилетия), документированными механизмами деградации любого подземного соединения являются термические циклы, омический нагрев, вибрация и коррозия — и в отчете четко указано, что эти механизмы действуют на поверхности раздела.Экзотермическая сварка не имеет границы раздела с возрастом.Потому что в процессе реакции проводники и расплавленная медь образуют единый цельный металлический кусок. Поэтому, когда правильно залитое экзотермическое соединение выходит из строя в процессе эксплуатации, разрушение почти никогда не происходит в самом сварочном шве — оно происходит в участке проводника, до которого сварной шов фактически не доходил, или в микрозазоре, образовавшемся в результате термических циклов из-за неправильной загрузки порошка в день заливки.

Как на самом деле выглядит «дефект, возникший в день заливки» при проведении криминалистической экспертизы.

Двести трещин в Себу научили меня одной закономерности, которая сохраняется практически при каждом разрушении нескольких трещин, которые я наблюдал с тех пор. Когда мы разрезаем разрушенную трещину и полируем поперечное сечение, мы видим одну из пяти повторяющихся микроструктур, и каждая из них четко соответствует одной из пяти причин процесса, описанных в остальной части этой статьи:

• Вблизи поверхности проводника скопились газовые пузырьки.Пар образуется из-за скопившейся влаги — чаще всего это влажный порошок, иногда влажный проводник, изредка — конденсат в холодной форме.
• Оксидная ламинация, параллельная оси проводника.Загрязнение между проводником и сварным швом — масло от отпечатка пальца, остаточный оксид от плохо очищенного кабеля или пленка разделительного агента от формы, которая не была предварительно нагрета.
• Недозаполненная полость с вогнутой поверхностью валика.Износ графитовой формы сверх необходимого количества циклов, или же размер порохового заряда оказался меньше, чем предполагалось для заполнения сечения проводника, который должна была заливать отливка.
• Линия холодного пересечения, где два металлических фронта не сплавились.Время воспламенения было выбрано неправильно относительно температуры формы — почти всегда это происходило из-за того, что бригада пыталась воспламенить форму, взятую прямо из кондиционированного помещения холодным утром.
• Сварной шов, припаянный только к одному из двух проводников в кроссовере.Смещение пресс-формы при закрытии или смещение порошкового диска со штамповочного отверстия во время зажигания.

Как только вы научитесь читать эти пять микроструктур, обсуждение причин неполадок перестанет быть гаданием. В остальной части этого руководства рассматривается каждая причина в том порядке, в котором я бы исследовал ее на месте, с этапом проверки, который подтверждает ее до того, как вы вырежете хотя бы одно соединение.

Действительно ли влага является истинной причиной разрушения термитной сварки?

В качестве причины поломки я начинаю с влаги, потому что это наиболее распространенное и наименее прощающее оправдание. Расплавленная медь, образовавшаяся в результате экзотермической реакции, имеет температуру примерно 1083 °C — температуру плавления меди — и в момент контакта с водой эта вода мгновенно закипает, превращаясь в пар, и увеличивается в объеме примерно в 1700 раз. Пар пробивается сквозь еще расплавленный металл сварного шва, оставляя за собой след из газовых газов, и соединение разрушается еще до того, как успевает остыть.Расследования OSHA инцидентов, связанных с термосваркой.Этот единственный механизм стал причиной большего количества травм от возгорания и ожогов среди персонала, чем любая другая ошибка в экзотермическом процессе.

Причина, по которой это происходит так незаметно, заключается в том, что у влаги есть три скрытых места, и только одно из них очевидно.

• Влажный порошок.Наиболее распространенная причина брака при оптовой закупке пороха. Порох поставляется в герметичных банках не просто так — после вскрытия банка ее содержимое становится гигроскопичным и в течение нескольких часов в прибрежных районах начинает поглощать влагу окружающей среды. Патрон, который «выглядит сухим», на самом деле не сухой.
• Влажные проводники.Как медные жилы, так и стальные жилы с медным покрытием удерживают влагу в промежутках между жилами. Кабель, хранившийся без укрытия на месте во время дождя, внутри остается влажным, даже если снаружи выглядит сухим, а поверхность, высушенная горелкой, впитает влагу в течение нескольких минут во влажном воздухе.
• Конденсация в холодной форме.Графитовая форма, извлеченная из кондиционированного помещения при температуре 18 °C в утро с температурой 32 °C и влажностью 85 %, еще до установки проводника на стенке полости сконденсирует тонкую пленку воды. Затем эта пленка задерживается между стенкой формы и расплавленным металлом в процессе заливки.

Вскрытие событий на Себу в трех строках

Швы на верфи в Себу не выдержали, потому что порошок лежал на залитом дождем причале, и бригада открыла банки утром в день заливки. Тем не менее, они использовали порошок, потому что он выглядел сухим — и на обратной стороне каждого невыполненного шва был виден точно такой же рисунок скоплений пузырьков, который остается после воздействия пара, вызванного влагой. 20-минутная проверка осушителя на трех пробных картриджах перед заливкой позволила бы выявить всю партию, и бригада знала бы, что нужно изолировать остальное.

Износ вашей графитовой формы исчерпан сверх установленного срока службы?

Это причина, по которой поставщики справляются с ситуацией хуже всего, поскольку характер отказа невидим для покупателя, а количество циклов обработки известно только поставщику.Техническая документация на продукцию Cadweld от nVent ERICOГрафитовые формы рассчитаны примерно на 50-100 циклов эксплуатации, и на нашей линии мы оцениваем их ресурс примерно в 50-100 циклов.формы для термитной сваркиПри тех же 50-100 циклах и 80-100 соединениях в условиях обычной эксплуатации. После этого полость разрушается настолько, что отверстие для выпуска расплавленного металла перестает чисто подавать его в соединение.

Наглядным признаком износа формы является не видимая трещина, а потеря сварным швом своей подушкообразной формы и начало его вдавливания внутрь в центре. Новая форма формирует шов, плавно переходящий в куполообразную форму над проводником, потому что заряд порошка немного переполняет полость, и излишки свариваются в стояк. Изношенная форма недополняется, потому что полость увеличилась настолько, что того же заряда порошка больше не хватает для образования купола. Бригады компенсируют это, добавляя порошок, который затем перегревает полость и ускоряет износ — замкнутый круг, в котором для полного разрушения формы требуется около двадцати неудачных заливок.

Как оценить качество пресс-формы, которую вы приобрели не у нас.

Если вы получили формы от другого поставщика, сравните одну из них с заведомо исправной формой той же геометрии. Графитовая форма теряет от 3 до 8 граммов за цикл из-за термической эрозии и очистки; форма, вес которой на 50 граммов меньше начального, прошла больше циклов, чем позволяет ее номинальная мощность. Во-вторых, посмотрите на форму сварного шва за последние пять отливок — если какой-либо из них деформировался внутрь, значит, форма вышла за пределы своего допустимого рабочего диапазона.Стандарт IEEE 837-2014В рамках квалификационной системы для постоянных заземляющих соединений подстанций геометрия сварочной полости является частью квалификационных доказательств — поэтому изношенная форма представляет собой не только риск для качества, но и риск несоответствия стандарту, которому было соответствует соединение.

Может ли недостаточный заряд пороха незаметно ухудшать качество сварных швов?

Порох выпускается в картриджах стандартных размеров не просто так.Поскольку соотношение массы порошка к массе меди является переменной, определяющей, выделяет ли реакция достаточно тепла для полного расплавления поперечного сечения проводника, уменьшение размера картриджа приводит к образованию соединения, которое застывает снаружи, но недостаточно сплавляется на границе раздела с проводником.Бусина выглядит нормально. Реальную картину выдает сопротивление, которое становится ясно через шесть месяцев, когда соединение нагревается под воздействием первого тока короткого замыкания.

Честно говоря, причина этой проблемы в том, что бригады иногда заменяют картридж на меньший, когда нужного размера нет в наличии, полагая, что «количество металла примерно одинаковое». Нечестно же, некоторые поставщики продают картридж № 115 по цене картриджа № 150, потому что в бланке заказа подрядчика указано «кабель-кабель 50 мм²», без указания полной пары проводников. В итоге получается одно и то же соединение: красивый шов, скрытый микрозазор у проводника и сопротивление, которое увеличивается из года в год.

Являются ли небрежная подготовка проводников скрытой причиной образования соединений с высоким сопротивлением?

Я видел, как бригады тратили двадцать минут на очистку видимой части медной проволоки, пропуская участок, который находится внутри полости формы, потому что в технической документации указано «чистый до блестящего металла», но не указано, как именно это должно происходить.Поскольку соединение образуется на поверхности проводника, находящейся внутри полости в момент заливки, загрязненный участок под полостью создает металлургически сплошное соединение снаружи и оксидно-ламинированное внутри.

Наиболее распространенное загрязнение, которое я вижу при разборке металлоконструкций, — это не грязь, а отпечаток пальца. Рабочие прикасаются к проводниковой части, которая помещается в форму, оставляя на коже тонкую масляную пленку, и расплавленная медь не может пропитать эту пленку и сплавиться с основным металлом. В результате образуется соединение с непрерывной оксидной плоскостью между сварочным металлом и проводником, а оксидная плоскость — это именно тот тип границы раздела, который в стандарте NUREG-1800 описан как путь деградации при термических циклах.

• Для каждого материала проводника используйте отдельную острую стальную щетку — для меди, стали с медным покрытием и оцинкованной стали необходима своя щетка.
• Протрите очищенный участок безворсовой тканью, смоченной изопропиловым спиртом, а не рукой в ​​перчатке.
• Если проводник находился на открытом воздухе более 15 минут перед заливкой, его следует повторно очистить, поскольку свежая медь быстро окисляется в прибрежной и промышленной атмосфере.
• В дальнейшем держите очищенный участок чистыми плоскогубцами или чистой тканью — избегайте контакта с кожей.

Причиной поломок вашей машины в утреннюю смену является неправильное время зажигания при низкой температуре?

Причина, которую никто не описывает, звучит скорее как ошибка оператора, чем как ошибка процесса. В действительности экзотермическая реакция настроена на определенный температурный диапазон, и форма, температура которой в момент воспламенения ниже примерно 25 °C, ведет себя иначе, чем предварительно нагретая. Исходный порошок воспламеняется, фронт реакции распространяется по заряду, но расплавленная медь теряет тепло в холодный графит быстрее, чем реакция может его восполнить, и металл достигает полости проводника ниже температуры плавления. Валик все еще образуется. Плавление неполное.

В большинстве случаев это проблема утренней смены на предприятиях с умеренным или холодным климатом и проблема вечерней смены на предприятиях с тропическим климатом, где бригады предварительно охлаждают свои формы в кондиционируемых помещениях для их «сохранения». В обоих случаях возникает один и тот же характер разрушения: линия холодного смыкания в месте соприкосновения двух металлических фронтов, которые не полностью сплавились, видимая на поперечном сечении как резкий разрыв в структуре зерен, параллельный стенке полости.

Контрольный список для судебно-экспертной оценки: что делать, если совместный объект не прошел пусконаладочные работы.

Если при вводе в эксплуатацию стык бетона выходит из строя, проведите обследование в следующем порядке. Первые три проверки займут менее часа на объекте и устранят примерно 80% случаев поломок нескольких стыков без необходимости демонтажа каких-либо элементов.

1. Проверьте историю партий порошка.Когда был доставлен порошок, как он хранился и были ли открыты какие-либо банки перед засыпанием? Любой ответ «да» указывает на наличие влаги (Причина 1).
2. Извлеките бревно из плесени.Сколько циклов отработала форма? Сравните с показателем 50–100 циклов. Любая форма, превышающая свой ресурс, заменяется перед следующей заливкой (Причина 2).
3. Проверьте размер частиц порошка по спецификации проводника.Подберите размер картриджа на каждой банке в соответствии с комбинацией проводников на соединении. При несоответствии картридж будет залит правильным (Причина 3).
4. Осмотрите три поврежденных соединения на поперечном сечении.Для выявления дефектов, таких как образование газовых пор (Причина 1), расслоение оксидов (Причина 4), недозаполнение (Причины 2 и 3) или линии холодного смыкания (Причина 5), достаточно распила ленточной пилой и полировки.
5. Сопоставьте данные о повреждениях с последовательностью заливки.Скопления неисправностей в начале смены почти всегда указывают на причину 5 (холодная плесень). Скопления неисправностей в конце партии порошка указывают на причину 1 (влажный порошок). Равномерное распределение неисправностей по всей смене указывает на причины 2 или 4.

Если дефекты проходят все пять проверок, проблема почти наверняка связана с окружающей средой — химический состав почвы, блуждающие токи или гальваническая коррозия, возникающая на границе раздела, оставленной сварным швом, — и разговор должен перейти от технологического процесса к проектированию. Этот разговор заслуживает отдельной статьи.

Принципы повторной заливки: сокращение объемов работ, а не повторная сварка на месте.

После разрушения соединения единственным правильным способом ремонта является удаление части металла за пределы зоны термического воздействия и повторная подготовка проводника с нуля. Заливка свежего сварочного металла поверх разрушенного соединения не обеспечивает надежного сплавления нового металла со старым, поскольку исходный интерфейс уже сформировал свою собственную металлургическую структуру, и любая захваченная пористость становится центром зарождения следующего разрушения. Удаление части металла должно составлять не менее 50 мм чистого проводника с каждой стороны от исходного соединения, новая форма должна находиться в пределах допустимого количества циклов, а порошковая смесь должна быть из свежеоткрытой, проверенной на сухость банки.

Повторная заливка также является подходящим моментом для модернизации формы, если причиной неисправности стал износ формы. Мы отправляем наши изделия.экзотермические сварочные формыС помощью журнала учета циклов, ведущегося в хронологическом порядке, покупатели могут отслеживать историю каждой пресс-формы в рамках проекта, и этот же журнал должен передаваться с любой пресс-формой, перемещающейся между объектами. Пресс-форме, которую вы не можете учесть, нельзя доверять.

Как провести аудит текущего поставщика, никого не оскорбив.

Большинство звонков, которые я принимаю по этой теме, начинаются не с неудачи. Они начинаются с покупателя, которого только что попросили оценить нового поставщика, или с инженера, которому достался процесс, который он не проектировал, и он хочет знать, какие вопросы задать до следующей неудачи. Честно говоря, суть этого разговора в том, что почти каждый поставщик может отгрузить пресс-форму, которая работает в день заливки. Более сложный вопрос заключается в том, могут ли они документально подтвердить, почему их продукт сработал, и будут ли они нести ответственность, когда он окажется неисправным.

Три вопроса отличают настоящего поставщика от продавца, предлагающего скидку, по данному конкретному набору проблем, и я бы посоветовал каждому покупателю ответить на них в таком порядке.

1. «Покажите мне свой шаблон журнала цикла плесени».Поставщик, отслеживающий количество циклов формования, знает, что пресс-формы изнашиваются. Поставщик, который этого не делает, находится всего в одном шаге от того, чтобы ваша проблема стала его проблемой.
2. «Какова ваша система отслеживания партий порошковых продуктов?»На каждой банке должен быть указан номер партии, дата изготовления и индикатор герметичности упаковки. Поставщик, переупаковывающий порошок в банки без маркировки, представляет опасность попадания влаги внутрь банки.
3. «Какова ваша позиция по вопросу замены патронов на патроны меньшего калибра?»Честный ответ: «Мы отказываемся от заказа, пока вы не подтвердите размер проводника». Опасный ответ: «Мы можем отправить сегодня же контейнер меньшего размера».

Мы построили нашу экспортную документацию вокруг этих трех вопросов, потому что именно к ним постоянно возвращаются наши собственные расследования причин сбоев. Это также те вопросы, которые я бы задал нам, будь я покупателем.

Диагностика причин разрушения сварного шва — выберите симптом, который вы наблюдаете на месте происшествия.

Прежде чем вырезать хотя бы один стык, проведите эту диагностику. Выберите симптом, который соответствует тому, что вы видите на месте — визуальный, электрический или временной — и инструмент сопоставит его с наиболее вероятной из пяти причин, указанных выше, даст вам оценку достоверности и перечислит необходимые шаги перед следующей заливкой. Это та же самая схема принятия решений, которую я объясняю покупателю по телефону, когда поступает звонок о неисправности.

Часто задаваемые вопросы о неудачных экзотермических сварных швах

Джейн Янг• Менеджер по продажам, компания Xinchang Shibang New Material Co., Ltd.
12 лет опыта в сфере внешней торговли системами молниезащиты и заземления · 17 лет производственного опыта, лежащего в основе каждой рекомендации.
LinkedIn · Фейсбук · X