Посібник польового бригадираневдалі екзотермічні зварні шви— п’ять причин процесу, покрокова інструкція з діагностики та інтерактивна діагностика пошкоджень зварного шва, яку можна виконати, перш ніж щось вирізати.

Три тижні тому о 23:00 за місцевим часом підрядник із Себу надіслав мені фотографії. У попередньому кварталі на заземлювальній сітці підстанції 33 кВ було залито двісті екзотермічних з'єднань. Введення в експлуатацію відбулося наступного ранку. Половина з'єднань виглядала ідеально. Інша половина мала мікропори вздовж виходу провідника та вимірювала опір від 600 до 900 мікроомів, тоді як на іншій половині він становив від 30 до 50 мікроомів. Постачальник, а не ми, поставив...порошок зварного металуна судні, яке простояло на манільському причалі під час трьох днів дощу. Ніхто не відкрив жодного картриджа, щоб перевірити.

Цей дзвінок і став причиною цієї статті. Після 17 років обробкиекзотермічні зварювальні формидля іноземних покупців — і 12 років спостереження за їхніми звітами про введення в експлуатацію — я перестав вірити в раптові збої. Те, що виглядає раптовим, майже завжди є технологічною помилкою, на яку ніхто не помітив, бо в технічному описі не було вказано, що потрібно її перевіряти. Ось що я тепер надсилаю кожному підряднику, який телефонує мені з «таємничою» невдачею, у порядку, в якому я розповідаю їм про це на об'єкті.

Чому невдалий термітний зварний шов майже ніколи не виходить з ладу так, як ви думаєте

Спочатку мені потрібно перевірити структуру, оскільки вона впливає на кожне рішення бригади щодо усунення несправностей. Коли підрядник телефонує мені з «невдалим зварним швом», я ставлю одне питання, перш ніж запитати щось інше:Чи проходило це з'єднання коли-небудь випробування на опір, чи воно вийшло з ладу під час першого вимірювання під час введення в експлуатацію?Відповідь змінює все, тому що з'єднання, яке деградувало під час експлуатації, і з'єднання, яке виявилося дефектним з моменту заливки, – це дві абсолютно різні проблеми з двома абсолютно різними першопричинами.

Згідно з літературою з управління старінням підземних електричних з'єднань, на яку посилаються комунальні підприємства США (NUREG-1800, звіт про загальні уроки старіння, що використовується для обґрунтування десятиліть продовження терміну служби електростанцій), задокументованими механізмами деградації будь-якого підземного з'єднання є термоциклування, омічний нагрів, вібрація та корозія, і у звіті чітко зазначено, що ці механізми діють на межі розділу.екзотермічний зварний шв не має інтерфейсу зі старінням, оскільки провідники та розплавлена ​​мідь під час реакції стають одним суцільним металевим шматком. Тому, коли правильно залите екзотермічне з'єднання виходить з ладу під час експлуатації, поломка майже ніколи не виникає в самому зварному металі — вона виникає в ділянці провідника, до якої зварний шов фактично не дійшов, або в мікрозазорі від термоциклування, який залишив зварний шов, оскільки порох був неправильно підібраний у день заливки.

Як насправді виглядає «дефект дня заливки» під час судово-медичного розбирання

Двісті суглобів Себу навчили мене одній закономірності, яка дотримується приблизно кожного багатосуглобового руйнування, яке я проходив з того часу. Коли ми розрізаємо зламане суглобове з'єднання та поліруємо його поперечний переріз, ми бачимо одну з п'яти повторюваних мікроструктур, і кожна з них чітко відповідає одній з п'яти причин процесу, описаних у решті цієї статті:

• Дихала скупчувалися біля поверхні провідника.Пара від захопленої вологи — найчастіше вологого порошку, іноді вологого провідника, зрідка конденсату в холодній формі.
• Оксидна шаруваність, паралельна осі провідника.Забруднення між провідником і зварним металом — олія від відбитка пальця, залишковий оксид від погано очищеного кабелю або плівка розділового агента з форми, яка ніколи не була попередньо нагріта.
• Недостатньо заповнена порожнина з опуклою поверхнею у вигляді намистини.Графітова форма, зношена до закінчення терміну служби, або пороховий заряд, розмір якого замалий для поперечного перерізу провідника, який мала заповнити залита форма.
• Холоднозакрита лінія, де два металеві фронти не злилися.Момент запалювання був неправильним для температури форми — майже завжди тому, що бригада намагалася запалити форму прямо з кондиціонованого складу холодного ранку.
• Зварний шов, з'єднаний лише з одним з двох провідників у кросовері.Зміщення форми під час закриття або зміщення порошкового диска з льоткового отвору під час запалювання.

Щойно ви навчитеся розпізнавати ці п'ять мікроструктур, розмова про усунення несправностей перестане бути здогадками. Решта цього посібника розглядає кожну причину в тому порядку, в якому я б досліджував на місці, з кроком перевірки, який доводить це, перш ніж ви виріжете один стик.

Чи є волога справжнім винуватцем невдалого термітного зварювання?

Волога – це причина невдачі, яку я наводжу спочатку, оскільки це найпоширеніше та найпоблажливіше виправдання. Розплавлена ​​мідь, що утворюється в результаті екзотермічної реакції, має температуру приблизно 1083 °C – точку плавлення міді – і в момент зустрічі з водою ця вода миттєво закипає, перетворюючись на пару, і розширюється приблизно в 1700 разів в об'ємі. Пара проходить назад через ще розплавлений метал шва, залишаючи сліди з отворів, і з'єднання руйнується ще до того, як воно охолоне.Розслідування OSHA щодо інцидентів, пов'язаних з операціями термітного зварювання, цей єдиний механізм спричинив більше травм від займання та опіків екіпажу, ніж будь-яка інша екзотермічна помилка процесу.

Причина, чому це так непомітно не працює, полягає в тому, що волога має три схованки, і лише одна з них очевидна.

• Вологий порошок.Найпоширеніша причина невдач при вантаженні великої кількості. Порошок постачається в герметичних банках не просто так — після відкриття банки вміст стає гігроскопічним і протягом кількох годин поглинає вологу навколишнього середовища в прибережному кліматі. Картридж, який «виглядає сухим», не є сухим.
• Вологі провідники.Мідні дроти та сталь, плакована міддю, утримують вологу в проміжках між ними. Кабель, який зберігався відкритим на місці під час дощу, вологий зсередини, навіть якщо зовні виглядає сухим, а висушена пальником поверхня знову поглине вологу протягом кількох хвилин у вологому повітрі.
• Конденсація у холодній формі.Графітова форма, витягнута з кондиціонованого складу при температурі 18 °C у ранок при температурі 32 °C та вологості 85%, конденсує плівку води на стінці своєї порожнини, перш ніж бригада встановить провідник на місце. Потім заливка затримує цю плівку між стінкою форми та розплавленим металом.

Розтин Себу у трьох рядках

З'єднання в Себу не вийшло з ладу, бо порох лежав на мокрому від дощу доку, і команда відкрила банки вранці в день заливки. Вони все одно використали порошок, бо він виглядав сухим, а нижня сторона шару на кожному несправному з'єднанні демонструвала точно такий самий візерунок скупчених отворів, який залишає після себе пара, що виходить з-під впливу вологи. 20-хвилинна перевірка трьох картриджів зі зразками осушувачем перед заливкою виловила б всю партію, і команда знала б, що решту потрібно помістити в карантин.

Чи вичерпала термін служби ваша графітова форма?

Саме з цієї причини постачальники справляються найгірше, оскільки вид відмови невидимий для покупця, а кількість циклів відома лише постачальнику.Документація щодо продукції Cadweld від nVent ERICOоцінює термін служби графітових форм приблизно в 50-100 циклів, а на нашій лінії ми оцінюємо нашітермітні зварювальні формипри тих самих 50-100 циклах, з 80-100 з'єднаннями в умовах звичайного використання в польових умовах. Після цього порожнина настільки еродує, що різьбовий отвір більше не дозує розплавлений метал рівно в з'єднання.

Чесним сигналом зношеної форми є не тріщина, яку ви можете побачити, а зварний шов, який втрачає свою подушкоподібну форму та починає згинатися всередину в центрі. Нова форма утворює шов, який м’яко опукається над провідником, оскільки пороховий заряд трохи переповнює порожнину, а надлишок зварюється з підйомником. Зношена форма недоповнюється, оскільки порожнина збільшилася настільки, що той самий пороховий заряд більше не має надлишку для опуклості. Бригади компенсують це, додаючи порошок, який потім перегріває порожнину та прискорює знос — цикл зворотного зв’язку, який потребує близько двадцяти невдалих заливок, щоб повністю зруйнувати форму.

Як оцінити форму, яку ви не купували у нас

Якщо ви успадкували форми від іншого постачальника, зважте її порівняно з формою, про яку відомо, що вона справна, з такою ж геометрією. Графітова форма втрачає приблизно від 3 до 8 грамів за цикл через термічну ерозію та очищення; форма, вага якої на 50 грамів менша за початкову, пройшла більше циклів, ніж дозволяє її номінальна вага. По-друге, зверніть увагу на форму зварного шва протягом останніх п'яти заливок — якщо якась із них прогнулася всередину, форма вже перевищила свій термін служби.Стандарт IEEE 837-2014, кваліфікаційної рамки для постійних заземлювальних з'єднань підстанцій, геометрія зварної порожнини є частиною кваліфікаційних доказів, тому зношена форма — це не просто ризик для якості, це ризик невідповідності стандарту, якому було призначене з'єднання.

Чи може замала порохова зарядка непомітно підривати ваші зварні шви?

Порошок постачається у стандартизованих картриджах не просто так.Оскільки співвідношення маси порошку до міді є змінною, яка визначає, чи генерує реакція достатньо тепла для повного розплавлення поперечного перерізу провідника, зменшення розміру картриджа створює з'єднання, яке заливається твердим зовні, але недостатньо сплавлене на межі з'єднання провідника.З'єднання виглядає добре. Опір показує правду через шість місяців, коли з'єднання нагрівається під першим струмом короткого замикання.

Чесна версія цієї невдачі полягає в тому, що бригади іноді замінюють картридж меншого розміру, коли потрібного розміру немає в наявності, припускаючи, що «кількість металу приблизно така ж». Нечесна версія полягає в тому, що деякі постачальники продають картридж №115 за ціною №150, тому що в замовленні підрядника було зазначено «міжкабельний переріз 50 мм²» без зазначення повної пари провідників. Обидва закінчуються однаковим з'єднанням: гарний валик, прихований мікрозазор біля провідника та опір, який зростає з року в рік.

Чи є скорочення під час підготовки провідників прихованою причиною високоомних з'єднань?

Я бачив, як бригади витрачали двадцять хвилин на очищення видимої частини мідного дроту та пропускали ділянку, яка йде всередину порожнини форми, бо в технічних характеристиках написано «очищення до блискучого металу», не уточнюючи, як саме.Оскільки зв'язок утворюється на поверхні провідника, що знаходиться всередині порожнини, в момент заливання, забруднена ділянка під порожниною створює з'єднання, яке є металургійно безперервним зовні та оксидно-шаруватим зсередини.

Найпоширеніше забруднення, яке я бачу під час судово-медичного розбирання, – це не бруд, а відбитки пальців. Бригади працюють з ділянкою провідника, яка входить у форму, залишаючи тонку масляну плівку зі своєї шкіри, і розплавлена ​​мідь не може пройти крізь цю плівку, щоб сплавитися з основним металом. В результаті утворюється з'єднання з безперервною оксидною площиною між зварним металом і провідником, і оксидна площина – це саме той тип інтерфейсу, який NUREG-1800 документує як шлях деградації під дією термоциклування.

• Використовуйте спеціальну гостру сталеву щітку для кожного матеріалу провідника — для міді, сталі з міддю та оцинкованої сталі потрібна власна щітка.
• Протріть очищену ділянку тканиною без ворсу, змоченою в ізопропіловому спирті, а не рукою в рукавичці.
• Якщо провідник простояв на відкритому повітрі більше 15 хвилин перед заливанням, його слід повторно очистити, оскільки свіжа мідь швидко повторно окислюється в прибережних та промислових умовах.
• Тримайте очищену ділянку чистими плоскогубцями або чистою тканиною з цього місця — без контакту зі шкірою.

Чи є кут випередження запалювання від холодного лиття причиною несправностей вашої ранкової зміни?

Цю причину ніхто не фіксує, бо це схоже на помилку оператора, а не на помилку процесу. Насправді екзотермічна реакція налаштована на певний тепловий діапазон, і форма, температура якої в момент займання становить приблизно 25 °C, поводиться інакше, ніж та, що була попередньо нагріта. Вихідний порошок запалюється, фронт реакції поширюється через шихту, але розплавлена ​​мідь втрачає тепло холодному графіту швидше, ніж реакція може його відновити, і метал досягає порожнини провідника за температури нижче температури плавлення. Гумка все одно утворюється. Плавлення неповне.

Це переважно проблема ранкової зміни на об'єктах з помірним або холодним кліматом, і переважно проблема післяобідньої зміни на тропічних об'єктах, де бригади попередньо охолоджують свої форми в кондиціонованих сховищах, щоб «консервувати» їх. Обидві звички призводять до однакової картини руйнування: лінія холодного закриття, де два металеві фронти зустрічаються, але не повністю сплавляються, що видно на поперечному перерізі як різкий розрив у структурі зерен, паралельний стінці порожнини.

Контрольний список судово-медичної експертизи: що робити, якщо з'єднання виходить з ладу. Введення в експлуатацію.

Якщо з'єднання, залите за допомогою заливки, не проходить введення в експлуатацію, слід провести обстеження в такому порядку. Перші три перевірки займають менше години на місці та усувають приблизно 80% багатошовних поломок без виключення будь-яких дефектів.

1. Перевірте історію партії порошку.Коли було доставлено порошок, як він зберігався, і чи були відкриті якісь банки перед засипанням? Будь-яка відповідь «так» вказує на вологу (Причина 1).
2. Витягніть колоду форми.Скільки циклів витримала форма? Зверніть увагу на номінальний ресурс 50–100 циклів. Будь-яка форма, що перевищує свій номінальний ресурс, замінюється перед наступним заливанням (Причина 2).
3. Перевірте розмір порошку відповідно до схеми провідника.Зіставте розмір картриджа на кожній банці з комбінацією провідників на з'єднанні. Невідповідності заповнюються правильним картриджем (Причина 3).
4. Перевірте поперечний переріз трьох пошкоджених з'єднань.Розріз стрічковою пилкою та полірування достатньо, щоб виявити візерунки з продувних отворів (Причина 1), оксидне шарування (Причина 4), недозаповнення (Причини 2 та 3) або лінії холодного закриття (Причина 5).
5. Зіставте невдачі з послідовністю заливки.Відмови, що скупчуються на початку зміни, майже завжди вказують на Причину 5 (холодна форма). Відмови, що скупчуються в кінці партії порошку, вказують на Причину 1 (мокрий порошок). Відмови рівномірно розподіляються по точці зміни до Причин 2 або 4.

Якщо несправності витримують усі п'ять перевірок, проблема майже напевно пов'язана з навколишнім середовищем — хімічний склад ґрунту, блукаючі струми або гальванічна корозія, що знаходить поверхню інтерфейсу, залишену зварним швом — і розмова має перейти від процесу до проектування. Ця розмова — окрема стаття.

Дисципліна повторного заливання: скорочення витрат, а не повторне зварювання на місці

Після руйнування з'єднання єдиним правильним ремонтом є розрізання шліфа за межі зони термічного впливу та повторна підготовка провідника з нуля. Заливання свіжого зварного металу поверх зруйнованого з'єднання не забезпечує надійного сплавлення нового металу зі старим, оскільки початковий інтерфейс вже сформував власну металургію, і будь-яка захоплена пористість стає місцем зародження для наступного руйнування. Розріз повинен становити щонайменше 50 мм чистого провідника з кожного боку початкового з'єднання, нова форма повинна бути в межах свого циклу, а партія порошку повинна бути зі щойно відкритої, перевіреної сухої банки.

Друга заливка також є слушним часом для модернізації форми, якщо несправність вказувала на її знос. Ми відправляємо нашіекзотермічні зварювальні формиз серіалізованим журналом циклів, щоб покупці могли відстежувати історію кожної форми протягом проекту, і той самий журнал повинен супроводжувати будь-яку форму, яка переміщується між об'єктами. Форма, яку ви не можете врахувати, – це форма, якій ви не можете довіряти.

Як провести аудит вашого поточного постачальника, не образивши нікого

Більшість дзвінків, які я приймаю з цього питання, починаються не з невдачі. Вони починаються з покупця, якого щойно попросили кваліфікувати нового постачальника, або інженера, який успадкував процес, який не розробляв, і хоче знати, які питання поставити перед наступною невдачею. Чесна версія цієї розмови полягає в тому, що майже кожен постачальник може відправити форму, яка працює в день заливки. Складніше питання полягає в тому, чи можуть вони задокументувати, чому їхній продукт працював, і чи візьмуть вони на себе відповідальність за відповідь, коли це не так.

Три питання відрізняють справжнього постачальника від продавця знижок у цьому конкретному наборі проблем, і я б розглянув їх у такому порядку для кожного покупця.

1. «Покажіть мені ваш шаблон журналу циклу формування».Постачальник, який відстежує кількість циклів, знає, що форми зношуються. Постачальник, який цього не робить, знаходиться за один поганий ковпачок від того, щоб ваша проблема стала їхньою.
2. «Яка простежуваність вашої партії порошку?»На кожній банці має бути номер партії, дата виробництва та індикатор герметичності контейнера. Постачальник, який перепаковує порошок насипом у немарковані банки, становить ризик потрапляння вологи в бляшанку.
3. «Яка ваша позиція щодо заміни малокаліберних патронів?»Чесна відповідь: «ми відмовляємося від замовлення, доки ви не підтвердите розмір провідника». Небезпечна відповідь: «ми можемо відправити меншу банку сьогодні».

Ми побудували нашу експортну документацію навколо цих трьох питань, тому що саме до них постійно повертаються наші власні розслідування невдач. Це також питання, які я б нам поставив, якби був покупцем.

Діагностика пошкодження зварного шва — виберіть симптом, який ви бачите в польових умовах

Перш ніж вирізати окремий стик, виконайте цю діагностику. Виберіть симптом, який відповідає тому, що ви фактично бачите на місці — візуальний, електричний або часовий — і інструмент зіставить його з найімовірнішою з п'яти вищезазначених причин, надасть вам впевнені показники та перерахує негайні кроки, які потрібно вжити перед наступним заливанням. Це те саме дерево рішень, яке я проводжу з покупцем по телефону, коли надходить дзвінок про несправність.

Часті запитання про невдалі екзотермічні зварні шви

Джейн Ян· Менеджер з продажу, Xinchang Shibang New Material Co., Ltd.
12 років у зовнішній торгівлі блискавкозахистом та заземленням · 17 років заводського виробництва за кожною рекомендацією.
LinkedIn · Фейсбук · X