CN116526251A - 铜铝合金过渡连接端子及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆连接金具技术领域，具体公开一种铜铝合金过渡连接端子生产工艺，包括：清洗并除去铜板与铝合金板待焊面的油污和氧化膜；在铝合金板待焊面上涂覆钎料膏；在钎料膏表面涂覆钎料粉；将铜板待焊面平放在钎料粉上并用夹具固定好；复合片钎焊。本发明创新性地在铝合金连接管与铜板的待焊面之间层叠涂覆不同液相线温度的钎料膏和钎料粉，在真空钎焊第一阶段充分利用锌锡钎料的优异流动性与润湿性对铝合金板和铜板的待焊面进行充分润湿以保证能够充分填满钎缝间隙，并使得钎料粉在钎料合金熔化后分散在钎料合金中以便后续阶段的扩散与结合；本发明接头组织细化、稳定相多而显著抑制金属间脆性化合物，增强接头强度并提升抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及电缆连接金具技术领域，具体涉及一种铜铝合金过渡连接端子及其生产工艺。
背景技术
传统的电力及电力设备行业中，铜铝过渡连接主要是通过铜铝过渡板、铜铝过渡线夹及铜铝接线端子来实现。通常设计制造的铜铝过渡端子主要由铜鼻子和普通铝连接管组成，二者连接方式主要有两种，一是颈部摩擦对焊，例如CN102683919A，由于焊接面尽在颈部，接头面积偏小，造成了铜铝过渡部分处的抗拉、抗弯机械强度不足，容易在铜铝过渡焊接处发生断裂。二是复合片焊接，例如CN 101841086 A采用爆炸焊接工艺实现铜铝叠焊，其有着明晰的接合界面层，属于晶体分子熔融层，接合强度高。
另外复合片焊接结构的铜铝过渡连接端子的接头也有采用钎焊，比如气焊钎焊、炉中钎焊或气体保护钎焊，这些钎焊方式都由于要采用钎剂去除母材表面氧化膜以使得钎料充分润湿表面，但钎剂的使用一方面容易在焊缝内产生气孔和夹杂，从而极大地降低接头耐腐蚀能力；另一方面残留的钎剂残渣腐蚀性强，易腐蚀铜铝接头，影响铜铝接头的使用寿命。
再者，为避免铝铜接头处形成脆性化合物，一般采用银基钎料，一方面银基钎料成本大且导电性差，适用于厚度大的焊接接头。另也有采用锌铝钎料，但接头铜侧易产生较厚的铜铝脆性化合物层，这会削弱接头的力学性能，同时抗腐蚀性也不佳。也有采用铝硅铜锌钎料，流动性与润湿性均显著加强但由于CuAl2脆性化合物含量高而导致接头很脆。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种铜铝合金过渡连接端子及其生产工艺，它能够增强接头强度和抗腐蚀性能。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
铜铝合金过渡连接端子生产工艺，具体包括如下步骤：
S1、分别清洗并除去铜板与铝合金板待焊面的油污和氧化膜，然后擦洗、晾干；
S2、在铝合金板待焊面上涂覆钎料膏，刮平；
S3、在钎料膏表面涂覆钎料粉，刮平；钎料粉的熔点高于钎料膏的熔点；
S4、将铜板待焊面平放在钎料粉上并用夹具固定好铝合金板和铜板；
S5、进行复合片钎焊。
优选地，所述步骤S1中的擦洗采用酒精或丙酮。
优选地，所述步骤S2的钎料膏厚度为0.2mm-0.3mm，步骤S3的钎料粉厚度为0.15mm-0.25mm。
优选地，所述钎料膏由粘合剂和钎料合金组成，所述钎料合金为锌基钎料，液相线温度为310℃-330℃。
优选地，所述锌基钎料的化学成分为：锌35-40％、锡58-65％、镁1-1.5％、锆0.2-0.25％。
优选地，所述钎料粉钎料粉钎料粉为铝基钎料，液相线温度为490℃-520℃。
优选地，所述钎料粉的化学成分为：铝40-50％、硅3.0-4.0％、锌45-55％、钪0.3-0.4％。
优选地，所述粘合剂和粘合剂B的分解温度不高于450℃，熔化温度不高于200℃。
优选地，所述复合片钎焊采用真空钎焊，真空钎焊的焊接条件为：加热到钎料膏的熔点以上30℃-50℃并保温30min-60min，真空度为9.5×10-3～9.8×10-3；接着加热到钎料粉的熔点以上30℃-50℃并保温10min-15min，真空度为4.5×10-3～4.8×10-3；然后降温至460℃-470℃并保温10min-20min，真空度为6.0×10-3～6.5×10-3；最后断电降温、出炉。
本发明还提供一种由上述生产工艺制得的铜铝合金过渡连接端子。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明铜铝合金过渡连接端子包括铝合金连接管和铜板，铜板与铝合金连接管采用复合片钎焊结构，钎焊工艺创新性地在铝合金连接管与铜板的待焊面之间层叠涂覆不同液相线温度的钎料膏和钎料粉，钎料膏贴靠铝合金板而钎料膏贴靠铜板，在真空钎焊中控制升温曲线使得钎料膏在第一阶段先于钎料粉熔化，一方面充分利用锌锡钎料的优异流动性与润湿性对铝合金板和铜板的待焊面进行充分润湿以保证能够充分填满钎缝间隙，并使得钎料粉在钎料合金熔化后分散在钎料合金中以便后续阶段的扩散与结合，无需另外实施超声波振动或其他压焊技术来使得钎料粉与钎料膏混合；另一方面钎料合金中的锌与锡共存与铝固溶结合并从铝面生长出众多刺状固溶体晶须与钎料嵌入结合，显著提升接头强度。
而后在真空钎焊第二阶段，其中硅扩散速度好于铝，能够抑制铜铝脆性化合物CuAl2产生，适量镁在第一阶段熔焊时已扩散至铜板和铝合金板待焊面并抑制铝氧化以便钎料粉及钎料膏混合合金润湿与填满待焊面，在继续升温加热时能够起到延缓偏析转变，阻止接头组织体积变化，同时促进Al2CuMg相以及Mg2Si相生成，该两种金属间化合物均为强化相且与铝和铜均属于面心六方晶格，相同晶格结合牢固，增强接头强度并提升抗腐蚀性能。镁含量低于1%则会使得接头组织中含有铝铜脆性化合物，而高于1.5%则易使减少稳定相量、降低接头强度。
另外，钎料膏中的锆与钎料粉中的钪在合金金相中配合能够显著细化合金晶粒、使晶粒转变为等轴状，实现Al3(ScZr)相弥散增韧效应以及AlCu(Zr，Sc)相阻碍晶界滑动作用，且Al3(ScZr)相的界面更稳定，提高抗蠕变性能、抗腐蚀性能和接头强度。
本发明采用真空钎焊技术，无需在铝合金板待焊面上施钎剂，可避免钎剂残渣对钎缝的腐蚀。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种铜铝合金过渡连接端子生产工艺，具体包括如下步骤：
S1、分别清洗并除去铜板与铝合金板待焊面的油污和氧化膜，然后用酒精擦洗并晾干；铜板为1350牌，铝合金板为8030铝合金。
S2、在铝合金板待焊面上涂覆钎料膏并刮平，厚度为0.3mm；钎料膏由粘合剂和钎料合金组成：粘结剂的分解温度不高于450℃，熔化温度不高于200℃，具体由乙基纤维素、乙酸乙酯、乙醇按按质量比1.5:3:4组成；所述钎料合金为锌基钎料，液相线温度为315℃，化学成分具体为：锌40％、锡58.3％、镁1.5％、锆0.2％。
S3、在钎料膏表面涂覆钎料粉并刮平，厚度为0.2mm；所述钎料粉为铝基钎料，液相线温度为515℃，化学成分具体为：铝48.5％、硅4.0％、锌47.2％、钪0.3％。
S4、将铜板待焊面平放在钎料粉上并用夹具固定好铝合金板和铜板，夹具的两夹板之间设置有根据钎料膏厚度可调节的限位柱以及使两夹板相向夹紧而提供夹紧力的弹性件，限位柱限定的夹紧间隙为0.3mm。
S5、放入真空炉进行真空钎焊，焊接条件为：加热到350℃并保温30min，真空度为9.8×10-3；接着加热到550℃并保温10min，真空度为4.8×10-3；然后降温至470℃并保温10min，真空度为6.0×10-3；最后断电降温、出炉。
实施例2
本实施例提供一种铜铝合金过渡连接端子生产工艺，具体包括如下步骤：
S1、分别清洗并除去铜板与铝合金板待焊面的油污和氧化膜，然后用丙酮擦洗并晾干；铜板为1350牌，铝合金板为8011铝合金。
S2、在铝合金板待焊面上涂覆钎料膏并刮平，厚度为0.25mm；钎料膏由粘合剂和钎料合金组成：粘结剂的分解温度不高于450℃，熔化温度不高于200℃，具体由乙基纤维素、乙酸乙酯、乙醇按按质量比1.5:3:4组成；所述钎料合金为锌基钎料，液相线温度为330℃，化学成分具体为：锌36.75％、锡62％、镁1％、锆0.25％。
S3、在钎料膏表面涂覆钎料粉并刮平，厚度为0.15mm；所述钎料粉为铝基钎料，液相线温度为495℃，化学成分具体为：铝41％、硅3.6％、锌55％、钪0.4％。
S4、将铜板待焊面平放在钎料粉上并用夹具固定好铝合金板和铜板，夹具的两夹板之间设置有根据钎料膏厚度可调节的限位柱以及使两夹板相向夹紧而提供夹紧力的弹性件，限位柱限定的夹紧间隙为0.25mm。
S5、放入真空炉进行真空钎焊，焊接条件为：加热到365℃并保温45min，真空度为9.5×10-3；接着加热到540℃并保温15min，真空度为4.5×10-3；然后降温至470℃并保温10min，真空度为6.5×10-3；最后断电降温、出炉。
对比例1
该对比例与上述实施例1的区别仅在于钎料合金的化学成分为锌40％、锡59.3％、镁0.5％、锆0.2％。
对比例2
该对比例与上述实施例1的区别仅在于钎料粉的化学成分为铝49％、硅4.0％、锌47％。
对比例3
该对比例与上述实施例1的区别仅在于钎料合金的化学成分为锌40％、锡59.8％、锆0.2％；钎料粉的化学成分为铝48.5％、硅2.5％、锌47.2％、钪0.3％、镁1.5％。
对比例4
该对比例与上述实施例1的区别仅在于钎料膏与钎料粉预先混合在一起后再涂覆在铝合金板与铜板之间。
分别取实施例1-2和对比例1-4制得的铜铝过渡连接端子进行接头物性测试。其中参照GB/T 11363-2008《钎焊接头强度试验方法》测试实施例1-2的接头抗拉强度达110MPa以上，抗剪强度达65MPa以上，而对比例1-4在抗拉强度方面相对实施例1分别下降12.3%、8.7%、10.5%和13.9%。
而接头局部腐蚀试验采用将进行处理、清洗和干燥后的接头浸入质量分数为3.5%氯化钠水溶液，温度60℃，时间5小时，测试实施例1-2的腐蚀速率均小于0.5g/m2，而对比例1-4在接头腐蚀方面相对实施例1分别下降5.1%、10.2%、2.5%和4.5%。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、分别清洗并除去铜板与铝合金板待焊面的油污和氧化膜，然后擦洗、晾干；
S2、在铝合金板待焊面上涂覆钎料膏，刮平；
S3、在钎料膏均匀撒上钎料粉，刮平；钎料粉的熔点高于钎料膏的熔点；
S4、将铜板待焊面平放在钎料粉上并用夹具固定好铝合金板和铜板；
S5、进行复合片钎焊。
2.根据权利要求1所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述步骤S1中的擦洗采用酒精或丙酮。
3.根据权利要求1所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述步骤S2的钎料膏厚度为0.2mm-0.3mm，步骤S3的钎料粉厚度为0.15mm-0.25mm。
4.根据权利要求1所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述钎料膏由粘合剂和钎料合金组成，所述钎料合金为锌基钎料，液相线温度为310℃-330℃。
5.根据权利要求4所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述锌基钎料的化学成分为：锌35-40％、锡58-65％、镁1-1.5％、锆0.2-0.25％。
6.根据权利要求4所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述钎料粉钎料粉钎料粉为铝基钎料，液相线温度为490℃-520℃。
7.根据权利要求6所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述钎料粉的化学成分为：铝40-50％、硅3.0-4.0％、锌45-55％、钪0.3-0.4％。
8.根据权利要求6所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述粘合剂和粘合剂B的分解温度不高于450℃，熔化温度不高于200℃。
9.根据权利要求1所述的铜铝合金过渡连接端子生产工艺，其特征在于：所述复合片钎焊采用真空钎焊，真空钎焊的焊接条件为：加热到钎料膏的熔点以上30℃-50℃并保温30min-60min，真空度为9.5×10-3～9.8×10-3；接着加热到钎料粉的熔点以上30℃-50℃并保温10min-15min，真空度为4.5×10-3～4.8×10-3；然后降温至460℃-470℃并保温10min-20min，真空度为6.0×10-3～6.5×10-3；最后断电降温、出炉。
10.一种由如权利要求1所述的生产工艺制得的铜铝合金过渡连接端子。
Priority Applications (1)
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| CN202310456089.1A CN116526251A (zh) | 2023-04-25 | 2023-04-25 | 铜铝合金过渡连接端子及其生产工艺 |
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2023
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