淺談GIS裝配過程中鋁材質導電桿的清洗工藝

王瓊鵬 李皓然 李樹果 楊茹茵

【摘 要】氣體絕緣全封閉組合電器由于其特殊性，對裝配過程中的異物控制有很高的要求。組合電器中有大量的導電桿類零部件，加工方式一般為鑄造和焊接兩種形式，材質一般為鋁合金。在出廠例行耐電壓試驗中，有約80%為導電桿表面異物處理不徹底造成耐壓擊穿。因此如果控制好導體表面的異物，一方面可以提升產品質量，另一方面減少了由于返工造成人工和材料成本的增加。

【關鍵詞】GIS;導電桿;清洗工藝;異物

中圖分類號： TM595 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0167-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.068

0 引言

GIS（GAS insulated SWITCHGEAR）是氣體絕緣全封閉組合電器的英文簡稱，由斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、母線、連接件等組成。GIS在72.5kV～1100kV電壓等級的電網系統運用廣泛，其產品質量直接影響到電網運行的安全。由于其高電壓的特點，GIS對裝配過程中的異物控制提出了很高的要求。異物可以分為裝配過程中產生的異物和零部件自身的異物，零部件自身異物主要指在零部件加工制造、運輸、存儲過程中產生的異物。在GIS的組成零部件中有鋼、鐵、鋁、銅、環氧樹脂等材質的零部件，其中根據其材質及性能的不同，在GIS中起到的作用也不同。鋁材質由于其良好的導電性和經濟性，是GIS零部件中運用最多的材質之一。

鋁材質導電桿由于材質軟，在加工過程中極易藏匿鋁屑。當這些鋁屑在零部件的前處理過程中，無法得到有效地去除，藏匿在零部件中，在產品的出廠耐電壓試驗時，極易造成耐壓擊穿的不良問題，對GIS的產品質量造成很大的影響，即使出廠耐壓試驗順利通過，這些藏匿在零部件中的鋁屑也會成為運行產品潛在的質量隱患，威脅電網的安全運行。

如何將加工過程中產生的鋁屑、運輸過程、存儲過程中產生的異物高效、省時省力地清掃干凈，是高壓開關行業生產過程中必須面對的問題。本文闡述的鋁材質導電桿的清洗工藝，就是在高壓開關制造企業的運用實踐。

1 改進前的清洗工藝

1.1 改進前的清洗工藝

在GIS的生產流程中，零部件由發料部門發至工序部門后，首先要進行的就是零部件的清洗。改進前鋁材質導電桿的清洗工藝為打開包裝后，先使用干凈水沖洗零部件的外表面和內表面，再使用百潔布，蘸取專用清洗液清洗零部件的內外表面。專用清洗劑使用YZ-2000型金屬清洗劑與水的混合溶液，水與YZ-2000型金屬清洗劑的比例為5：1，金屬清洗劑YZ-2000的成分主要包括兩性表面活性劑（CAS：14350-97-1）、有機助劑（497-19-8）等，使用專用清洗劑可以更好地去除掉零部件表面的異物。在充分去除零部件表面的異物后，使用干凈水沖洗導體表面，去除掉清洗劑、異物等。

如圖1所示，虛線方框內為現階段水洗作業工藝流程，方框以外的工序為水洗作業工序的上道工序和下道工序。對產品質量有較大影響的是工序2、工序3、工序4和工序5。

1.2 改進前清洗工藝存在的問題

改進前的清洗作業，存在的問題且迫切需要解決的是工序2、工序3、工序4、工序5三個環節。工序2拆除包裝物后，零部件均放置在地面上，占用大量的作業場地，浪費作業場地;同時，由于零部件放置在地面上，容易劃傷、磕碰零部件，帶來不必要的修復工作，且作業人員需彎腰進行作業，勞動強度大。工序3是使用水管，不停地對用水沖洗零部件，存在浪費水資源的問題。工序4是清洗質量的重要保障工序，全部為人工作業，無法有效地對清洗時間進行約束，全部依靠作業人員去判斷清洗時間和清洗效果，存在清洗效率或清洗質量不高的問題。工序5存在的問題和工序3相同，由于需要不停地使用干凈水清洗零部件，存在浪費水資源的問題。

2 改進后的清洗工藝

2.1 改進后的清洗工藝

改進后鋁材質導電桿的清洗工藝采用超聲波清洗和浸沒混流漂洗共同作用的清洗方式。具體工藝流程為上料、在配有專用清洗劑的介質內使用超聲波清洗10分鐘，然后使用浸沒混流將零部件漂洗兩遍，最后使用風切切水，吹掉零部件表面的水后下料，完成清洗工作。具體的工藝流程見下圖2：改進后水洗作業工藝流程圖。

改進后的工藝較之前工位數量有所增加，但對改進前工藝存在的問題有顯著的改善。工序1與原工藝1相同，為清洗工序的上道工序。工序2拆包裝后，零部件直接放置在治具內，治具設置保護裝置，解決了零部件放置在地面容易磕碰的問題;同時由于零部件均放置在治具內，工作占地面積大幅度減少，提高了場地利用率;治具的高度離地1.1m，便于人員作業，減少彎腰動作，降低勞動強度。工序3上料采用上下料小車自動上料;當放置在上下料小車的治具內盛滿零部件后，按動上料按鈕，上下料小車在電機的作用下帶動零部件自動上料。工序4為超聲波清洗;該工序替代改進前的工序3水洗和工序4清洗劑清洗，主要作用為清除零部件表面浮著的異物，改變了以往人工進行清洗的作業模式。超聲波清洗是通過超聲波發生器發出一定頻率的的超聲波，在液體（一般為水）中不斷傳播，產生高頻震蕩信號，在液體中產生數以萬計的微小氣泡，微小氣泡在聲場的作用下振動，氣泡在正壓區迅速增大，然后在物料表面閉合，氣泡在閉合的時候“爆炸”產生沖擊波，通過“爆炸”產生的沖擊波達到代替人工清洗的目的。同時，在水中加入一定的清洗劑，能更好地去除零部件表面的異物。工序5和工序6均為浸沒混流漂洗;超聲波清洗后，零部件表面異物大部分會清洗掉，但當零部件從超聲波清洗介質（即水溶液）中提出時，表面會有清洗劑殘夜和部分異物殘留，通過工序5和工序6的兩次漂洗，可以保證將零部件表面的清洗劑和殘留異物去除，確保零部件表面的潔凈度。工序7為風切切水，由于清洗過程均在水介質中完成，當清洗完成，零部件從介質中提出后，會有大量的水漬殘留，利用風切切水，可以去除表面殘留的水漬，有利于后續的烘干工序，同時減少了水洗作業場地表面的殘留水漬，改善水洗作業環境。工序8為下料，工序7風切切水后，零部件（連同治具）進入上下料下車進行下料。作業人員將零部件從治具中取出，轉運至烘干間，同時檢查零部件清洗狀況，清洗效果良好的零部件進入烘干工序，未清洗干凈的零部件重新進行清洗。工序9和工序10和原有工藝相同，為清洗作業工序的下道工序。

2.1 改進型清洗工藝需要注意的問題

使用改進型清洗工藝清洗GIS鋁材質導電桿時還需注意四個問題。

第一個是超聲波頻率的選擇。超聲波頻率越低，在液體中產生的空化越容易，產生的力度大，作用也越強，適用于工件粗、臟、初洗;頻率高則超聲波方向性強，適合于精細的物件清洗。結合GIS導體類零部件的特點，以采用頻率為40KHZ的超聲波為宜，滿足清洗效果和清洗質量的需要。

第二個是零部件的放置。零部件部分區域難易清洗或者需要清洗內腔時，應將難易清洗的部位或者內腔朝向超聲波發生器的方向，有助于超聲波傳遞到需要清洗的部位，提升清洗效果。

第三個是清洗時間的控制。由于GIS由于導電的需要，在接觸面通常會進行鍍銀處理，使用超聲波清洗時，清洗時間較短時，無法達到清洗效果。清洗時間長時，會對鍍銀面造成一定的傷害，經過實踐，超聲波清洗時間設置為10分鐘為宜。

第四個是清洗劑的選擇。使用清洗劑能達到更好地清洗效果，如果選用前文提到的YZ-2000型金屬清洗劑，還應加入消泡劑，防止清洗過程中大量泡沫的產生，或者選用低泡型的清洗劑。我司目前采用在YZ-2000型金屬清洗劑加入消泡劑的方法，降低泡沫的產生。另外，需要注意的是，由于超聲波震蕩后會產生一定的熱量，造成介質溫度上升，所以在選取清洗劑的時候切勿選用易燃易爆類的清洗劑;如工藝要求必須使用該類清洗劑，應采取一定的降溫措施，防止介質溫度過高而導致安全事故。

超聲波清洗完畢后進入浸沒混流清洗工序。浸沒混流清洗工序主要是利用液體的流動將超聲波清洗后表面浮著的異物漂洗掉。使用兩遍浸沒混流漂洗后，可將零部件表面浮著的異物清洗干凈。最后進行風切切水，盡可能地去除掉表面的積水。切水后進行下料，清洗作業完成。

2.2 改進后的清洗工藝的優點

改進后的清洗工藝最大的優點是將清洗時間和清洗質量量化，有助于產品生產過程質量控制。同時改變了以往“地攤式”清洗作業的方式，工位工序明了，節省了場地的使用面積，降低了勞動強度，節省了人力資源。

3 結語

使用超聲波和浸沒混流的工藝對GIS導電桿進行清洗，能有效地去除掉導電桿由于加工制造、轉運、存儲等環節產生的異物，對降低由于導體自身零部件清洗不徹底造成的產品耐電壓試驗不良等質量問題有明顯的效果。

【參考文獻】

[1]基于表面質量需求的機械零件再制造毛坯預處理工藝優化方法.柯慶鏑;田常俊;李杰;李柏青;翟正樹;詹偉.中國機械工程.武漢.2018年23期.

[2]超聲波清洗原理及工藝.李偉烈.山東工業技術.濟南.2018年12期.

[3]超聲波清洗技術及應用.閆廣錢.物理教師.蘇州.2004年4期.