Глава 4. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

4-1. Особенности сварки проводов и кабелей. Способы соединения и оконцевания

В предыдущем разделе были показаны преиму­щества применения сварки для выполнения кон­тактных соединений проводников электрического тока — шин, кабелей, проводов. И если сварка шин, представляющих собой в большинстве слу­чаев плоские пластины, обусловлена главным образом факторами, зависящими от свойств ма­териала, из которого они изготовлены (алюминий, медь), то при сварке кабелей и проводов прихо­дится считаться, кроме того, с их особенностями как определенных, казалось бы, не приспособлен­ных для сварки конструкций.

65

В самом деле, жила провода или кабеля пред­ставляет собой пучок тонких проволок, опасность пережога которых при сварке очень велика. При действии газосварочной горелки или электриче­ской дуги на боковые поверхности многопроволоч­ной жилы неизбежно переплавление отдельных проволочек. Определенные трудности представ­ляет также удаление окисных пленок с поверх­ности внутренних проволочек, составляющих многопроволочные алюминиевые жилы. Наличие вблизи от места сварки изоляции жил, представ­ляющей собой горючий материал, также ослож­няет сварку, так как требует принятия специаль­ных мер по защите изоляции от недопустимого перегрева. Остатки флюсов и шлаков практически не могут быть удалены из зазоров между проволоч­ками, что при определенных условиях может привести к коррозии алюминиевых проводов и нарушению соединений в эксплуатации.

3 Р, Е. Евсеев( В. Р« Евсеев

В принятых в настоящее время способах сварки кабелей и проводов технологические трудности уменьшаются ИЛИ ПОЛНОСТЬЮ устраняются соответствующей организацией процессов сварки. При этом общими для всех способов сварки являются следующие положения: -

1) сварка ведется в формах, предотвращающих растекание металла, что делает ее доступной рабочим, не имеющим квалифи­кации сварщиков;

Рис. 4-І. Схемы выполнения сварки алюминиевых многопроволоч­ных проводов в горизонтальном и вертикальном положениях: а — нормально выполненное соединение; б — соединение, выполненное в форме с низкой литниковой трубкой; в — сварка жил в форме с вы­сокой литниковой трубкой; г — сплавление многопроволочной жилы

в монолит

дят в монолитную часть соединения, как отдельные ручейки вли­ваются в общий поток. Практически зона приварки проволочек в большинстве случаев оказывается заключенной внутри видимой снаружи части соединения, так как на некотором участке возни­кает натек металла на наружную поверхность жилы {т на рис. 4-І, а). Таким образом, фактическая длина монолитной части соединения (расстояние 2k между плоскостями приварки по тор­цам проволочек двух соединяемых жил) меньше видимой его на­ружной части.

Авторы сочли полезным обратить внимание на эту особенность сварных соединений проводов и кабелей с тем, чтобы устранить часто возникающие недоразумения при оценке качества таких соединений, когда ошибочно считают, что сварка подобно пайке должна происходить по боковым поверхностям проволочек.

Соединение кабелей с алюминиевыми жилами выполняется всегда встык. Это обусловлено конструкцией соединительных кабельных муфт. Соединения же проводов могут выполняться как встык, так и сваркой по торцам, когда концы сложенных вместе в пучок соединяемых проводов сплавляются в общий монолитный стержень.

Сварка встык производится, как правило, при горизонтальном положении жил. Однако в некоторых способах электрической и газовой сварки введена промежуточная операция сплавления кон­цов многопроволочных жил в монолитные стержни, которая вы­полняется всегда при вертикальном расположении жил. Это, как будет показано ниже, обеспечивает особенно высокое качество соединений.

Оконцевание алюминиевых кабелей и проводов в зависимости от способа сварки, типа привариваемого наконечника и условий присоединения конца кабеля может производиться как при-вер­тикальном, так и при горизонтальном положении жил.

Сварка встык медных жил не получила распространения из-за образования сетки мелких раковин в сечении отдельных проволо­чек, значительно снижающих механическую прочность соедине­ния. В практике используется только сварка по торцам однопро­волочных медных проводов малого сечения (до 6 мм[14]) и приварка кабельных наконечников к жилам сечением до 1000 мм2.

Все способы соединения алюминиевых многопроволочных жил при горизонтальном расположении их во время сварки обладают недостатком, заключающимся в возможности образования суже­ний сечений отдельных проволочек у места вхождения их в моно­литную часть соединений (рис. 4-1, б). Сужения могут возникать вследствие усадки при застывании металла внутри трубок (гильз), образованных тугоплавкой пленкой окиси, покрывающей отдель­ные проволочки.

3*

67

Дело в том, что гильзы из окисной пленки разрушаются при перемешивании плавки в процессе сварки только на участке fe, равном половине ширины литникового отверстия в форме. Металл

же при нагревании форм (например, газосварочной горелкой) обычно расплавляется на большем участке — I. Поэтому в зоне длиной I—k алюминий некоторое время находится в гильзах в жид­ком виде. И так как затвердевание металла в гильзах происходит в отдельных автономных объемах, в зонах длиной I—k возможно образование усадочных раковин вследствие отсутствия условий для их компенсации (поз. 1 на рис. 4-1, б). Кроме joro, сужения

Рис. 4-2. Макрошлифы сварки алюминиевых мно­гопроволочных проводов в вертикальном (а) и горизонтальном (б) положениях и внешний вид сплавленного в монолитный стержень многопро­волочного провода (в) 1 — монолитная часть; 2 — проволочки жилы; 3 — сужение сечения при вхождении в монолитную часть при сварке в форме с низкой литниковой трубкой (макрошлифы увеличены в 10 раз)

сечений проволочек могут возникать вследствие вытекания (вы­давливания) металла из этих гильз в зону сварочной ванны под действием веса гильз, расположенных выше рассматриваемой (поз. 2 на рис. 4-1,6 и 4-2, б).

Устройством высоких литников (литниковых трубок) у свароч­ных форм удается устранить указанные недостатки. Столбик рас­плавленного металла в литнике создает давление, благодаря чему гильзы заполняются (подпитываются) металлом из сварочной ванны (рис. 4-1, в).

Особенно полно подпитка гильз металлом из сварочной ванны проявляется при сварке в вертикальном положении жил, например при сплавлении концов жил в монолитные стержни и при приварке кабельных наконечников. В этих случаях все проволочки много­проволочной жилы оказываются приваренными к монолитной части соединения без каких-либо сужений сечения и пережогов (рис. 4-1, г; 4-2, а, в). Высокое качество соединения при сварке
в вертикальном положении достигается легко, независимо от ква­лификации исполнителей, что делает этот принцип сварки весьма рациональным.

В образовании сварных соединений набелей и проводов велика роль флюсов. Отмеченные на стр. 9 трудности, возникающие при сварке пластинчатого алюминия (шины), многократно увели­чиваются при выполнении соединений многопроволочных жил. Отдельные объемы металла при расплавлении проволок в дан­ном случае оказываются раз­деленными многочисленными пленками окиси, покрывающи­ми проволоки, что мешает их слиянию, необходимому для сварки. Действие флюса, рас­творяющего пленку окиси, хо­рошо иллюстрирует рис. 4-3, где показан характер плавле­ния алюминиевых проволок диаметром 5 мм с флюсом и без него при нагревании их газовой горелкой. При плавлении без флюса затруднено стекание капли металла, удерживаемой пленкой окиси (гильзой). Конец проволоки вытянут в сосульку каплей, вытекающей из гиль­зы. Наблюдается значительное сужение сечения проволоки у конца. Между тем поверх­ность проволоки В случае пла - Рис. 4-3. Характер плавления алюми-

вления с флюсом освобождена ниевого прутка^без флюса (а) и с флю-

от окиси, созданы условия для сом (

беспрепятственного стекания

капли металла, не наблюдается сужения сечения. На этом примере можно убедиться в том, насколько плохим может ока­заться качество сплавления между собой отдельных проволок при сварке многопроволочных жил без флюса.

Исследования и опыт использования сварки убеждают, что при­менение флюса обязательно в случае, если жилы состоят из про­волок диаметром меньше 3 мм. Правда, частично пленки окиси (гильзы) разрушаются в результате перемешивания плавки сталь­ной проволочной мешалкой. Однако при сварке без флюса они не могут быть удалены и остаются в сварочной ванне, загрязняя плавку. В результате этого ухудшаются электрические и механи­ческие свойства соединения.

Перечень способов сварки для соединения и оконцевания ка­белей и проводов и рекомендации по их применению приведены
в табл. 4-1. Существуют три основных вида сварки—газовая, электрическая и термитная.

Технология газовой сварки достаточно проста, с ее помощью можно выполнять соединение и оконцевание алюминиевых жил всех сечений. Качество соединений получается весьма высоким благодаря защите металла от окисления, осуществляемой газовым пламенем, и возможности гибкого регулирования и надежного контроля процесса сварки.

Электрическая сварка более доступна электромонтажникам, чем газовая, так как не требует наличия специальной аппаратуры, сжатых газов и выполнения специфических правил техники без­опасности. Однако в случае непосредственного действия дуги на свариваемые жилы кабелей и проводов возможен пережог отдель­ных проволок вследствие высокой температуры дуги и невозмож­ности регулирования процесса нагревания (при удалении электрода от места сварки дуга гаснет). По этой причине применяются спо­собы бездуговой электросварки, методом контактного разогрева, используются специальные приемы, при которых пережог прово­лочек дугой удается устранить или'исключается непосредственное действие дуги на жилы (например, дуга используется только для наружного разогревания сварочных форм).

Термитная сварка, обеспечивая отличное качество соединений и оконцеваний жил, обладает весьма существенными преимущест­вами, такими, как независимость от наличия на месте работ сжатых газов или электроэнергии, необходимых для выполнения газовой или электросварки, простота технологии, простота, малая масса и большая компактность приспособлений. Эти качества делают термитную сварку весьма мобильной и незаменимой в линейных (полевых) условиях.

Выбор способа сварки (табл. 4-1) определяется конкретными условиями монтажа, наличием той или иной аппаратуры и мате­риалов, а также квалификацией исполнителей.

Присоединение кабелей и проводов к контактным выводам элек­трооборудования или к шинам производится с помощью специаль­ных деталей для оконцевания жил — кабельных наконечников, которые закрепляются опрессовкой, сваркой или пайкой.

В этой книге рассматриваются только способы оконцевания с помощью сварки, обеспечивающие наивысшую надежность и долговечность узлов подключения кабелей и проводов. Типы на­конечников зависят от способов сварки, от того, в каком положе­нии (вертикальное, горизонтальное) будут находиться жилы ка­беля или провода в процессе монтажа, а также в ряде случаев от расположения в пространстве контактных выводов электрообо­рудования. Весьма важно, чтобы конструкция наконечников поз­воляла использовать простую технологию приварки, доступную электромонтажникам, не имеющим квалификации сварщиков.

Наконечников для медных жил, специально рассчитанных на сварку, в настоящее время не существует, так как медные

Таблица 4-і Способы сварки, применяющиеся для соединения и оконцевания кабелей и проводов Вид соеди­ нения Способ сварки Область применения Рекомен* дации по приме­нению Алюминиевые жилы 1. Термитно-муфель­ная сварка патронами марки ПА а) Кабели и провода с бумаж­ной пропитанной, полимерной и резиновой изоляцией на напряже­ние до 35 кВ, с многопроволочны­ми и однопроволочными (сплош­ными) жилами сечением 16— 800 мм2 б) Кабели на 110 и 220 кВ с бу­мажной (маслонаполненные) и по­лимерной изоляцией сечением 400 мм2 СП СП к 2. Термитно-муфель­ная сварка патронами марки ПАС а) Алюминиевые и сталеалюми­ниевые провода воздушных элек­тролиний на все напряжения, се­чением до 600 мм2 СП 3 fr- о t 1 Соединение I 3. Пропано-кислород - ная сварка а) То же, что п. 1а, но при на­пряжении до 10 кВ б) Кабели АВЭВ и АсВВ сече­нием 1000 и 1500 мм2 СП СП 4. Адетилено-кисло­родная сварка в от­крытых формочках с предварительным сплавлением жил в монолит а) То же, что и п. 1а, но сече­нием до 240 мм2, при напряжении до 10 кВ д 5. Электросварка способом контактного разогрева в открытых формочках б) То же, что п. 1а, но сечением до 240 мм2 при напряжении до 10 кВ д 6. Электродуговая сварка ванным спосо­бом Сталеалюминиевые троллейные провода СП

Вид соеди­ нения	Способ сварки	Область применения	Рекомен­дации по приме­нению
Соединение ВСТЫК	7. Холодная сварка давлением	а) Алюминиевые одножильные провода сечением до 10 мм2 б) Алюминиевые провода с мед­ными сечением до 10 мм2 в) Медно-алюминиевые пере­ходные контактные стержни сече­нием до 240 мм2	д д СП
Соединение сваркой по торцам (сплавление в общий монолитный стержень)	8. Термитно-муфель­ная сварка патронами марки ПАТ	а) Соединение изолированных проводов суммарным сечением до 240 мм2 в коробках, ящиках, шка­фах б) Ответвление изолированных проводов суммарным сечением до 240 мм2 в коробках, ящиках, шка­фах и от цеховых магистралей, проложенных открыто	СП СП
9. Электросварка способом контактного разогрева	а) То же, что пп. 8а и 86 б) Соединение и ответвление од­нопроволочных изолированных проводов сечением до 10 мм2	д СП
10. Пропано-кисло - родная сварка	а) То же, что пп. 8а и 86 б) То же, что п. 96	СП СП
11. Ацетилено-кисло­родная сварка	То же, что пп. 8а и 86	д
Оконцевание	12. Термитная свар­ка патронами марки ПАН гильзы наконеч­ника и конца жилы кабеля (торцевая свар­ка)	а) Многопроволочные и одно­проволочные (сплошные) жилы ка­белей на напряжение до 10 кВ се­чением 50—240 мм2 (штуцерные наконечники типа ЛАШт) б) Кабели на 110 и 220 кВ с бу­мажной (маслонаполненные) и по­лимерной изоляцией сечением 400 мма (специальные контактные устройства)	СП СП
13. Термитная свар­ка патронами марки ПА стержневого нако­нечника с жилой ка­беля (сварка встык)	а) Многопроволочные и одно­проволочные жилы сечением 16— 240 мм2 (штифтовые наконечники) б) Многопроволочные кабели и провода сечением 300—800 мм2 (стержневые наконечники с пло­ской контактной частью типа JIAC) в) Кабели на 110 и 220 кВ с бу­мажной (маслонаполненные) и по­лимерной изоляцией сечением 400 мм2 (специальные контактные устройства)	СП СП СП

Вид соеди­ нения	Способ сварки	Область применения	Рекомен­дации по приме­нению
	14. Электросварка угольным электродом на постоянном токе и аргонодуговая непла - вящимся электродом на переменном токе (торцевая сварка)	а) Многопроволочные и одно­проволочные жилы кабелей и про­водов на напряжение до 10 кВ се­чением до 1500 мм2 (наконечники типа J1A) б) То же, что и п. а, но сечением до 240 мм2 (наконечники типов ЛА, ЛАШ и ЛАШт)	СП — для жил 300— 1500 мм2 Д — для жил до 240 мм2
Оконцевание	15. Полуавтоматиче­ская аргонодуговая сварка плавящимся электродом	Многопроволочные жилы кабе­лей и проводов на напряжение до 10 кВ сечением 300—1500 мм2 (стержневые наконечники типа ЛАС)	СП
16. Автоматизиро­ванная аргонодуговая сварка плавящимся электродом	Многопроволочные жилы кабе­лей и проводов с полимерной изо­ляцией сечением 35—240 мм2 (на­конечники типа ШАС)	Р
	17. Электросварка методом контактного разогрева	Кабели и провода на напряжение до 10 кВ сечением 16—240 мм2 (на­конечники типов ЛА, ЛАШ и ЛАШт)	Д
	18. Пропано-кисло - родная сварка	а) То же, что п. 17 б) То же, что п. 15 в) Оконцевание жил сечением 300—1500 мм2 путем непосред­ственной приварки пластин из сплава АД31Т1	СП СП СП
	19. Ацетилено-кисло - родная сварка	То же, что п. 17	р
ъе § н		Медные жилы
ю ш к к <и и I о и	20. Термитно-му­фельная сварка па­тронами марки «М»	Голые медные провода воздуш­ных электролиний на все напряже­ния сечением 35—1500 мм2	СП
21. Холодная сварка	Медные троллейные провода	р

Вид соеди­			Рекомен­
Способ сварки	Область применения	дации по при­
нения			менению
я £
8 я CL	22. Электросварка	а) Однопроволочные изолиро­	СП
£ °	методом контактного	ванные провода оечением до 6 мм2
К “ S О	разогрева	(соединение и ответвление)	д
И 1=		б) То же, что п. а, но соединение
		. алюминиевых проводов с медными
$ §
и |
ф	.23. Электросварка	Медные жилы кабеля и прово­	СП
IS в	угольным электродом	дов сечением до 800 мма (приварка
ffl	на постоянном токе,	наконечников)
eg	аргонодуговая сварка
№ О	неплавящимся элек­
Sfi О	тродом на переменном токе

п р и м е ч а н я е. Условные обозначения: СП — следует применять (означает, что данный способ является лучшим я поэтому применяется в большинстве случаев); Р — рекомендуется {данный способ является одним аз лучших, но необязательным); Д — допускается (данный способ является удовлетворительным, например, при отсут­ствии необходимого оборудования).

жилы достаточно надежно оконцовываются опрессовываемыми, припаиваемыми ши зажимными наконечниками. При необходи­мости применения сварки используются трубчатые наконечники типа ТМ, предназначенные для опрессовки, или наконечники, штампованные из листовых заготовок типа «ГЬ, предназначенные для припайки. Данные по этим наконечникам приводятся на стр. 155. Кроме того, в особых случаях конструируются специаль­ные наконечники немассового применения.

Для алюминиевых жил ГОСТ 7387—77 предусмотрена достаточ­но широкая номенклатура наконечников, рассчитанных на при­варку, для всего диапазона сечений жил 16—2000 мм2 и для раз­ных случаев применения.

Особенностью большинства типов наконечников является наличие хвостовика в виде гильзы-трубки, в которую вводится жила. Сварка при этом производится сверху по верхним кромкам гильзы и торцу жилы при вертикальном ее расположении. Такой способ, как указывалось при рассмотрении общих вопросов соеди­нения и оконцевания проводов и кабелей, является наилучшим в отношении безупречного качества получаемых соединений и наи­более простым для выполнения.

Существенно важными особенностями таких наконечников по сравнению с наконечниками, предназначенными для припайки, является то, что контактная (зажимная) часть отнесена от гильзы, гильза несколько приподнята вверх и образует цилиндрический выступ —венчик (рис. 4-4, а). При использовании наконечников с венчиком исключается необходимость проплавления «тела» самого наконечника в месте сопряжения гильзы с контактной частью, что значительно упрощает работу и делает ее доступной рабочим, не имеющим квалификации сварщиков.

Наконечники с венчиком имеют наименование ЛА и предусма­триваются для жил сечением 16—2000 мм2 (рис. 4-4, а, б). Они

Рис. 4-4. Типы наконечников для оконцевания кабелей и проводов с алюминиевыми жилами: а, б, в, г, д, е, ж, з — наконечники со­ответственно типов ЛА (с двумя отверстиями для болтов), ЛА (с одним отверстием для болта), ЛАШ, ЛАШт, ШАС, ЛАС, штифтовые I *- венчик; 2 *— гильза; 3 — штуцер; 4 — стержень; 5 <■. медная часть; 6 — алюминиевая часть

закрепляются на жилах такими способами сварки, при которых нагревание может быть сконцентрировано на торцах наконечников и жил (электродуговая сварка, сварка способом контактного разо­грева, газовая сварка).

Для термитной сварки применяются наконечники типа ЛАШт (рис. 4-4, г), являющиеся разновидностью наконечников ЛА и отличающиеся от них удлиненной гильзой, необходимой для раз­мещения термитного патрона при сварке. Эти наконечники пред­назначены для оконцевания кабелей с бумажной изоляцией се­чением 50—240 мм2 для тех случаев, когда изолирование и герме­тизация жил в концевых муфтах выполняются с помощью трубок (резиновых, пластмассовых). Для создания рационального сопряже­ния с трубками и обеспечения надежного уплотнения наконечники типа ЛАШт снабжены специальными штуцерами. Эти наконеч­ники могут привариваться не только термитной сваркой, но и другими способами сварки (электрическая, газовая).

Для кабелей с бумажной изоляцией сечением до 240 мм2 преду­смотрен также вариант наконечника ЛА, снабженного штуце­рами (рис. 4-4, е).

Наряду с наконечниками, для закрепления которых исполь­зуется способ сварки по торцам, применяются также наконеч­ники, привариваемые к жилам встык. К их числу относятся штиф­товые наконечники (рис. 4-4, ж, з), служащие для присоединения кабелей и проводов к втычным зажимам аппаратов, и стержневые наконечники, снабженные плоской контактной частью (рис. 4-4, е). Как те, так и другие имеют хвостовик в виде цилин­дрического участка— стержня, которым они, собственна, и при­вариваются к жилам. Стержневые наконечники с плоской контакт­ной частью имеют наименование ЛАС и применяются для жил сечением 300—1500 мм2.

Кабельные наконечники изготовляются путем литья из спе­циальных алюминиевых сплавов, обладающих характеристиками, позволяющими непосредственно присоединять наконечники на болтах к медным зажимам аппаратов. Алюминиевый сплав для контактных деталей должен иметь предел прочности не менее 180 МПа (18 кгс/мм2) и предел текучести, при котором не возникают остаточные деформации при работе соединений.

Как показали исследования, пригодность алюминиевого сплава для контактных деталей может оцениваться также показателем твердости материала. По этому признаку условия для обеспечения надежной длительной работы контактных соединений обеспечи­ваются при твердости не менее 45—50 ед. по Бринеллю.

Кроме описанных выше, находят применение также наконеч­ники типа ШАС, штампованные из алюминиевого сплава АД31Т1 (рис. 4-4, д). Они предназначены для оконцевания кабелей и про­водов с резиновой и пластмассовой изоляцией сечением до 240 мм2- и закрепляются с помощью автоматизированной аргонодуговой сварки полуавтоматом ПРМ-4. Использование такого относительно малораспространенного и громоздкого оборудования, как посты полуавтоматической сварки, а также известная дефицитность ар­гона ограничивают целесообразную область применения наконеч­ников типа ШАС случаями, когда большое число оконцеваний со­средоточено в одном месте на объектах, где организовано приме­нение аргонодуговой сварки и для других целей (например, сварка шинопроводов).

Для кабелей больших сечений (625—2000 мм2), кроме указан­ных выше наконечников, предусмотрены специальные наконеч­ники, конструкция которых позволяет подключать жилы при раз­ных пространственных положениях контактных выводов ап­паратов (см. стр. 128).