CN101537521A - 铝电磁线和黄铜的钎焊方法 - Google Patents

铝电磁线和黄铜的钎焊方法 Download PDF

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温立民
刘燕
易吉良
区富洋
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Areva-Sunten Electric Co., Ltd.
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Abstract

一种铝电磁线和黄铜的钎焊方法，包括铝电磁线和黄铜连接头，先将黄铜连接件的表面经过电镀镀镍或化学镀镍处理，以增强钎料和黄铜连接件的连接强度和增强铝铜接头抗腐蚀性能，该镀镍层能够隔离铝原子和铜原子，防止其相互扩散，并形成脆性金属间化合物层，使铝铜接头强度降低，然后采用药芯式Al－Si硬钎料，药芯为无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，用火焰钎焊将铝电磁线和黄铜连接件镀镍表面部分进行搭接钎焊。钎焊时使用的药芯式Al－Si硬钎料主要成分的质量百分比依次为Si为9.0～13.0％，Cu＜4.70％，Zn＜0.20％。采用本发明焊接的铝电磁线和黄铜连接件的接头，接头抗拉强度与铝电磁线的抗拉强度基本相同。

Description

铝电磁线和黄铜的钎焊方法
本申请是申请号为200710026890.3的分案申请，其申请日为2007年2月7日，发明名称为铝电磁线和黄铜的钎焊方法。
技术领域
本发明涉及一种铝电磁线和黄铜的钎焊方法，特别是一种铝导体电力变压器线圈的铝电磁线和黄铜连接件的钎焊方法。
背景技术
近几年来，随着电力系统装机容量的不断发展，输变电设备需求量也增长很快，输变电设备用原材料逐渐出现供不应求的现象，但是，变压器行业使用的主要原材料铜的价格却一直上涨，为了寻求企业更好发展途径，加强企业竞争力，变压器行业许多企业都在积极应对铜材料价格上涨的不利因素，开发一种补充产品-铝导体的变压器，以满足一部分市场需要。
铝导体干式变压器的线圈外浇注有环氧树脂，线圈采用铝电磁线或铝箔绕制，为了提高出线端子的强度，线圈出线采用铜排或铜螺母。采用铝线圈及铜出线结构后，首要解决的主要工艺问题是铝和铜的焊接。由于变压器线圈工作在高电压下，需要承载大电流、温升、电磁振动和短路电动力，所以要求铝铜焊接接头牢固可靠、导电性能良好。
在上世纪六七十年代，我国也曾大力进行铝导体变压器的开发和应用，但是后来由于铝导体变压器经常出现故障：出线端子在短路时铝导体强度不够，容易引起绕组变形；为了提高出线端子的强度，尝试用铜来代替铝出线，但是随后出现新的问题，其主要问题是铝铜焊接接头的可靠性和稳定性能不够，故逐渐减少使用。目前，国外一些发达国家及外资企业开始生产铝导体变压器，其铝铜接头多采用冷压套管的方法来实现，即铝线和铜线在连接时分别从两头插入一个特制的铜套管，然后再用冷压钳将铜套管压扁，使铝线和铜线完成连接。该方法的缺点是：接头直径增大很多，不利于变压器线圈的绕制；同时操作也比较麻烦。而国内厂家生产铝导体变压器多采用摩擦焊铝铜过渡接头，该方法的缺点是：铝铜接头在焊接连接过程中，常常因为温度过高使接头变脆而开裂；其开裂的原因是由于铝铜接头在高温下，铝和铜原子扩散形成金属间脆性化合物，并不断加厚造成；另一方面，圆形摩擦焊接头在压成扁形过程中产生加工硬化，在线圈绕制时很难折弯成形；由于采用Zn-Al钎料直接钎焊铝电磁线和黄铜螺母，接头抗拉强度较低为26MPa，不能满足使用要求，并且该接头不能同时满足高强度和高抗腐蚀性等要求，故现有铝铜的摩擦焊和钎焊工艺还有待于进一步完善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够满足高强度、高抗腐蚀性的铝电磁线和黄铜的钎焊方法，以克服现有技术中的不足之处。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种铝电磁线和黄铜的钎焊方法，包括铝电磁线和黄铜连接头，其特征在于先将黄铜连接件的表面经过电镀镀镍或化学镀镍处理，以增强钎料和黄铜连接件的连接强度和增强铝铜接头抗腐蚀性能，然后采用药芯式Al-Si硬钎料，药芯为无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，用火焰钎焊将铝电磁线和黄铜连接件镀镍表面部分进行搭接钎焊。
在钎焊前，先对黄铜连接件的表面进行的镀镍层能够隔离铝原子和铜原子，可防止其相互扩散，并形成脆性金属间化合物层，使铝铜接头强度降低。
在钎焊前，焊缝部位应无油污、氧化膜和其它杂质。除油污：用丙酮或其它有机溶剂清除表面的油污；除氧化膜：用钢丝刷或刮刀等工具去除氧化膜。清理后的焊件应立即进行焊接工作，其间隔时间不应超过24h。
在火焰钎焊时，可预先将钎料钎剂放置在待焊处，与焊件同时加热；也可先将焊件加热到钎焊温度，再将药芯钎料送到钎焊部位，待钎剂与钎料熔化，钎料均匀填缝后再慢慢撤去火焰。应避免将火焰直接加热钎料和钎剂，以免钎剂过热失效。接头形成后，应及时停止加热，以免发生母材熔蚀。
采用本发明焊接的铝电磁线和黄铜连接件的接头，接头抗拉强度与铝电磁线的抗拉强度基本相同；铝铜接头电阻值小于铝电磁线电阻值；在155℃，接头耐温度变化性能良好；接头耐高温性能较好。钎焊接头能够满足铝导体电力变压器线圈的铝电磁线和黄铜连接件的焊接要求。
附图说明
图1为本发明一实施例钎焊接头的结构示意图。
图2为图1的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
图中，1为铝电磁线，2为焊缝，3为黄铜黄铜连接件。
参见图1-2，本铝电磁线和黄铜的钎焊方法，于焊接前先将黄铜连接件的表面经过电镀镀镍或化学镀镍处理，以增强钎料和黄铜连接件的连接强度和增强铝铜接头抗腐蚀性能，然后采用药芯式Al-Si硬钎料，药芯为无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，用火焰钎焊将铝电磁线和黄铜连接件镀镍表面部分进行搭接钎焊。
黄铜连接件依次经过下述工艺：中性除油-超声波除油-水洗-酸洗-水洗-碱性镀铜-水洗-活化-水洗-前面所述的电镀镀镍或化学镀镍处理-水洗-烘干。
其中，1)中性除油是在室温下，采用20～30％的YJ-010型冷脱剂，处理0.75～1.25h；
2)超声波除油是在50℃～70℃的温度下，于3～8％的RS-86B型除蜡水中处理时间为1～10min；
3)酸洗是在30％的浓盐酸中浸泡5～20s；
4)活化是在10％盐酸中浸泡时间不大于2min；
其中，a)电镀镀镍时的电镀液中各主要成分及浓度为：硫酸镍NiSO4·7H2O，150～250g/L，氯化镍NiCl2·6H2O，40～60g/L，硼酸H3BO3，40～50g/L，于45～60℃温度下，电流密度为0.5～2.5A/dm2，处理时间为0.75～1.5h，其中电镀液的PH值为3.8～5.5，镍层厚度为5～20μm；
b)化学镀镍采用次磷酸盐作还原剂，其反应过程为：
Ni2++H2PO2 -+H2O→HPO3 2-+3H++Ni
H2PO2 -+H→P+H2O+OH-
其中，部分H2PO2 -被氢原子还原成磷夹杂在镀层中；镀液主要成分及操作条件为：硫酸镍NiSO4·7H2O：10～50g/L，次磷酸钠NaH2PO2·3H2O：10～50g/L，乙酸钠NaC2H3O2·3H2O：10～40g/L，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)：15～19g/L，镀液的PH值为4.5～5.5，反应温度为75℃～95℃，沉积速度为10～25μm/h，镀层含磷量：5～9％。
6)碱性镀铜步骤，电镀液主要成分及浓度为：氰化亚铜CuCN：45～60g/L，氰化钠NaCN：65～85g/L，氢氧化钠NaOH：5～20g/L，温度为40～60℃，电流密度为0.5～2.5A/dm2，反应时间为2～8min，碱性镀铜时紫铜层厚度为7～12μm。如果在满足镀镍质量的情况下，可取消碱性镀铜步骤。
钎焊时使用的药芯式Al-Si硬钎料主要成分的质量百分比依次为Si为9.0～13.0％，Cu＜4.70％，Zn＜0.20％，Mg＜0.15％，Mn＜0.15％，Fe＜0.8％，其它元素总量≤0.15％，Al为余量；钎剂主要成分为K3AlF6和KAlF4；钎料液相线为582～596℃，钎焊温度范围为582～604℃；其中，钎料和钎剂的重量比为4∶1～1∶1。
本发明较佳的实施例是Cu＜2.70％，钎料和钎剂的重量比3.5∶1～2∶1，其余同上。
钎焊时采用0.001～0.10MPa的金火焰燃气压力，焊矩H01-12A，焊嘴1～5号，氧气压力：0.4～0.7MPa，钎焊时，将纯铝牌号为L1～L4的铝电磁线和普通六角黄铜棒H62的镀镍部分搭接在一起。
由于采用了药芯式Al～Si钎料，在火焰钎焊时，可避免火焰直接加热钎剂，使钎剂过热失效。即；
2KAlF4+3H2O→2KF+Al2O3+6HF
此反应在600℃时比较明显，钎剂将水解，留下不溶的残渣。
在火焰钎焊时，可预先将钎料钎剂放置在待焊处，与焊件同时加热；也可先将焊件加热到钎焊温度，再将药芯钎料送到钎焊部位，待钎剂与钎料熔化，钎料均匀填缝后再慢慢撤去火焰。应避免将火焰直接加热钎料和钎剂，以免钎剂过热失效。
钎焊接头性能测试：
1)测试条件
铝电磁线1线规为4.25x9mm，纯铝牌号L1～L4。
黄铜连接件3母材料为18普通六角黄铜棒H62，
钎焊搭接面积：9x15＝135mm2，
2)接头抗拉强度：为59.7MPa，与铝电磁线抗拉强度基本相同。
3)接头电阻测试：铝铜接头电阻值＝21.8微欧＜铝电磁线电阻值＝33.1微欧。
4)接头耐温度变化性能测试：将钎焊铝铜接头试样，进行加热循环，即：室温→加热到155℃→保温5h→降到室温，再加热到155℃，......这样连续加热循环5次后，取出试样做拉伸试验。
结果：钎焊铝铜接头试样抗拉强度没有异常情况，为59.1MPa，拉伸试样均在铝线断裂。
5)接头耐高温性能试验：将铝铜接头试样，加热到300℃，并保温2h。冷却到室温后做抗拉强度试验，结果钎焊接头在铝电磁线上断裂。接头耐高温性能良好。
综上所述，依据本发明钎焊的钎焊接头完全能够满足铝导体电力变压器线圈的铝电磁线和黄铜连接件的焊接要求。

Claims (3)

1.一种铝电磁线和黄铜的钎焊方法，包括铝电磁线和黄铜连接头，其特征在于先将黄铜连接件的表面经过电镀镀镍或化学镀镍处理，以增强钎料和黄铜连接件的连接强度和增强铝铜接头抗腐蚀性能，然后采用药芯式Al-Si硬钎料，药芯为无腐蚀性的氟铝酸钾钎剂，用火焰钎焊将铝电磁线和黄铜连接件镀镍表面部分进行搭接钎焊；钎焊时使用的药芯式Al-Si硬钎料主要成分的质量百分比依次为Si为9.0～13.0％，Cu＜4.70％，Zn＜0.20％，Mg＜0.15％，Mn＜0.15％，Fe＜0.8％，其它元素总量≤0.15％，Al为余量；钎剂主要成分为K3AlF6和KAlF4；钎料液相线为582～596℃，钎焊温度范围为582～604℃；其中，钎料和钎剂的重量比为4∶1～1∶1。
2.根据权利要求1所述的铝电磁线和黄铜的钎焊方法，其特征在于所述的Cu＜2.70％。
3.根据权利要求1所述的铝电磁线和黄铜的钎焊方法，其特征在于所述的钎料和钎剂的重量比3.5∶1～2∶1。
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