CN104319010A - 一种复合铜排导电层的焊接方法及复合铜排 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合铜排导电层的焊接方法，通过定位结构将引线工件的焊接部位定位在铜排基体的安装部位上，方便后续焊接的进行。定位后采用电阻钎焊工艺，而不需要加工坡口，因而可以在铜排基体的任意位置设置安装部位，并将引线工件焊接到安装部位，从而得到复杂的且含有小型成型零件结构的复合铜排产品，并提高了焊接的强度和连接的可靠性。通过将引线工件的非焊接部位放置在散热模内，使引线工件的非焊接部位由于焊接所传导来的热量能够通过散热模散发出去，从而防止引线工件的非焊接部位由于过热而产生软化变形、硬度和强度下降，保证非焊接部位的硬度和强度，保证在非焊接区域铆接螺母的抗扭力。此外，本发明还涉及一种复合铜排。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合铜排导电层的焊接方法及复合铜排，属于电子配件技术领域。
背景技术
复合母排又称复合母线、汇流条(母)板、低感母排、叠层母排、迭层功率母排等，属于一种多层复合结构连接排，是目前电力电子设备中广泛应用的重要电气连接形式，是配电系统的高速公路。复合母排采用导电材料和绝缘材料的复合结构。将单层或多层导体用高绝缘强度材料封装形成低电感复合结构。与传统的电缆配线方式相比，使用复合母排可以提供安全快捷、结构清晰、集成度高的电气布线系统。而且，复合母排还具有低阻抗、抗干扰、可靠性高、装配简单、节省空间等特点，特别适合作为大功率变流器的模块化电气连接部件。复合母排导体层选用纯铜、黄铜时称为复合铜排。
现有复合铜排产品多采用在同一块铜排基体上以钣金加工成型工艺的方式来实现产品的电气连接，而目前钣金加工成型工艺需要将铜排基体展开，对铜排基体进行引线时，引线会与铜排基体重叠而形成干涉部位进而导致该部位无法加工。因而干涉部位处需要引线时只能采用焊接工艺将焊接工件焊接到复合铜排铜基板上，如中华人民共和国电力行业标准《母线焊接技术规程/T754-2013:代替DL/T754-2001》规定了采用TIG和MIG两种焊接方法来对铜排进行焊接,包括：坡口加工、焊前清理、焊接等步骤。然而不管是使用TIG还是MIG焊接都需要加工特定的坡口等焊接操作，但是，在铜排基体的中间部位，难以加工出坡口，从而无法在铜排基体的任意部位焊接引线。就算是加工出坡口，也会使得在铜排基体坡口加工处的材料厚度减小，使电流在此处集中，造成铜排的电流密度不均匀，影响铜排使用。而且采用TIG和MIG焊接时，产生热量难以散发，容易导致工件变形，强度降低。并且，受电流集中、引线设置位置以及焊接工艺本身的限制，无法生产出含有复杂且小型的成型零件结构的复合铜排产品。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于，现有的焊接方法无法在复合铜排基体的任意部位安装引线，以及在焊接过程中造成工件变形、强度降低的技术问题，从而提出一种可以在复合铜排导电层上根据实际安装接线位置的要求在任意位置焊接引线的，并可保证引线工件强度的焊接方法。
此外，本发明所要解决的技术问题还在于，现有的焊接方法无法在复合铜排基体的任意部位安装引线，以及在焊接过程中造成工件变形、强度降低的技术问题，从而提出一种可以在复合铜排导电层上根据实际安装接线位置的要求在任意位置焊接引线的，并引线工件强度高的复合铜排。
为解决上述技术问题，本发明的一种复合铜排导电层的焊接方法，包括以下步骤：
S1：将引线工件的焊接部位通过定位结构定位在铜排基体的安装部位上；
S2：在所述引线工件和铜排基体之间填充钎焊料，并将引线工件的非焊接部位放置在散热模内；
S3：采用电阻钎焊工艺，通过电阻块加热使钎焊料熔化，以使得所述引线工件和所述铜排基体焊接固定；
S4：将焊接后的铜排浸入水中冷却，得到复合铜排导电层。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述散热模由导热金属制成，所述散热模上成型有容纳所述引线工件的非焊接部位的散热槽，所述散热槽的截面形状与所述引线工件的非焊接部位的截面形状相同。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述散热槽的截面形状与所述引线工件的非焊接部位的截面形状均为L形。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述散热模的位于所述开口部和所述容纳槽的连通处的内壁为圆弧，所述引线工件的焊接部位和非焊接部位的连接处的外壁为与所述圆弧匹配的弧。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，在所述S3步骤中，所述电阻钎焊工艺包括：
a：预热作为上模和下模的两块电阻块至高于钎焊料熔化温度50-100℃；
b：将已经通过定位结构定位在一起的铜排基体的安装部位和引线工件的焊接部位快速置于两块电阻块之间，使两块电阻块以一定压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合；
c:继续向电阻块通600至800A电流，焊接8-15s，使焊料充分熔化；
d：断开电流后保压10-15s，完成电阻钎焊工艺。
本发明的复合铜排的焊接方法，步骤b中，所述压力为0.2-0.3Mpa。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，完成所述步骤a后，在10-20s内完成所述步骤b。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述定位结构包括，分别成型在引线工件焊接部位和铜排基体安装部位的销钉孔，以及插入所述销钉孔内与所述销钉孔配合而将所述引线工件定位在所述铜排基体安装部位上的销钉。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述钎焊料为铜基钎料或银基钎料。
本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述电阻块为电阻碳块。
此外本发明还提供一种复合铜排，引线使用上述复合铜排导电层的焊接方法焊接到铜排基体上。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，通过定位结构将引线工件的焊接部位定位在铜排基体的安装部位上，方便后续焊接的进行。定位后采用电阻钎焊工艺，而不需要加工坡口，因而可以在铜排基体的任意位置设置安装部位，并将引线工件焊接到安装部位，从而得到复杂的且含有小型成型零件结构的复合铜排产品，在此过程中，通过将引线工件的非焊接部位放置在散热模内，使焊接部位在焊接过程中产生的热量，能够首先传导至非焊接部位，然后通过散热模散发出去，从而防止引线工件的非焊接部位由于过热而产生软化变形、硬度和强度下降，保证非焊接部位的硬度和强度，保证在非焊接区域铆接螺母的抗扭力。
(2)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述散热模由导热金属制成，所述散热模上成型有容纳所述引线工件的非焊接部位的散热槽，所述散热槽的截面形状与所述引线工件非焊接部位的截面形状相同，通过将非焊接部位安放在散热槽内，引线工件的非焊接部位和散热模的散热槽能够相互配合，非焊接部位与散热槽内壁相接触将热量传递给散热模，从而控制非焊接部位的温度。
(3)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，采用大电流的快速焊接工艺，降低焊接过程中氧化程度，使焊缝氧化物的含量保持在较低水平，提高焊缝的质量，同时，快速焊接工艺也使得减少了向非焊接部位传递的热量，防止非焊接部位软化变形、硬度和强度下降。
(4)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，使两块电阻块以0.2-0.3MPa的压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合，使得焊缝不因钎焊料分布不均匀而产生缝隙，进一步提高了焊缝的质量，并且通过紧贴使得电阻块向所述安装部位和所述焊接部位的导热更加迅速。
(5)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，所述定位结构包括，成型在引线工件焊接部位和铜排基体安装部位的销钉孔，所述引线工件通过销钉定位在所述铜排基体的安装部位上。在铜排基体需要安装引线的部位可以很方便地钻出销钉孔，通过使用销钉连接，可以很好地将引线工件的焊接部位固定在位于铜排基体的任意位置的安装部位，方便下一步焊接的进行，同时销钉的存在也会增加引线和铜排基体之间的电连接性，增加导电截面，使电流密度分布得更加均匀。
(6)本发明的复合铜排导电层的焊接方法，完成所述步骤a后，迅速地在20s内完成所述步骤b，使得焊接工件能够迅速放入预热后的两块电阻块之间，减少电阻块的热损失，并且还能保证焊接温度，提高焊接效果。
(7)本发明的复合铜排，复合铜排导电层使用上述焊接方法，因此具有上述优点，使得复合铜排含有复杂且小型的成型零件结构。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例1处于S3步骤时的各部件的示意图；
图2是本发明实施例1引线工件的形状。
图中附图标记表示为：1-铜排基体；2-引线工件；3-散热模；31-散热槽；32-散热通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的复合铜排导电层的焊接方法和复合铜排进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种复合铜排导电层的焊接方法，包括以下步骤：
S1：将引线工件2(如图2所示，铜或铜合金材质，形状为两条相互垂直并连接在一起的直板构成，形成L形，其中一条直板的端部为焊接部位，另一条直板的端部成型有用于铆接螺母的通孔)的焊接部位通过定位结构定位在铜排基体1的安装部位上；
S2：在所述引线工件2和铜排基体1之间填充钎焊料，并将引线工件2的非焊接部位放置在散热模3内；
S3：采用电阻钎焊工艺，通过电阻块加热使钎焊料熔化，以使得所述引线工件2和所述铜排基体1焊接固定(如图1所示)；
所述电阻钎焊工艺包括：
a：预热作为上模和下模的两块电阻块至高于钎焊料熔化温度50℃；
b：将已经通过定位结构定位在一起的铜排基体1的安装部位和引线工件2的焊接部位快速置于两块电阻块之间，使两块电阻块以0.2MPa压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合；
c:继续向电阻块通600A电流，焊接15s，使焊料充分熔化；
d：断开电流后保压10s，完成电阻钎焊工艺；
S4：将焊接后的铜排浸入水中冷却，得到复合铜排导电层。
本实施例的复合铜排导电层的焊接方法，通过定位结构将引线工件2的焊接部位定位在铜排基体1的安装部位上，方便后续焊接的进行。定位后采用电阻钎焊工艺，而不需要加工坡口，因而可以在铜排基体1的任意位置设置安装部位，并将引线工件2焊接到安装部位，从而得到复杂的且含有小型成型零件结构的复合铜排产品，在焊接过程中，通过将引线工件2的非焊接部位放置在散热模3内，使引线工件2的非焊接部位由于焊接所传导来的热量能够通过散热模3散发出去，从而防止引线工件2的非焊接部位由于过热而产生软化变形、硬度和强度下降，保证非焊接部位的硬度和强度，保证在非焊接区域铆接螺母的抗扭力，并提高了焊接的强度和连接的可靠性。
本实施例的复合铜排导电层的焊接方法，采用大电流的快速焊接工艺，降低焊接过程中氧化程度，使焊缝氧化物的含量保持在较低水平，提高焊缝的质量，同时，本实施例的复合铜排导电层的焊接方法，完成所述步骤a后，在20s内完成所述步骤b，使得焊接工件能够迅速放入预热后的两块电阻块之间，减少电阻块的热损失，并且还能保证焊接温度，提高焊接效果。
并且，使两块电阻块以一定压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合，使得焊缝不会因钎焊料分布不均匀而产生缝隙，进一步提高了焊缝的质量，并且通过紧贴使得电阻块向所述安装部位和所述焊接部位的导热更加迅速。
本实施例的复合铜排导电层的焊接方法，所述散热模3由导热金属制成，此处的金属应该理解为包括纯金属以及合金，比如铜、铝，或者其它导热性较好的金属，或者铜合金或铝合金，或其它导热性较好的合金。
所述散热模3上成型有容纳所述引线工件2的非焊接部位的散热槽31，所述散热槽31的截面形状与所述引线工件2的非焊接部位的截面形状相同,均为L型。将非焊接部位安放在散热槽31内，L型的非焊接部位与L型的散热槽31相配合接触，将热量传递给散热模3，从而控制非焊接部位的温度。在此，所述非焊接部位的L型拐角处为圆弧，所述散热槽31的L型拐角处也为圆弧，即，非焊接部位和散热槽31的接触部位为圆弧，从而使得热量在此处能够非常顺利的散出，不会造成散热死角。
在本实施例中，所述散热槽31从散热模3内部一直往两个相对侧面延伸并在其中一个侧面形成开口(必要时也可以在两个侧面上均形成开口)，所述引线工件2可以从开口处进入散热槽31内，并沿着散热槽31进入散热模3内。因此所述引线工件2的非焊接部位安装进入所述散热槽31之后，所述散热槽31没有被完全填满，也即，所述散热槽31内部还预留出散热通道32，从而，不但可以通过散热模进行散热，还可以通过散热通道32与外界直接进行换热。
当然，当所述引线工件2的截面为其它形状时，所述散热槽31的截面形状也相应的做出改变。
本实施例的复合铜排导电层的焊接方法，所述定位结构包括，成型在引线工件2焊接部位和铜排基体1安装部位的销钉孔，所述引线工件2通过销钉定位在所述铜排基体1的安装部位上。
在铜排基体1需要安装引线的部位可以很方便地钻出销钉孔，通过使用销钉连接，可以很好地将引线工件2焊接部位固定在位于铜排基体1的任意位置安装部位，方便下一步焊接的进行，同时销钉的存在也会增加引线和铜排基体1之间的电连接性，增加导电截面，使电流密度分布得更加均匀。销钉孔数量通常为2个，当然为了更加稳定的定位可以增加销钉孔的数量。
作为定位结构的变形，定位结构也可以是现在引线工件2焊接部位和铜排基体1安装部位的钻出螺纹孔，通过螺钉或螺栓固定引线工件2铜排基体1。
在本实施例中，所述电阻块为电阻碳块，所述钎焊料为铜基钎料SCu-7。当然，所述钎焊料还可以为其它的铜基钎料或银基钎料。
实施例2
本实施例提供一种复合铜排导电层的焊接方法，本实施例与实施例1的不同之处在于电阻钎焊工艺的具体参数。
本实施例的电阻钎焊工艺包括：
a：预热作为上模和下模的两块电阻块至高于钎焊料熔化温度100℃；
b：将已经通过定位结构定位在一起的铜排基体1的安装部位和引线工件2的焊接部位快速置于两块电阻块之间，使两块电阻块以0.3MPa压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合；
c:继续向电阻块通800A电流，焊接8s，使焊料充分熔化；
d：断开电流后保压15s，完成电阻钎焊工艺。
实施例3
本实施例提供一种复合铜排导电层的焊接方法，本实施例与实施例1或实施例2的不同之处在于电阻钎焊工艺。
本实施例的电阻钎焊工艺包括：
a：预热作为上模和下模的两块电阻块至高于钎焊料熔化温度75℃；
b：将已经通过定位结构定位在一起的铜排基体1的安装部位和引线工件2的焊接部位快速置于两块电阻块之间，使两块电阻块以0.25MPa压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合；
c:继续向电阻块通700A电流，焊接9s，使焊料充分熔化；
d：断开电流后保压12s，完成电阻钎焊工艺。
实施例4
本实施例提供一种复合铜排，其引线使用实施例1中的复合铜排导电层的焊接方法焊接到铜排基体1上。
实施例5
本实施例提供一种复合铜排，其引线使用实施例2中的复合铜排导电层的焊接方法焊接到铜排基体1上。
实施例6
本实施例提供一种复合铜排，其引线使用实施例3中的复合铜排导电层的焊接方法焊接到铜排基体1上。
效果实施例
测试实施例1、2、3使用的引线工件在所焊接到复合铜排前后的非焊接部分的维氏硬度(HV)，测试载荷为98N，并在实施例1、2、3所焊接到复合铜排上的引线工件的非焊接部分的通孔处铆接CLS-M4-1螺母，测定螺母的抗扭力。测得结果如下表所示：
表1焊接前后引线工件非焊接部分的维氏硬度(HV)和螺母的抗扭力
| 引线工件非焊接部分的维 | 引线工件非焊接部分的维 | 抗扭力 |
| 氏硬度(焊接前) | 氏硬度(焊接后) | ||
| 实施例1 | 100HV | 99HV | 2.9N·M |
| 实施例2 | 100HV | 100HV | 3.2N·M |
| 实施例3 | 100HV | 98HV | 3.0N·M |
通过对比焊接前后引线工件的非焊接部位的维氏硬度(HV)可以看到，采用实施例1、2、3中的引线工件的非焊接部位的维氏硬度(HV)与焊接前的硬度相比，没有变化或有些许的降低，说明实施例1、2、3的复合铜排导电层的焊接方法能够很好地控制焊接过程中的引线工件的非焊接部分的温度，防止非焊接部位过热，保持了非焊接部位原有的硬度。通过测定得到的螺母的抗扭力值可以看出，采用实施例1、2、3中引线工件的非焊接部位铆接的CLS-M4-1螺母的抗扭力均超过2.6N·M，达到了设计要求。通过对比实施例1、2、3的螺母的抗扭力的数据可以看出，实施例2抗扭力最高为最优实施例。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种复合铜排导电层的焊接方法，
S1：将引线工件(2)的焊接部位通过定位结构定位在铜排基体(1)的安装部位上；
S2：在所述引线工件(2)和铜排基体(1)之间填充钎焊料，并将引线工件(2)的非焊接部位放置在散热模(3)内；
S3：采用电阻钎焊工艺，通过电阻块加热使钎焊料熔化，以使得所述引线工件(2)和所述铜排基体(1)焊接固定；
S4：将焊接后的铜排浸入水中冷却，得到复合铜排导电层。
2.如权利要求1所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，所述散热模(3)由导热金属制成，所述散热模(3)上成型有容纳所述引线工件(2)的非焊接部位的散热槽(31)，所述散热槽(31)的截面形状与所述引线工件(2)的非焊接部位的截面形状相同。
3.如权利要求2所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，所述散热槽(31)的截面形状与所述引线工件(2)的非焊接部位的截面形状均为L形，所述引线工件(2)的非焊接部位位于所述散热槽(31)内与所述散热槽(31)配合。
4.如权利要求1-3任一所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，在所述S3步骤中，所述电阻钎焊工艺包括：
a：预热作为上模和下模的两块电阻块至高于钎焊料熔化温度50-100℃；
b：将已经通过定位结构定位在一起的铜排基体(1)的安装部位和引线工件(2)的焊接部位快速置于两块电阻块之间，使两块电阻块以一定压力与所述安装部位和所述焊接部位贴合；
c:继续向电阻块通600至800A电流，焊接8-15s，使焊料充分熔化；
d：断开电流后保压10-15s，完成电阻钎焊工艺。
5.如权利要求4所述的复合铜排的焊接方法，其特征在于，步骤b中，所述压力为0.2-0.3Mpa。
6.如权利要求4或5所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，完成所述步骤a后，在20s内完成所述步骤b。
7.如权利要求1-6任一所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，所述定位结构包括，分别成型在引线工件(2)焊接部位和铜排基体(1)安装部位的销钉孔，以及插入所述销钉孔内与所述销钉孔配合而将所述引线工件(2)定位在所述铜排基体(1)安装部位上的销钉。
8.如权利要求1-7任一所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，所述钎焊料为铜基钎料或银基钎料。
9.如权利要求8所述的复合铜排导电层的焊接方法，其特征在于，所述电阻块为电阻碳块。
10.一种复合铜排，其特征在于，引线使用如权利要求1-9中任一所述的焊接方法焊接到铜排基体(1)上。
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Denomination of invention: A welding method for conductive layer of composite copper bar and composite copper bar Granted publication date: 20160914 Pledgee: Zhejiang Deqing rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: ZHEJIANG GUANHUA ELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2024980032127 |