CN104985274A - 超强度裸端头焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超强度裸端头焊接工艺，其技术方案要点是包括以下步骤：1）铜基材加工：铜材经锻造成铜件毛坯；2）铝基材加工：铝材经锻造成铝件毛坯；3）钎焊加工：其中涉及的钎焊材料包括有钎焊片和钎焊剂，将两面涂有钎焊剂的钎焊片放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，再焊接后空气冷却；4）将焊接好的成品进行表面处理。该成品在弯折或拉伸的检测过程中钎焊层始终不脱落、不脱离，纯铝层表面也不会产生裂纹，且该成品的抗拉性能可达到拉力负荷11.1KN；此外以十几年来国内外中爆炸焊为例，因爆炸焊受环境和气候条件所困、以及人工成本的昂贵、以及流水线无法实现，我们成功的研究出一套高强度钎焊工艺，质量远超爆炸焊的质量标准。

Description

超强度裸端头焊接工艺

技术领域

本发明涉及电力金具领域,更具体地说，它涉及一种超强度裸端头焊接工艺。

背景技术

电力金具，是连接和组合电力系统中的各类装置，起到传递机械负荷、电气负荷及某种防护作用的金属附件。随着电力应用领域日新月异的发展，电力金具应用范围越来越大，包括建筑、电力传输等，特别是在轨道交通装备业中，其电气化程度得到了很大的提高。就客运而言，由最初 22 型车的直流 48V 供电系统、电灯、电扇，发展到了高速动车组电气牵引系统、电气辅助系统、电气网络系统等。轨道交通装备的内部配线由原来的几十根发展到了几万根。

线缆作为电气传输的媒介、载体，是电气系统的重要组成部分。线缆通常由导线及其两端的接线端子构成，而静接线端子与动接线端子的电连通效果直接决定了电力的传输性能。例如高速动车组中使用的电力系统通过线缆从配电房铺置到位，然后露出静接线端子，通常线缆与静接线端子均由铝质材料制成，而用于与静接线端子连接的动接线端子却是由铜质材料制成，众所周知铜质的与铝质的接线端子接触一段时间后就会氧化，因此接线端子会发生接触不良、产生火花等引起安全性问题。现有技术中为解决上述问题，是采用将动接线端子设置成分体结构焊接而成的，如图3所示，动接线端子包括有用于固定线缆的线缆端子和用于与静接线端子抵触的接触板，而接触板又被分为两部分，一部分是铝质板另一部分是铜质板，铜质板与线缆端子一体设置，铝质板与铜质板焊接而成，而接触板包括有用于与静接线端子抵触的接触面，铝质板焊接于铜质板上相对于接触面的一侧。

虽然这样的结构解决了铜质的与铝质的接线端子在接触后会氧化的问题，但是将铝质板焊接在铜质板上的焊接工艺现有技术中是采用爆炸焊接的方法，而爆炸焊接是利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法，由此可知爆炸焊接需要较高的条件要求，首先受到场地限制：其需要铁板焊接制成的房间，将焊接剂放置到待加工工件上后再布置炸药，之后操作人员还需要离开房间，避免炸药爆炸时炸伤操作人员；然后还受到环境、气候条件的影响：若下雨天气就不可使用爆炸焊接，这是由于空气中水分较大，容易将待加工工件的表面氧化，影响最终焊接效果；此外生产成本较高：一处焊接点至少需要一个炸药包，也无法实现流水线加工，不利于产品的批量生产制造；最终还有个不足之处在于：爆炸焊接无法控制，一来无法确保每个炸药包都有效果，二来也无法控制焊接效果。

鉴于此，有必要对接线端子的焊接工艺进行研究，进而降低焊接时所需的条件要求，并且提高接线端子的焊接效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种超强度裸端头焊接工艺，该焊接工艺可降低焊接时所需的条件要求，并且提高接线端子的焊接效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超强度裸端头焊接工艺，涉及的焊接母材分别为铜基材和铝基材，包括以下步骤：

1）铜基材加工：铜材经锻造成铜件毛坯；

2）铝基材加工：铝材经锻造成铝件毛坯；

3）钎焊加工：其中涉及的钎焊材料包括有钎焊片和钎焊剂，将两面涂有钎焊剂的钎焊片放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，再焊接后空气冷却；

4）将焊接好的成品进行表面处理。

通过采用上述技术方案，将铜件毛坯与铝件毛坯加工完成后通过普通焊接工艺实现焊接，该焊接工艺只需能够将两面涂有钎焊剂的钎焊片融化即可实现铜件毛坯与铝件毛坯的钎焊，而实现该焊接工艺的方式较多，只需能实现加热即可，因此不会受到场地限制，甚至不需要太多的防护措施，也不会受到环境、气候条件的影响，可以随着生产需要进行加工；此外相较爆炸焊而言可大大降低生产成本，并且该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本；同时通过控制焊接时的加工温度来调控焊接效果，确保成品率以及生产加工时的可控性。

本发明进一步设置为：所述步骤1）中所述铜材采用T2紫铜，将计算好的T2紫铜按重量和比例放置在模具中一次性锻压成所需要尺寸的铜件毛坯。

通过采用上述技术方案，用锻压的加工方式制作出所需要尺寸的铜件毛坯，以确保铜件毛坯的生产制造只需生产设备和生产材料许可，即可不受场地、环境以及气候条件的影响；此外该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本。

本发明进一步设置为：所述步骤1）加工完毕后，所述铜件毛坯的钎焊面加工出用于焊接铝件毛坯的焊接槽。

通过采用上述技术方案，使其在钎焊加工时将铝件毛坯安置在焊接槽内，方便铝件毛坯的后期加工焊接。

本发明进一步设置为：所述步骤2）中所述铝材采用1050或1060纯铝板，将铝材用H13硬模具热锻或热挤压加工铸造成所需要尺寸的铝件毛坯。

通过采用上述技术方案，用H13硬模具热锻或热挤压加工铸造出所需要尺寸的铝件毛坯，以确保铝件毛坯的生产制造只需生产设备和生产材料许可，即可不受场地、环境以及气候条件的影响；此外该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本。

本发明进一步设置为：所述步骤1）和2）加工完毕后在步骤3）之前，对铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面加工：去除铜件毛坯和铝件毛坯的表面氧化层。

通过采用上述技术方案，去除铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面的表面氧化层，使铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面在钎焊过程中与钎焊片更易融合充分，提升钎焊后的连接效果，提高铜件毛坯和铝件毛坯钎焊后的一体性，实现焊接好后的裸端头在弯曲过程中铝基材不脱落、不脱离，而且表面铝基材不会产生裂纹。

本发明进一步设置为：所述钎焊面加工采用化学酸洗或手工打磨的方式去除表面氧化层，且在钎焊前对钎焊面采用丙酮或酒精进行擦洗。

通过采用上述技术方案，采用化学酸洗或手工打磨的方式去除铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面的表面氧化层，将铜件毛坯和铝件毛坯置入酸洗液中刷洗后即可去除钎焊面的表面氧化层，因此可实现快速批量加工，此外将一些顽固的表面氧化层通过手工打磨的方式去除，也可实现流水线加工，因此方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本。并且为避免钎焊面上沾有酸液等化学物质或是抛光后落上的粉尘，在钎焊前对钎焊面采用丙酮或酒精进行擦洗，可避免其后期对钎焊的影响。

本发明进一步设置为：所述步骤3）中钎焊片的元素构成为（质量百分数）：Fe：0.05-0.2%，Mn：0.01-0.03%，Mg：0.02-0.04%，Si：0.08-0.2%，Zn：0.01-0.02%，Cu：0.01-0.03%，Al：REM；钎焊剂的元素构成为（质量百分数）：Zn：0.4-1%，Si：10-20%，Cu：5-10%，Re：0.01-0.03%，Ag：0.01-0.03%，Mn：0.02-0.05%，Ni：0.03-0.08%，Al：REM。

通过采用上述技术方案，由于上述配置的钎焊片与钎焊剂其含量元素中相介于铜与铝，并且均含有铜元素与铝元素，因此其热熔后会融入至铜件毛坯和铝件毛坯内，有利于提高钎焊后的连接效果，提高铜件毛坯和铝件毛坯钎焊后的一体性，实现焊接好后的裸端头在折弯检测过程中即使弯折度达到90°甚至是360°，铝基材都不脱落、不脱离，而且表面铝基材不会产生裂纹。

本发明进一步设置为：所述步骤3）中焊接方式采用中频焊机或火焰钎焊。

通过采用上述技术方案，将两面涂有钎焊剂的钎焊片放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，再通过中频焊机对其实现焊接工序，或是采用火焰钎焊的方式，通过火焰直接对代加工工件喷射使其实现焊接工序，两者均只需确保生产设备和生产材料的许可，即可不受场地、环境以及气候条件的影响实现生产加工；此外该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本。

本发明进一步设置为：所述中频焊机或火焰钎焊在焊接过程中加工温度在480-550℃。

通过采用上述技术方案，由于T2紫铜的融化温度高达1083℃，1060纯铝的融化温度为660℃，钎料融化温度为425-485℃之间，因此通过控制加工温度在480-550℃之间，不仅使钎焊剂与钎焊片均能快速且有效的熔融到T2紫铜以及1060纯铝内，同时还能保持成品外形不变，有利于提高焊接生产的稳定性。此外利用中频焊机或火焰钎焊将加工温度控制在480-550℃之间，该生产工序成本普遍较低，并且不受场地、环境以及气候条件的影响，更加能有效控制焊接效果，即未能有效将钎料融化，只需提升加工温度即可，方便调控钎焊的焊接效果。

本发明进一步设置为：所述步骤4）中将焊接好的成品在碱液中刷洗干净，之后再次整体抛光，直至露出金属光泽。

通过采用上述技术方案，将成品表面制成符合使用的标准，并且该表面处理工艺可不受场地、环境以及气候条件的影响，并且该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本。

附图说明

图1为本发明动车用裸端头的侧视结构示意视图；

图2为图1中A部放大结构示意视图；

图3为现有技术中动车用裸端头的结构示意视图；

图4为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第一页；

图5为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第二页；

图6为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第三页；

图7为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第四页；

图8为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第五页；

图9为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第六页；

图10为裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告第七页。

附图标记：1、铜基材；2、铝基材；3、钎焊片；4、钎焊剂。

具体实施方式

参照图1至图10对本发明超强度裸端头焊接工艺实施例做进一步说明。

动车用裸端头中所涉及的焊接母材分别为铜基材1和铝基材2，为实现动车用裸端头的最佳焊接效果，其超强度裸端头焊接工艺包括以下步骤：

1）铜基材1加工：将铜材经锻造成铜件毛坯，所述铜材采用T2紫铜，将计算好的T2紫铜按重量和比例放置在模具中一次性锻压成所需要尺寸的铜件毛坯，铜件毛坯上包括有用于与铝基材2钎焊连接的钎焊面，之后将铜件毛坯的钎焊面加工出用于焊接铝件毛坯的焊接槽，焊接槽可通过采用铣床等加工设备对铜件毛坯加工出；

2）铝基材2加工：将铝材经锻造成铝件毛坯，所述铝材采用1050或1060或1070纯铝板，将铝材用H13硬模具热锻或热挤压加工铸造成所需要尺寸的铝件毛坯，铝件毛坯的长宽与焊接槽的长宽相适配，并且铝件毛坯的厚度与焊接槽的深度相适配；

3）铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面加工：铜件毛坯和铝件毛坯均包括有用于钎焊时贴合的钎焊面，因此为了提高钎焊效果，去除铜件毛坯和铝件毛坯的表面氧化层，将采用化学酸洗或手工打磨的方式去除表面氧化层，并且必须清除干净，最后在钎焊前对钎焊面采用丙酮或酒精进行擦洗；

4）钎焊加工：钎焊过程中涉及的钎焊材料包括有钎焊片3和钎焊剂4，钎焊片3的元素构成为（质量百分数）：Fe：0.05-0.2%，Mn：0.01-0.03%，Mg：0.02-0.04%，Si：0.08-0.2%，Zn：0.01-0.02%，Cu：0.01-0.03%，Al：REM；钎焊剂4的元素构成为（质量百分数）：Zn：0.4-1%，Si：10-20%，Cu：5-10%，Re：0.01-0.03%，Ag：0.01-0.03%，Mn：0.02-0.05%，Ni：0.03-0.08%，Al：REM，由于钎焊剂4的元素构成大致为金属，因此其呈粉状，使用方式可以是用毛笔蘸水后再蘸钎焊剂4，之后将蘸钎焊剂4的毛笔均匀涂抹在钎焊片3两面，随后将两面涂有钎焊剂4的钎焊片3放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，再采用中、高频焊机或火焰钎焊等方式进行钎焊加工，其中中、高频焊机或火焰钎焊在焊接过程中加工温度在480-550℃，最后将焊接成品空气冷却；

5）将焊接好的成品进行表面处理：将成品在碱液中刷洗干净，之后再次整体抛光，直至露出金属光泽。

此外还需公开的内容包括有：

步骤1）和2）中，其铸造方式以及工艺均可采用现有技术，并且该铸造方式以及工艺属于大众模式，只需确保生产设备和生产材料的许可，即可不受场地、环境以及气候条件的影响进行生产制造；此外该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本；

此外采用的T2紫铜具有良好的导电、导热、耐蚀和加工性能，可以焊接和钎焊；而铝件毛坯可直接采用尺寸合适的纯铝板，1050或1060或1070纯铝板均具有良好的耐腐蚀、导电和加工性能，其中1070纯铝板含铝量最高，成品导电性能最好，但价格最高，1050纯铝板含铝量相对最底，成品导电性能相对最差，但价格最便宜，因此本申请优选性价比较高的1060纯铝板。

步骤3）中，采用化学酸洗或手工打磨的方式去除铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面的表面氧化层，并且为避免钎焊面上沾有酸液等化学物质或是抛光后落上的粉尘，在钎焊前对钎焊面采用丙酮或酒精进行擦洗，可避免其后期对钎焊的影响，上述手段均可使铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面在钎焊过程中与钎焊片3更易融合充分，提升钎焊后的粘合效果。

其粘合效果可利用液压万能试验机按照GB/T2317.1-2008《电力金具试验方法第1部分：机械使用》为试验依据，检测该产品的弯曲（剥离）性能时，使焊接处弯曲180°，焊缝不会断裂，达到安全标准（详见检测报告），并且实现焊接好后的裸端头在弯曲过程中铝基材2不脱落、不脱离，而且表面铝基材2不会产生裂纹；

其抗拉效果可利用液压万能试验机按照GB/T14315-2008《电力电缆导体用压接型铜铝接线端子和连接管》为试验依据，检测该产品的抗拉性能时可达到拉力负荷：11.1KN，并且于一分钟内压接处不发生滑移，有效提高了铜件毛坯和铝件毛坯钎焊后的一体性。

步骤4）中，铜件毛坯和铝件毛坯以及钎焊片3清洗烘干后，在钎焊片3表面均匀涂抹钎焊剂4，此处需注意的是，若铜件毛坯与铝件毛坯以及钎焊片3的表面越毛糙，使钎焊材料与待焊接件的反应接触面积增加，其焊接过渡的表面嵌接使机械性能更好，之后将两面涂有钎焊剂4的钎焊片3放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，保持焊件平整，放置到中、高频焊机的压机压力中心，对铜件毛坯快速加热，此时会明显看到钎焊剂4融化变成液体流出，说明钎焊剂4有好的活性，可以焊接，继续快速加热使钎焊片3融化流出，即可对铜件毛坯加压使钎焊片3流出（加压先从中间后两边的顺序加压，使气体排出），此时钎焊片3从中流出即实现内部完全填充，因此待钎焊工件冷却后，即可卸压将钎焊工件拆下，得到钎焊成品；此外需公开的是用中频焊机完成该焊接过程需要在10秒完成，避免钎焊面氧化而影响成品的耐疲劳性和抗拉强度。

综上所述，从铜基材1和铝基材2的加工铸造，到钎焊面加工，再到焊接方法与工艺，还有最后的成品抛光，均属于现有加工工艺，因此该焊接工艺不会受到场地限制，甚至不需要太多的防护措施，也不会受到环境、气候条件的影响，可以随着生产需要进行加工；此外相较爆炸焊而言可大大降低生产成本，并且该生产方式可实现流水线加工，方便批量生产制造，可有效提高生产率并且降低生产成本；同时通过控制焊接时的加工温度来调控焊接效果，确保成品率以及生产加工时的可控性。

而其中特殊的钎焊材料所涉及的钎焊片3和钎焊剂4，与上海龙茂机电设备有限公司所销售的钎焊材料有构成元素相同的共同点，因此本申请中的钎焊材料能够实现钎焊效果也是毋庸置疑的。

此外该焊接工艺不仅适合于本方案中在铜板上钎焊铝片，也可以在铝板上钎焊铜片。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。此外本申请涉及的范围包含所有电力输送领域，而不单指轨道交通装备领域，同时说明书附图中还附有裸端头经浙江省高低压电器产品质量检验中心的检测报告，以证该裸端头性能。

Claims (10)

1.一种超强度裸端头焊接工艺，涉及的焊接母材分别为铜基材和铝基材，其特征是，包括以下步骤：

1）铜基材加工：铜材经锻造成铜件毛坯；

2）铝基材加工：铝材经锻造成铝件毛坯；

3）钎焊加工：其中涉及的钎焊材料包括有钎焊片和/或钎焊剂，将两面涂有钎焊剂的钎焊片放置在铜件毛坯与铝件毛坯之间的钎焊面上，再焊接后空气冷却；

4）将焊接好的成品进行表面处理。

2.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤1）中所述铜材采用T2紫铜，将计算好的T2紫铜按重量和比例放置在模具中一次性锻压成所需要尺寸的铜件毛坯。

3.根据权利要求1或2所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤1）加工完毕后，所述铜件毛坯的钎焊面加工出用于焊接铝件毛坯的焊接槽。

4.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤2）中所述铝材采用1050或1060纯铝板，将铝材用H13硬模具热锻或热挤压加工铸造成所需要尺寸的铝件毛坯。

5.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤1）和2）加工完毕后在步骤3）之前，对铜件毛坯和铝件毛坯的钎焊面加工：去除铜件毛坯和铝件毛坯的表面氧化层。

6.根据权利要求5所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述钎焊面加工采用化学酸洗或手工打磨的方式去除表面氧化层，且在钎焊前对钎焊面采用丙酮或酒精进行擦洗。

7.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤3）中钎焊片的元素构成为（质量百分数）：Fe：0.05-0.2%，Mn：0.01-0.03%，Mg：0.02-0.04%，Si：0.08-0.2%，Zn：0.01-0.02%，Cu：0.01-0.03%，Al：REM；钎焊剂的元素构成为（质量百分数）：Zn：0.4-1%，Si：10-20%，Cu：5-10%，Re：0.01-0.03%，Ag：0.01-0.03%，Mn：0.02-0.05%，Ni：0.03-0.08%，Al：REM。

8.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤3）中焊接方式采用中频焊机或火焰钎焊。

9.根据权利要求8所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述中频焊机或火焰钎焊在焊接过程中加工温度在480-550℃。

10.根据权利要求1所述的超强度裸端头焊接工艺，其特征是：所述步骤4）中将焊接好的成品在碱液中刷洗干净，之后再次整体抛光，直至露出金属光泽。