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电网铸铝设备线夹缺陷分析
李元佳‘ 何凤生2 孙德兴‘ 李文胜2 （1．广东电网有限责任公司东莞供电局,广东523008：2．广东电网有限责任公司电力科学研究院,广东510080）
摘 要：针对铸铝设备线夹缺陷,采用宏观检查、光谱分析、硬度试验、金相试验和扫描电镜分析等试验方法,得出缺陷产生原因是制造工艺控制不当和材料组织不理想.
关键词：电网：铸铝线夹：缺陷分析
中图分类号：TG115
文献标志码：A
电网设备线夹是连接导线和电气设备的重要金具,由紧固导线部分和电气设备连接部分组成,前者为管形结构,后者为端子板结构！.而铝设备线夹的加工形式通常为铝管焊接端子板或整体铸造,管形结构和端子板之间的接合处是一个薄弱部位,在制造过程中容易形成缺陷,在使用过程中容易发生失效进而危及电网设备安全.
通过分析电网铸铝设备线夹缺陷,为设计制造、检验检测与运行维护提供参考.
1试验方法
近期,电网发生了一起500 kV变电站主变压器开关设备铸铝线夹断裂故障.为避免类似故障的出现,对同一厂家生产的、仍在运行中的铸铝设备线夹进行了更换和检验.
首先对线夹进行整体拉力试验,然后根据线夹实际断裂情况取样,进行宏观检查、光谱分析、硬度试验、金相试验和扫描电镜分析.
线夹的外观结构如图1所示.在进行拉力试验后,沿着两个平行的横截面切出一段试样,两个切面的标号分别为1-2切面和3-4切面.取样位置如图2所示.
2试验分析
2.1宏观检查
整体拉力试验过程中线夹发生断裂,断裂位置在端子板上靠线夹本体的一排开孔水平中心线位置,即整个线夹受力截面最小处.线夹断口形貌如图3所示.肉眼观察断口比较致密,断口处未见明显的塑性变形.
对线夹试样内部的切面进行宏观检查,发现试样的1-2切面和3-4切面上有集中的缩孔和分散的疏松或针孔（见图4）.通过检查发现,1-2切面上的缩孔与3-4切面上的缩孔是贯通的,即缩孔贯穿了整个线夹试样.
2.2光谱分析
采用岛津PDA-7000型火花光电直读光谱仪对试样进行材质分析.据了解,铸铝线夹所用材料牌号为ZAISi12,材料代号为ZL102,化学成分执行标准为GB/T 1173 1995《铸造铝合金》！引.表1为测试样品的成分分析结果.测试样的成分符合标准要求.
2.3硬度试验
用沃波特3000BLD型数显式布氏硬度计对试样进行硬度试验,硬质合金球直径选用5 mm,试验载荷选用2 500 N,实测硬度平均值为50.1HBW.GB/T 1173 1995规定ZAISi12铸件硬度应不低于50HBW.试样的实测硬度符合标准要求.
2.4金相试验
试样经磨制、抛光并用0. 5%氢氟酸水溶液浸蚀后,在Leica DMI 3000M型光学显微镜上观察显微组织形貌.
图5和图6为试样的组织形貌.在图5中,白色基体是α固溶体,用a标识：灰色粗大条片状为共晶体（α+Si）中的Si（或称共晶硅）,用b标识：灰色粗大块状相是初晶硅,用c标识：亮灰色针状为初晶p( Alg Fe2 Si2)相,用d标识,并用箭头指出；浅灰色骨骼状是α( Al,：Fe3 Si)相,用e标识.在图6中,还出现了过烧组织（复熔共晶球团）.复熔球团和骨骼状α( Al,：Fe3 Si)相交织在一起后,复熔球团的尺寸超过50 ym.
2.5扫描电镜及能谱分析
为进一步了解组织并确认相的组成,在Hitachi S-3400N型扫描电子显微镜(SEM)下对金相试样进行观察和分析.
图7和图8为试样的扫描电镜背散射电子(BSE,backscattered electron)图像.在图7中,基体α固溶体显示为深色,粗大条片状共晶硅和粗大块状初晶硅均显示为亮灰色,针状初晶β( Alg Fe2 Si2)相显示为亮白色.在图8中清晰的显示出亮白色的骨骼状α( Al,：Fe3 Si)相.
图9为骨骼状α( Al,：Fe3 Si)相的能谱分析结果.在骨骼状α相中检测到Al、Si、Fe三个元素.
图10为针状p( Alg Fe2 Si2)相的能谱分析结果,在选区中也准确检测到Al、Si、Fe元素.
3讨论
(1)宏观检查发现,铸铝线夹内部存在较多的缩孔缩松等铸造缺陷.线夹的端子板与线夹本体接合处为厚大截面,是一个典型的热节部位.铸件的厚大截面处容易形成缩孔缩松,特别是在不稳定的工艺条件下（例如,浇注温度控制不当、冷却条件不佳或卷入气体）,该位置更容易产生显著的宏观缺陷.另外,从断口形貌来看,未见明显的塑性变形.
(2)光谱分析得出所检测线夹的化学成分符合标准要求.
(3)硬度试验得出所检测线夹材料的硬度符合标准要求.
(4)金相试验发现,所检测线夹材料的组织中有大量共晶硅,还有少量块状初晶硅,在局部有较多的骨骼状α相和针状β相,并发现复熔共晶球（过烧组织）.骨骼状α相和针状β相是两种金属间化合物,一般以共晶体形式存在,它们会显著降低合金的力学性能,特别是塑性和韧性.此外,共晶硅也是典型的脆性相.总之,线夹材料的组织为未经变质处理的不良组织.
(5)在扫描电镜中观察通过不同衬度鉴别出基体、共晶硅、初晶硅、骨骼状α相和针状β相,能谱分析则验证了α相和β相这两个特殊相的存在.扫描电镜观察分析进一步确认了金相试验所获得的结果.
4结论
通过对电网铸铝设备线夹缺陷开展的试验,得出线夹测试部位的化学成分和硬度均符合标准
要求.然而,由于制造工艺控制不当导致线夹内部质量欠佳,存在较多的针孔、缩松、缩孔等缺陷,而且未获得理想的显微组织,材料脆性特征较明显.在使用过程中,线夹缺陷处易产生裂纹,在受风荷载、短路电流冲击等作用下裂纹会迅速扩展并导致线夹发生脆性断裂.
设备论文范文结:
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