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声发射技术在复合绝缘子端部金具压接上的应用 中国电力教育2010年管理论丛与技术研究专刊 声发射技术在复合绝缘子端部金具压接上的应用 惠强王刚 (东莞市高能电气股份有限公司,广东东莞523012) 摘要:对复合绝缘子端部金具压接原理进行详细分析,并制定出合理的压接参数.在此基础上,引入声发 射监测仪器对压接工艺进行监测分析,严格控制制造质量,可以大大提高复合绝缘子机械性能的稳定性,减少绝 缘子机械性能问题引起的线路运行事故. 关键词:声发射;压接式;机械性能;无损监测 声发射就是材料在外载荷或内力作用下以弹性波的 形式释放应变能的现象.材料受到外载荷作用时,由于 内部结构应力分布状态所积蓄的应变能力达到一定程度 时,将发生应力的重新分布,从而达到新的稳定状态. 在这一过程中伴随着应变能的释放过程.这种被释放的 应变能,一部分是以声波的形式发射出去,所以就称它 为声发射.应力波发射的大部分频率范围要比人耳能听 到的声频广得多,从次声到超声频率. 由上所述,材料受外载作用时,一部分应变能会以 声发射的形式出现.基于上述机理,对于材料微观形变 的发生和发展,我们就可以利用声发射来提供它们的动 态信息.由于声发射的活动往往在材料破坏之间很早就 会出现,因此根据这些声发射的特点及其发射的强度, 不仅可以推知声发射源的目前状态,而且可以知道它形 成的历史,预报其发展趋势,从而进行状态监测和故障 诊断.在复合绝缘子端部金具压接时,由于金具表面受 到外在压接力作用后变形传递到金具内表面与芯棒表面 引起芯棒中的玻璃纤维发生形变,产生声发射源.所 以,我们可以利用该原理来对复合绝缘子端部金具压接 状态进行监测并对此过程进行预报. 一 ,复合绝缘子压接参数选择及连接与失效原理 1.压接界面的连接原理 复合绝缘子的压接界面结构是由芯棒与金具组成 的,其连接方式是通过压接设备对装配在芯棒上的金具 施加外压力,促使金具发生塑变位移,产生较大瞬间位 移量,在金具和芯棒的接触面上产生一定的压应力,在 施加外力时压应力转变为轴向摩擦力而承载,来实现与 芯棒连接的目的.由于这种结构方式属于非自锁机构, 因此必须完全依靠金具对芯棒的轴向摩擦力来防止芯棒 在承受外力时可能出现的任何滑移和破坏. 2.压接参数的选取 因金具和芯棒两种材料表面硬度差别很大,制造中 压接力不足会导致机械强度不够,压接力过大可能使芯 棒产生损伤.因此,压接界面结构组装就存在着极限位 移量确定的问题,根据压接界面结构部件材质压性能变 化特点,应以芯棒部件受压性能来确定界面结构极限位 移量参数.在具体确定过程中,首先应根据芯棒受压始 终呈现线性弹性变形的特点,结合构成芯棒的纤维和树 脂所占空间体积实际状况以及其机械性能的差异,在已 规定芯棒纤维含量变化数值的基础上,经过结构分析估 算出芯棒极限弹性变形量波动范围.同时还必须通过批 量芯棒试验进行验证.在金具与芯棒连接界面结构组装 时,其内壁所出现的反向位移量,应以芯棒实际的承压 状态做圆周加压试验方法获取极限压应力数值.利用界 面结构部件相互作用都必然产生变形的机理,通过分析 计算加以确定.至此可以通过芯棒极限弹性变形量和金 具内壁反向位移量确定出压接界面及结构组装极限位移 量参数,即我们Et常生产中所说的压缩量. 确定出理想压缩量后,要取光棒短样进行压接试 验.此时,钢模挤压面的形状,数量对压缩量都有影 响.其挤压面的形状,数量与塑性变形的金具套筒和弹 性变形的芯棒之间形成圆滑的圆柱形配合面有直接关 系.而圆滑的圆柱形配合面对形成理想压缩量很重要. 根据大量研究试验,我们一般选择平均分割的八块圆柱 形压接模具,从圆周上八个位置同时往向心方向对金具 套筒外圆表面进行挤压.这样有利于芯棒配合面形成均 匀,适宜的压缩量.钢模内径与压接金具外径相匹配, 在理论压缩量上下0.2mm范围内,用不同的压缩量压 制出试验短样,在此过程中分别收集其压接声发射波形 图.然后对短样分别进行拉力破坏试验,得出其对应的 破坏值.拉力破坏试验完毕后,再用铣刀将压接部位铣 出不同深度的平面,放在4X100倍显微镜下观察其内 部纤维的分布情况及状态(如图1所示),结合声发射 波形图,综合分析其数据后,绘制出不同压缩量对应的 机械破坏负荷图,并选取合适的压接参数范围.根据此 压接参数范围对应的声发射波形图,确定出声发射波形 图中的撞击,能量,频率等参数范围.至此,再做重复 性验证试验进行验证后,压接参数即确定. 作者简介:惠强,男,东莞市高能电气股份有限公司,工程师. 325 326 声发射技术在复合绝缘子端部金具压接上的应用 ■■_a欠压芯棒剖面b.适中芯棒剖面c.过压芯棒剖面 图1芯棒内部纤维的分布情况及状态图 3.压接界面失效分析 复合绝缘子的压接连接界面,足靠塑变金具内