输变电工程防腐材料研究-接地网用铜钢复合材料及放热焊接.pdf

接地网用铜钢复合材料及接地网用铜钢复合材料及 放热焊接技术研究放热焊接技术研究 输变电工程防腐材料研究输变电工程防腐材料研究子项目子项目1 1 1 概述概述 2 2 国内外铜覆钢接地材料调研国内外铜覆钢接地材料调研 3 3 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究 4 4 放热焊剂的研制放热焊剂的研制 5 5 铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 6 6 铜覆钢全寿命周期经济型和环境友好性研究铜覆钢全寿命周期经济型和环境友好性研究 7 7 变电站铜覆钢接地网设计变电站铜覆钢接地网设计 8 8 结论结论 1.概述概述-课题背景课题背景 坚强的智能电网坚强的智能电网以新兴的材料技术来建立高效的智能输以新兴的材料技术来建立高效的智能输 电网及保障输变电工程的安全可靠。电网及保障输变电工程的安全可靠。 接地技术系统化、标准化、先进化的程度，可以反映电力接地技术系统化、标准化、先进化的程度，可以反映电力 行业基础设施的配备程度，更是全面建设坚强智能电网的行业基础设施的配备程度，更是全面建设坚强智能电网的 可靠保证。可靠保证。 接地系统是电气系统不可或缺的基础，变电站的电气设备接地系统是电气系统不可或缺的基础，变电站的电气设备 众多、昂贵，若没有完善的防雷与接地的保护，就有可能众多、昂贵，若没有完善的防雷与接地的保护，就有可能 在雷击、意外的电气系统故障发生时损毁。在雷击、意外的电气系统故障发生时损毁。 其中，接地网材料腐蚀是导致变电站事故发生的重要因素，其中，接地网材料腐蚀是导致变电站事故发生的重要因素， 急需开发和应用新型接地防腐新材料。急需开发和应用新型接地防腐新材料。 我国每年因接地网腐蚀严重改造的变电站众多，经济损失我国每年因接地网腐蚀严重改造的变电站众多，经济损失 巨大；巨大； 热镀锌钢镀层太薄，耐腐蚀性能差，导致热镀锌钢接地网热镀锌钢镀层太薄，耐腐蚀性能差，导致热镀锌钢接地网 寿命低下，部分腐蚀严重的区域在运行寿命低下，部分腐蚀严重的区域在运行3-53-5年就需要开挖检年就需要开挖检 修，十年后都会产生严重的腐蚀而不得不更换，见表修，十年后都会产生严重的腐蚀而不得不更换，见表1.11.1。。 从可靠性和经济效益来看，铜是首选的接地网防腐材料，从可靠性和经济效益来看，铜是首选的接地网防腐材料， 铜质接地网已在发达国家的输变电工程中得到广泛应用。铜质接地网已在发达国家的输变电工程中得到广泛应用。 在我国新建在我国新建500kV500kV及以上变电站中也部分采用了铜接地网。及以上变电站中也部分采用了铜接地网。 铜的缺点价格昂贵，属战略性资源，刚性不足等。急需铜的缺点价格昂贵，属战略性资源，刚性不足等。急需 开发接地网防腐新材料和新技术，提高接地网的设计寿命开发接地网防腐新材料和新技术，提高接地网的设计寿命 和可靠性，以保证电网安全运行。和可靠性，以保证电网安全运行。 1.概述概述-课题背景课题背景 表1.1 我国部分变电站开挖检修情况总结 开挖检查开挖检查 单位单位 开挖时开挖时 间间 检查区域检查区域规格规格使用时间（年）使用时间（年）腐蚀状况腐蚀状况 山东滨州山东滨州/ 郭集郭集 变电所变电所 220kV4 腐蚀严重腐蚀严重 全部更换全部更换 北京供电局北京供电局/ 房山房山 变电所变电所 500kV10 腐蚀严重腐蚀严重 全部更换全部更换 湖南娄底湖南娄底/民丰变电站民丰变电站110kV3腐蚀严重腐蚀严重 广西电网广西电网2005 月山月山 变电所变电所 220kV8腐蚀严重腐蚀严重 天津电网天津电网/变电站变电站220kV5-7腐蚀严重腐蚀严重 福建寿宁县福建寿宁县2000 车岭车岭 二级电站二级电站 6腐蚀严重腐蚀严重 吉林热电厂吉林热电厂1997变电站变电站220kV8 8年后逐渐年后逐渐 开始腐蚀开始腐蚀 表表1.1 1.1 我国部分变电站开挖检修情况总结我国部分变电站开挖检修情况总结 1.概述概述-课题背景课题背景 1.概述概述-课题背景课题背景 铜覆钢（铜覆钢（Copper Clad Steel）接地材料）接地材料 --导电性好、抗腐蚀性强导电性好、抗腐蚀性强 、机械强度高，比镀锌钢的电阻、机械强度高，比镀锌钢的电阻 率及压降低率及压降低 --节约能源节约能源 --铜覆钢接地棒，已被国外发达国家应用于建筑、铁路、铜覆钢接地棒，已被国外发达国家应用于建筑、铁路、 电力及石油化工等各行业领域电力及石油化工等各行业领域 国内铜覆钢的生产历史较短，各厂家的生产工艺、产品质国内铜覆钢的生产历史较短，各厂家的生产工艺、产品质 量、结构形式、产品规格等有所不同，缺乏相应的标准，量、结构形式、产品规格等有所不同，缺乏相应的标准， 产品质量和性能有待考核和规范。产品质量和性能有待考核和规范。 铜钢复合材料焊接工艺采用放热熔焊，但国产熔粉均为小铜钢复合材料焊接工艺采用放热熔焊，但国产熔粉均为小 企业生产，在接头质量等方面与进口产品存在一定差距，企业生产，在接头质量等方面与进口产品存在一定差距， 缺乏独立成熟的放热熔焊技术工艺体系缺乏独立成熟的放热熔焊技术工艺体系 。。 本项目对铜覆钢在接地网中的应用进行相应的研究工作，本项目对铜覆钢在接地网中的应用进行相应的研究工作， 考核材料性能，规范产品质量和结构形式，构建成熟的放考核材料性能，规范产品质量和结构形式，构建成熟的放 热熔焊技术体系，满足输变电接地网应用要求，并降低施热熔焊技术体系，满足输变电接地网应用要求，并降低施 工难度，以便推广应用。工难度，以便推广应用。 1.概述概述-课题背景课题背景 1 1 概述概述 2 2 国内外铜覆钢接地材料调研国内外铜覆钢接地材料调研 3 3 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究 4 4 放热焊剂的研制放热焊剂的研制 5 5 铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 6 6 铜覆钢全寿命周期经济型和环境友好性研究铜覆钢全寿命周期经济型和环境友好性研究 7 7 变电站铜覆钢接地网设计变电站铜覆钢接地网设计 8 8 结论结论 2.国内外铜覆钢接地材料调研国内外铜覆钢接地材料调研 铜覆钢主要生产工艺铜覆钢主要生产工艺电镀、连铸、套管冷拉（简称冷电镀、连铸、套管冷拉（简称冷 拉）。三种生产工艺各有优缺点。拉）。三种生产工艺各有优缺点。 国内方面国内企业生产历史较短，且各厂家生产工艺、国内方面国内企业生产历史较短，且各厂家生产工艺、 产品质量、结构形式、产品规格都有所不同，生产及产品产品质量、结构形式、产品规格都有所不同，生产及产品 质量急需规范。国内没有相关的试验标准，导致产品质量质量急需规范。国内没有相关的试验标准，导致产品质量 无法保证。无法保证。 国外方面美国从二十世纪七十年代开始进行铜覆钢国外方面美国从二十世纪七十年代开始进行铜覆钢 （（Copper-Clad Steel）接地棒的开发、标准化与应用工作，）接地棒的开发、标准化与应用工作， 标准体系健全并进行了大量的应用。标准体系健全并进行了大量的应用。 铜覆钢连接方式铜覆钢连接方式 --铜银钎焊连接铜银钎焊连接 --压接线夹连接压接线夹连接 --螺栓连接螺栓连接 --放热焊接分子结合、熔点高、电阻低，最为适宜放热焊接分子结合、熔点高、电阻低，最为适宜 国产放热焊粉均为民营小企业生产，在使用性能等方面与国产放热焊粉均为民营小企业生产，在使用性能等方面与 进口产品存在一定差距，进口产品则价格较高。进口产品存在一定差距，进口产品则价格较高。 自主研发适用于低成本的放热焊粉，并对焊接工艺进行规自主研发适用于低成本的放热焊粉，并对焊接工艺进行规 范，才能构成我国独立的放热焊接技术工艺体系。范，才能构成我国独立的放热焊接技术工艺体系。 2.国内外铜覆钢接地材料调研国内外铜覆钢接地材料调研 2. 铜覆钢接地材料调研铜覆钢接地材料调研-小结小结 （（1）铜覆钢在国外已得到广泛应用、配套标准比较完备；作）铜覆钢在国外已得到广泛应用、配套标准比较完备；作 为一种新型材料，铜覆钢在国内应用时间较短，没有相关为一种新型材料，铜覆钢在国内应用时间较短，没有相关 标准依据，在电力行业水平接地网中还没有得到应用。标准依据，在电力行业水平接地网中还没有得到应用。 （（2）由于我国没有铜覆钢这一新型复合材料的国家或行业标）由于我国没有铜覆钢这一新型复合材料的国家或行业标 准，鉴于其良好的应用前景，建议有关部门制定产品标准准，鉴于其良好的应用前景，建议有关部门制定产品标准 （目前已国家电网公司已颁布企业标准）。（目前已国家电网公司已颁布企业标准）。 （（3）铜覆钢的产能已具备一定的规模，可以满足工程实际需）铜覆钢的产能已具备一定的规模，可以满足工程实际需 要以及招标采购要求。要以及招标采购要求。 n 试验材料电镀铜覆钢、水平连铸铜覆钢、冷拉铜覆钢。试验材料电镀铜覆钢、水平连铸铜覆钢、冷拉铜覆钢。 n 基本性能电气性能、腐蚀性能、力学性能基本性能电气性能、腐蚀性能、力学性能 电气性能电气性能 n 试验内容及依据试验内容及依据 ---测量电阻率，按测量电阻率，按IEEE 80相关公式计算铜覆钢的热稳定系数相关公式计算铜覆钢的热稳定系数C ---电阻率电阻率GB/T 3048.2-2007 电线电缆电性能试验方法电线电缆电性能试验方法 第第2部分部分 金属材料电阻率试验金属材料电阻率试验 ---热稳定系数热稳定系数IEEE std80-2000交流变电站接地安全指南交流变电站接地安全指南 计算计算 获得获得 3. 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究 3. 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-电气性能电气性能 表表3.1 不同工艺铜覆钢电阻率测试结果不同工艺铜覆钢电阻率测试结果 试样试样 编号编号 工艺工艺 电阻率电阻率20℃（（μΩμΩcm）） 导电率导电率 截面积截面积 mm2 铜层厚度铜层厚度 mm 1234平均值平均值 A冷拉冷拉6.686.036.426.336.37271690.52 B电镀电镀9.169.209.079.219.14191540.25 C水平连铸水平连铸6.926.817.016.856.89251541.02 铜铜1.724100// 热镀锌钢热镀锌钢20.19// 3. 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-电性能电性能 表表3.2 不同工艺铜覆钢计算的热稳定系数不同工艺铜覆钢计算的热稳定系数 注（注（1）铜热稳定系数取自）铜热稳定系数取自GB 50065交流电气装置的接地设计规范交流电气装置的接地设计规范（报批稿）（报批稿） （（2）热镀锌钢热稳定系数取自）热镀锌钢热稳定系数取自DL/T 621-1997 试样编号试样编号工艺工艺 热稳定系数（热稳定系数（C值）值） 系数范围系数范围平均值平均值 A 冷拉冷拉 145146146 B 电镀电镀 118119119 C水平连铸水平连铸136138137 铜铜2451 热镀锌钢热镀锌钢702 3. 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-力学性能力学性能 试验内容及依据试验内容及依据 l 拉伸试验、弯折试验拉伸试验、弯折试验 l 拉伸试验拉伸试验GB 228-2002金属材料室温拉伸方法金属材料室温拉伸方法；； l 弯折试验弯折试验ANSI UL 467-2007接地和连接设备接地和连接设备 试样工艺试样工艺 试样规格试样规格 （（mm）） 拉断力拉断力 （（kN）） IEEE 837要求要求 1234 4.45kN 冷拉冷拉 带接头带接头 26660064.560.050.058.2 连铸连铸 （带接头）（带接头） ΦΦ1460040.745.851.248.9 电镀电镀 （带接头）（带接头） ΦΦ1460047.460.142.856.1 3. 铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-力学性能力学性能 弯折试验 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢-铜层厚铜层厚0.5mm 裂纹裂纹 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢-铜层厚铜层厚1.0mm 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 电化学加速腐蚀试验电化学加速腐蚀试验 取四种的典型土壤取四种的典型土壤 l 鹰潭土壤鹰潭土壤-酸性红壤，赣东北、浙北及东南丘陵等南方代表性土壤；酸性红壤，赣东北、浙北及东南丘陵等南方代表性土壤； l 大庆土壤大庆土壤-碱性苏打盐土，西北、华北、东北盐碱地代表性土壤；碱性苏打盐土，西北、华北、东北盐碱地代表性土壤； l 塘沽土壤塘沽土壤-滨海盐渍土壤，腐蚀性极强的代表性土壤；滨海盐渍土壤，腐蚀性极强的代表性土壤； l 北京土壤北京土壤-碱性黄土，华北地区代表性土壤。碱性黄土，华北地区代表性土壤。 n 腐蚀介质去离子水与土壤腐蚀介质去离子水与土壤11混合、沉淀后下层的泥浆。混合、沉淀后下层的泥浆。 参比电极饱和甘汞电极；辅助电极参比电极饱和甘汞电极；辅助电极Pt电极电极 n 利用外推法确定腐蚀电位利用外推法确定腐蚀电位Ecorr和腐蚀电流和腐蚀电流icorr，利用，利用icorr估算腐蚀速度估算腐蚀速度 n 考虑钝化、电解、去离子水对腐蚀速度的影响，估算的腐蚀速度大于实际腐考虑钝化、电解、去离子水对腐蚀速度的影响，估算的腐蚀速度大于实际腐 蚀速度。蚀速度。 参数参数 土壤土壤 Cl- mg/kg NO3- mg/kg SO42- mg/kg HCO3- mg/kg 盐分盐分 g/kg Ca mg/kg K mg/kg Mg mg/kg Na mg/kg pH值值电阻率电阻率 Ωm 鹰潭鹰潭13228.925.93.380.0857.443.950.7783.804.81319.5 大庆大庆48267.015411173.24543135.71613678.249.6 塘沽塘沽1161144188020616.544464812578158.291.6 良乡良乡4.1623.513.11710.42578.63.2210.65.978.5691.8 鹰潭鹰潭大庆大庆塘沽塘沽良乡良乡 土壤性质土壤性质酸性红壤酸性红壤碱性苏打盐土碱性苏打盐土碱性滨海盐渍土碱性滨海盐渍土碱性黄土碱性黄土 DIN评分评分-6-12-14-2 DIN标准综合因素评价标准综合因素评价II级级 腐蚀腐蚀III级级 强腐蚀强腐蚀III级级 强腐蚀强腐蚀Ib级级 弱腐蚀弱腐蚀 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 表表3.4 3.4 土壤性质检测结果土壤性质检测结果 表表3.5 3.5 土壤腐蚀性评价（土壤腐蚀性评价（ DIN 50929-1985 ）） 试样试样冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 酸性酸性强腐蚀强腐蚀 碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 碱性碱性 滨海滨海酸性酸性强腐蚀强腐蚀 碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 碱性碱性 滨海滨海 电化学测试的腐蚀速电化学测试的腐蚀速 度度Vcorr（（mm/a）） 0.0100.0170.0030.0370.0230.0140.0130.039 估算使用年限（年）估算使用年限（年）1100583332743717125 有无钝化有无钝化无无有有有有有有无无无无有有有有 估算的腐蚀速度估算的腐蚀速度略高略高高高高高高高略高略高略高略高高高高高 试样试样紫铜紫铜热镀锌钢热镀锌钢 酸性酸性强腐蚀强腐蚀 碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 碱性碱性 滨海滨海酸性酸性强腐蚀强腐蚀 碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 碱性碱性 滨海滨海 腐蚀速度腐蚀速度Vcorr （（mm/a）） 0.0220.0070.0050.0390.0800.0790.0150.204 估算使用年限（年）估算使用年限（年）145142200250.60.630.3 有无钝化有无钝化无无有有有有有有无无无无无无无无 估算的腐蚀速度估算的腐蚀速度略高略高高高高高高高略高略高略高略高略高略高略高略高 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 表表3.6 各材料在各种典型土壤中腐蚀数据各材料在各种典型土壤中腐蚀数据 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 酸性酸性强腐蚀强腐蚀 中性中性/碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 中性中性/碱性碱性 极强腐极强腐 蚀区域蚀区域 酸性酸性强腐蚀强腐蚀 中性中性/碱性碱性 弱腐蚀弱腐蚀 中性中性/碱性碱性 极强腐极强腐 蚀区域蚀区域 耐蚀性耐蚀性 评价评价 耐蚀耐蚀 性优秀性优秀 耐蚀性好耐蚀性好耐蚀性耐蚀性 优秀优秀 耐蚀性耐蚀性 一般一般 耐蚀耐蚀 性好性好 耐蚀性好耐蚀性好耐蚀性好耐蚀性好耐蚀性耐蚀性 一般一般 建议铜层建议铜层 厚度及使厚度及使 用年限用年限 0.7mm 50年年 1mm 50年年 0.5mm 50年年 1.2-1.5 mm 30年年 1.2mm 50年年 1mm 50年年 1mm 50年年 1.2-1.5 mm 30年年 表表3.6 铜覆钢腐蚀性评价及使用建议铜覆钢腐蚀性评价及使用建议 注根据实验分析和腐蚀数据调研，估算的平均腐蚀速度偏注根据实验分析和腐蚀数据调研，估算的平均腐蚀速度偏 高，使用建议是非常保守的高，使用建议是非常保守的 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 中性盐雾腐蚀试验中性盐雾腐蚀试验 IEEE std 837TM-2002 ，，GB/T 10125-1998 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-腐蚀性能腐蚀性能 试样电阻（试样电阻（μΩ））冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 （不带接头部分，（不带接头部分，L100mm，，μΩcm）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 （带接头，（带接头，L90mm，，μΩcm）） 试验前试验前41.347.541.956.057.957.7 500h盐雾腐蚀试验后盐雾腐蚀试验后41.847.842.157.058.258.3 试验后试验后/试验前试验前1.0121.0061.0051.0181.0051.010 腐蚀轻微，腐蚀轻微， 电阻率变化电阻率变化 极低，耐蚀极低，耐蚀 性优异性优异 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-小结小结 （（1）三种工艺的铜覆钢，其导电率分别可达）三种工艺的铜覆钢，其导电率分别可达27（冷拉，（冷拉， 0.5mm），），25（连铸，（连铸，1mm），），19（电镀，（电镀，0.25mm））μμ ΩΩcm。。 （（2）冷拉、连铸、电镀产品的热稳定系数分别可达）冷拉、连铸、电镀产品的热稳定系数分别可达146，， 137，， 119。可保证接地网的安全稳定。。可保证接地网的安全稳定。 （（3）铜覆钢拉断力满足）铜覆钢拉断力满足IEEE 837标准要求，大部分产品弯折后标准要求，大部分产品弯折后 铜层未开裂。铜层未开裂。 （（4）热镀锌钢在各种土壤中的耐蚀性均很差，镀锌层在腐蚀性）热镀锌钢在各种土壤中的耐蚀性均很差，镀锌层在腐蚀性 较低的土壤中也仅能使用较低的土壤中也仅能使用3年，由此可见，使用热镀锌钢，接年，由此可见，使用热镀锌钢，接 地网在运行一段时间后，其安全性无法得到保证。地网在运行一段时间后，其安全性无法得到保证。 3.铜覆钢性能研究铜覆钢性能研究-小结小结 （（5 5）铜覆钢耐蚀性优异，在绝大多数土壤中的耐蚀性是满足要）铜覆钢耐蚀性优异，在绝大多数土壤中的耐蚀性是满足要 求的，特殊地区（如腐蚀性极强的海岸），可增加铜层厚度求的，特殊地区（如腐蚀性极强的海岸），可增加铜层厚度 以满足设计要求。对于铜覆钢的铜层厚度以及使用年限建议以满足设计要求。对于铜覆钢的铜层厚度以及使用年限建议 如下，必要时宜按当地土壤的腐蚀数据进行设计如下，必要时宜按当地土壤的腐蚀数据进行设计 冷拉铜覆钢弱腐蚀中性冷拉铜覆钢弱腐蚀中性/ /碱性土壤碱性土壤0.5mm0.5mm、强腐蚀中性、强腐蚀中性/ /碱性碱性 土壤土壤1mm1mm、较低腐蚀性酸性土壤、较低腐蚀性酸性土壤0.7mm0.7mm，使用寿命满足，使用寿命满足5050年；年； 腐蚀极强区域（如滨海地区），铜层厚度腐蚀极强区域（如滨海地区），铜层厚度1.21.2～～1.5 mm1.5 mm，使用，使用 寿命满足寿命满足3030年。年。 水平连铸铜覆钢中性、碱性土壤水平连铸铜覆钢中性、碱性土壤1mm1mm，使用寿命，使用寿命5050年；较低年；较低 酸性土壤酸性土壤1.2mm1.2mm，满足使用寿命，满足使用寿命5050年；腐蚀极强区域（如滨海年；腐蚀极强区域（如滨海 地区），铜层厚度地区），铜层厚度1.21.2～～1.5 mm1.5 mm，使用寿命，使用寿命3030年。年。 电镀铜覆钢铜层厚度为电镀铜覆钢铜层厚度为0.254mm0.254mm，一般及较低腐蚀性区域使，一般及较低腐蚀性区域使 用满足用满足5050年，国产电镀铜覆钢应大力加强质量监控。年，国产电镀铜覆钢应大力加强质量监控。 4.放热焊剂的研制放热焊剂的研制 放热焊优点放热焊优点 l接头导电性好、分子结合、熔点高，施工方便，野外环接头导电性好、分子结合、熔点高，施工方便，野外环 境施焊快捷方便。铜覆钢材料最适宜的连接技术之一。境施焊快捷方便。铜覆钢材料最适宜的连接技术之一。 目前国内放热焊局限目前国内放热焊局限 l进口焊剂价格较高，国内小厂家质量较差进口焊剂价格较高，国内小厂家质量较差 焊接接头熔点过低；焊接接头熔点过低； 施焊安全性低；施焊安全性低； 各批次焊剂质量稳定性差；各批次焊剂质量稳定性差； 接头内部有气孔及夹渣现象；接头内部有气孔及夹渣现象； 国产焊剂与进口产品差距较大，因此希望研制出性价比较国产焊剂与进口产品差距较大，因此希望研制出性价比较 高的放热焊剂产品。高的放热焊剂产品。 4.放热焊剂的研制放热焊剂的研制-焊剂研制焊剂研制 放热焊接接头性能指标确定放热焊接接头性能指标确定 l良好的导电性能良好的导电性能 l良好的机械性能良好的机械性能 l良好的耐蚀性能良好的耐蚀性能 l低气孔率低气孔率 l高熔点高熔点 成分影响因素分析氧化铜、铝、造渣剂等成分影响因素分析氧化铜、铝、造渣剂等 焊接工艺影响分析预热、模具清洁、开模时间等焊接工艺影响分析预热、模具清洁、开模时间等 成分成分CuAlSnFeSi其它其它 自研自研90921212461s微量微量 自研开发自研开发2无无1s微量微量 自研开发自研开发3极微量极微量1s微量微量 自研开发自研开发4微量微量1s微量微量 进口进口剧烈剧烈1s微量微量 特殊模具加以特殊模具加以 抑制抑制/电子引燃电子引燃 装置装置 国内品牌国内品牌1剧烈剧烈1s少量少量 国内品牌国内品牌2剧烈剧烈1s少量少量 4.放热焊剂的研制放热焊剂的研制-熔点分析熔点分析 试样编号试样编号厂家厂家 熔化温度熔化温度Tm（（℃）） 1自研开发自研开发11080 2自研开发自研开发21090 3自研开发自研开发31094 4自研开发自研开发41091 5自研开发自研开发51104 6进口品牌进口品牌1083 7国产品牌国产品牌1855 8国产品牌国产品牌2905 4.放热焊剂的研制放热焊剂的研制-气孔率分析气孔率分析 国外品牌接头剖面国外品牌接头剖面自研接头剖面自研接头剖面国内品牌剖面国内品牌剖面 4.放热焊剂的研制放热焊剂的研制-小结小结 （（1）放热焊接头的服役条件较为苛刻，受到环境腐蚀及电流）放热焊接头的服役条件较为苛刻，受到环境腐蚀及电流 冲击的共同作用，且作为安全保障装置对于财产保护至关重冲击的共同作用，且作为安全保障装置对于财产保护至关重 要，故采用放热焊需严格依照操作规范，以保证放热焊接头要，故采用放热焊需严格依照操作规范，以保证放热焊接头 内部组织均匀，成分符合要求，外观饱满、光洁、无缺肉夹内部组织均匀，成分符合要求，外观饱满、光洁、无缺肉夹 渣、剖面无气孔。渣、剖面无气孔。 （（2）此外，根据相应的技术要求及特点，本单位投入较大力）此外，根据相应的技术要求及特点，本单位投入较大力 度开发具有自主知识产权产品，自研焊剂的综合水平已经达度开发具有自主知识产权产品，自研焊剂的综合水平已经达 到国外同类产品水平，部分性能超过国外产品，具体高安全到国外同类产品水平，部分性能超过国外产品，具体高安全 性、高熔点、低气孔率的特点。性、高熔点、低气孔率的特点。 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 n电气稳定性研究电气稳定性研究 参考参考IEEE std 837-2002 变电站接地件永久性连接的变电站接地件永久性连接的 质量鉴定中的循环试验质量鉴定中的循环试验，进行电流温度冲击，进行电流温度冲击--冰冻融冰冻融 化化--短路电流冲击三个循环试验。短路电流冲击三个循环试验。 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 n 电流温度试验后铜覆钢形貌电流温度试验后铜覆钢形貌 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 n电流温度冲击试验前后电阻变化电流温度冲击试验前后电阻变化 电阻（电阻（μΩ））水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 自研熔焊接头自研熔焊接头 （（20℃，，L400）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 初始电阻值初始电阻值244.3247.2246.5246.2251.0248.5145.8145.0144.2 电流温度冲击电流温度冲击 后后 166.5171.1165.9170.2167.4180.9146.4145.6144.6 试验后试验后/初始值初始值0.6820.6920.6720.6910.6670.7281.0041.0041.003 试样试样 电阻（电阻（μΩ）） 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 进口熔焊接头进口熔焊接头 （（20℃，，L400）） 初始电阻值初始电阻值235.9248.9248.1255.2260.8 电流温度冲击电流温度冲击 后后 247.9278.0264.8259.8264.2 试验后试验后/初始值初始值1.0511.1171.0671.0181.013 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 n 冰冻融化试验冰冻融化试验 l 将电流温度冲击试验后的试样，进行冰冻将电流温度冲击试验后的试样，进行冰冻- -融化试验试样放入盛水的容融化试验试样放入盛水的容 器，水面高出试样器，水面高出试样25.4mm25.4mm。放入温度冲击试验箱中冷却至。放入温度冲击试验箱中冷却至-10-10℃℃，保温，保温1 1 小时后升温至小时后升温至2020℃℃，保温，保温1 1小时，为一循环，共进行小时，为一循环，共进行1010个循环试验。个循环试验。 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 电阻（电阻（μΩ）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 自研熔焊接头自研熔焊接头 （（20℃，，L400）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 试验前试验前166.5171.1165.9170.2167.4180.9146.4 145.6145.6144.6 冰冻融化试验后冰冻融化试验后166.8172.4166.7171.8168.2181.2153.0 147.6147.6153.1 试验后试验后/试验前试验前1.0021.0081.0051.0091.0051.0021.045 1.0141.0141.058 电阻（电阻（μΩ）） 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 （（20℃，，L400）） 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 进口熔焊接头进口熔焊接头 （（20℃，，L400）） 试验前试验前247.9278.0264.8259.8264.2 电流温度冲击后电流温度冲击后250.0280.6265.7261.7264.6 试验后试验后/初始值初始值1.0081.0091.0041.0071.002 电流温度冲击试验前后电阻变化电流温度冲击试验前后电阻变化 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 国产电镀国产电镀 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 n 故障电流冲击试验故障电流冲击试验 l 冰冻融化后的试样连接后进行故障电流冲击试验初始短路电流有效冰冻融化后的试样连接后进行故障电流冲击试验初始短路电流有效 值为值为7.5kA，每次冲击，每次冲击4秒，共进行秒，共进行3次次 电流有效值电流有效值kA电流最大值电流最大值kA通电时间通电时间s热稳定值热稳定值A2s 106 第一次第一次7.513.84.028226.6 第二次第二次6.511.34.050171.1 第三次第三次4.98.04.03696.9 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 电阻（电阻（μΩ）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 自研熔焊接头自研熔焊接头 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 试验前试验前166.8172.4166.7171.8168.2181.2153.0147.6153.1 短路电流冲击短路电流冲击 后后 172.5173.0166.0171.2168.9180.9158.6157.7165.7 试验后试验后/试验试验 前前 1.0341.0030.9960.9961.0040.9981.0361.0141.068 电阻（电阻（μΩ）） 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 进口熔焊接头进口熔焊接头 试验前试验前250.0280.6265.7261.7264.6 短路电流冲击短路电流冲击 后后 258.6283.3272.1262.4265.4 试验后试验后/初始初始 值值 1.0341.0101.0241.0031.003 短路电流冲击后电阻变化短路电流冲击后电阻变化 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 整个循环试验后（电流温度整个循环试验后（电流温度-冰冻融化冰冻融化-短路电流）后电阻变化短路电流）后电阻变化 试样试样 电阻（电阻（μΩ）） 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 自研熔焊接头自研熔焊接头 水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 初始电阻值初始电阻值244.3247.2246.5246.2251.0248.5145.8145.0144.2 短路电流冲击后短路电流冲击后172.5173.0166.0171.2168.9180.9158.6157.7165.7 试验后试验后/初始值初始值0.7060.6990.6730.6950.6730.7241.0881.0871.149 试样试样 电阻（电阻（μΩ）） 国产电镀铜覆钢国产电镀铜覆钢 国产熔焊接头国产熔焊接头 进口电镀铜覆钢进口电镀铜覆钢 进口熔焊接头进口熔焊接头 初始电阻值初始电阻值235.9248.9248.1255.2260.8 短路电流冲击后短路电流冲击后258.6283.3272.1262.4265.4 试验后试验后/试验前试验前1.0961.1381.0961.0281.017 中性盐雾试验形貌见第中性盐雾试验形貌见第3 3章章 5.铜覆钢及放热焊接头性能研究铜覆钢及放热焊接头性能研究 500h腐蚀试验后铜覆钢（含接头）电阻率变化腐蚀试验后铜覆钢（含接头）电阻率变化 电阻（电阻（μΩ））水平连铸铜覆钢水平连铸铜覆钢国产接头国产接头冷拉铜覆钢冷拉铜覆钢国产熔焊接头国产熔焊接头 试验前试验前56.057.957.7114.0137.4124.9 500h盐雾腐蚀试验后盐雾腐蚀试验后57.058.258.3114.4137.9126.0 试验后试验后/试验前试验前1.0171.0051.0101.0051.0041.009 5. 接头性能研究接头性能研究-小结小结 （（1 1）经电流温度循环试验后，冷拉及连铸产品表面仅有少量氧化）经电流温度循环试验后，冷拉及连铸产品表面仅有少量氧化 铜，国产电镀铜覆钢，表面氧化铜层剥落较多，进口电镀铜覆铜，国产电镀铜覆钢，表面氧化铜层剥落较多，进口电镀铜覆 钢氧化铜剥落现象较轻，各接头完好。各产品电阻变化率都极钢氧化铜剥落现象较轻，各接头完好。各产品电阻变化率都极 低，除一个国产电镀产品外，其他产品试验后与试验前的电阻低，除一个国产电镀产品外，其他产品试验后与试验前的电阻 比值均低于比值均低于1.11.1。。 （（2 2）冰冻融化试验后，国产电镀铜覆钢出现表层铜起鼓现象，不）冰冻融化试验后，国产电镀铜覆钢出现表层铜起鼓现象，不 利于电镀铜覆钢的耐腐蚀性能，其他产品形貌变化不大，各接利于电镀铜覆钢的耐腐蚀性能，其他产品形貌变化不大，各接 头完好。各材料试验后电阻率极低，所有材料试验后与试验前头完好。各材料试验后电阻率极低，所有材料试验后与试验前 的电阻比值均远低于的电阻比值均远低于1.11.1。。 （（3）短路电流冲击过程中，国产电镀材料温升明显，起鼓现象增）短路电流冲击过程中，国产电镀材料温升明显，起鼓现象增 加，冷拉铜覆钢部分区域铜层翘起，水平连铸铜覆钢完好，各加，冷拉铜覆钢部分区域铜层翘起，水平连铸铜覆钢完好，各 接头完好。各材料试验后电阻率极低，所有材料试验后与试验接头完好。各材料试验后电阻率极低，所有材料试验后与试验 前的电阻比值均远低于前的电阻比值均远低于1.1。。 5. 接头性能研究接头性能研究-小结小结 （（4）经热稳定性循环试验程序后，评价如下）经热稳定性循环试验程序后，评价如下 n a. 各工艺铜覆钢及接头电阻变化最高也仅增加各工艺铜覆钢及接头电阻变化最高也仅增加13.8，符合，符合IEEE 837 中电阻增加值低于中电阻增加值低于50的标准要求；的标准要求； n b. 水平连铸铜覆钢试验后完好，产品质量优异；水平连铸铜覆钢试验后完好，产品质量优异； n c. 冷拉铜覆钢大电流冲击后部分区域铜层翘起，出于安全考虑，建议冷拉铜覆钢大电流冲击后部分区域铜层翘起，出于安全考虑，建议 改进生产工艺，进一步提高铜层结合性；改进生产工艺，进一步提高铜层结合性； n d. 国产电镀铜覆钢铜层较薄，试验中鼓泡现象严重，氧化层脱落较多，国产电镀铜覆钢铜层较薄，试验中鼓泡现象严重，氧化层脱落较多， 对材料耐蚀性非常不利，不建议使用；对材料耐蚀性非常不利，不建议使用； n e. 进口电镀铜覆钢少量区域出现较小鼓泡，氧化层脱落较少，相比国进口电镀铜覆钢少量区域出现较小