KR100734189B1 - 전기전도성 조인트의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
구리 또는 구리 합금으로 제조된 컨덕터 레일과 연관하여 전기전도성 조인트를 제조하기 위한 방법으로서, 결합될 양 컨덕커 레일 요소 사이에 납땜제를 제공하고, 이후에 적어도 연결 영역을 가열하여 조인트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 납땜제를, 표면층 (4, 6) 및 그 표면층 사이의 중간층 (5) 을 포함하는 층상 납땜제 포일 (3) 로 하여, 상기 연결 영역을 열처리함으로써 확산 조인트가 생성된다.
Description
본 발명은 제 1 청구항의 도입부에 따른 방법에 관한 것이다.
많은 전력을 요구하는 플랜트에서는, 동력 컨덕터로서, 구리 또는 구리합금으로 제조된 컨덕터 레일이 통상적으로 채용된다. 상기 컨덕터 레일은 길고, 통상적으로, 볼트와 같은 고정 수단에 의해 생성된 클램프 조인트를 포함한다. 통상적으로 상기 조인트는 겹치기 조인트이므로, 이 경우, 서로 결합될 부재를 통해서는, 횡방으로 적어도 하나의 구멍이 뚫린다. 상기 구멍은 서로 매치되도록 설치되며, 그 구멍을 통해서는 대응물, 즉 너트에 의해 고정되는 고정요소, 즉 볼트가 삽입되어, 결합될 부재의 결합 표면이 함께 가압된다. 볼트 조인트의 경우, 전류 전도는 결합된 요소 간의 기계적 접촉에 의존하게 된다. 효과적이며 안전한 동력 전도는 상기 기계적 결합이 온전할 경우에만 보장된다. 클램프 조인트는 통상적으로 시간의 경과에 따라 산화하게 되며, 이 경우 결합부에는 전달 저항이 발생하게 되어 많은 양의 전기 동력이 불필요하게 소비된다. 예를 들어 야금 산업에서 많은 동력을 소비하는 유닛은 무엇보다도 전해 설비 및 프로세스-야금 전기 노이다. 볼트 결합의 전기전도 능력의 약화와 전달 저항의 발생으로 인해, 에너지 소비의 증가에 의한 막대한 경제적 손실이 초래된다. 또한, 조인트의 수리의 경우 (10 년된 조인트는 교체되어야 함), 높은 노동 손실을 초래한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 결점이 극복될 수 있는 방법 및 조인트를 실현하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 새로운 조인트를 제조하는 것과는 별도로 오래된 조인트를 수리하는 것도 가능하게 하는 방법을 실현하는 것이다.
본 발명은 첨부된 청구항에 기술된 특징으로 가진다.
본 발명에 따른 장치는 몇가지 뛰어난 장점을 가진다. 본 발명에 따른 방법을 적용함으로써, 매우 뛰어난 전기전도 능력을 유지하면서 매우 내구력 있고 장기간 지속되는 결합이 성취될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 다양한 컨덕터 레일 장치에 대해 매우 용이하게 적용될 수 있다. 상기 결합은 신속히 이루어지며, 상기 방법은 다양한 설치 조건에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 실시형태에 의해, 열악한 환경에 놓여있는 기계적 조인트가 용이하게 수선될 수 있다. 납땜제 (soldering/brazing agent) 로서 레이어 포일 (layer foil) 을 채용함으로써, 용이하게 응용할 수 있는 매우 바람직한 납땜제 조합이 이루어진다. 본 발명에 따른 방법이 낡은 조인트의 수선에 적용될 경우, 상기 낡은 조인트는 남겨진 채로 예를 들어 낡은 접합점 양측이 굳게 납땜되어진 채로 전도성 요소를 이용하여 바이패스될 수 있다.
확산 조인트 용으로 요구되는 결합 물질이 아주 얇고 최적의 층으로 이용될 경우, 확산 메커니즘에 의해 원래의 결합 물질의 녹는점보다 몇백도 높은 녹는점을 가지는 고체상의 최종 결합 구조를 낮은 작동 온도에서조차 얻는 것이 가능하다. 순수한 연결 물질이 견딜 수 있는 온도보다 높은 온도를 견디므로 상기 조인트는 자기-교정적이다. 결합 물질과 결합될 물질 사이의 확산 메커니즘에 의해 요구되는 열은 예를 들어 액체 가스 버너와 같은 가열 장치에 의해 가해질 수 있다. 유도 가열과 같은 다른 적절한 가열 장치 역시 연결 영역의 가열을 위해 이용될 수 있다. 상기 납땜제 포일의 표면 및/또는 결합될 표면의 적어도 일부에 결합 형성 이전에 주석 층이 적용된다. 주석을 공급함으로써 상기 연결을 형성하기 위한 온도가 강하된다. 또한, 결합될 표면의 산화가 방지되며, 결합 형성을 위해 보호 가스 장치가 불필요하게 된다. 접합점에서 상변이 반응을 시작하고 최적의 구조를 이루기 위해, Ag+Cu 중심 층과 결합될 목적물 사이의 땜질/납땜 제의 표면층으로서 몇 마이크로미터의 주석 층을 가지는 것으로 충분하다. 본 방법에 따른 기술은 상기 Ag+Cu 합성물에 의해 결정적으로 좌우되지 않으며, 상기 기술에서 실질적으로 순수한 Ag 층 역시 이용될 수 있다. 용융된 고형 물질 확산과 연속적인 상변화 반응에 의해 상대적으로 낮은 온도에서도 결합이 매우 신속하게 발생한다. 본 발명의 방법에 따른 바람직한 실시형태를 적용함으로써, 매우 다양한 산화 환경에 대해 저항하는 납땜제가 발생한다. 작동 조건에서 발생하는 부식에 대해, 주석은 아연 및 구리와 같은 방식으로 황산화되지 않으므로 생성된 모자이크 (mosaic) 금 내의 주석은 유해하지 않다. 접합부의 상 내에 용해된 은에 대해, 그것은 상기 모자이크 금의 부식 저항을 향상시키도록 돕는다. 상기 방법을 적용함으로써, 전기전도성을 유지하며 매우 높은 전기 동력을 이용하는 플랜트의 컨덕터 레일 장치에 적절한 매우 양호한 조인트가 획득된다.
첨부 도면을 참고하여 본 발명이 더욱 상세하게 하기된다.
도 1 은 열처리 이전에 횡단면으로 도시된 본 발명에 따른 조인트를 도시한다.
도 2 은 본 발명에 따른 방법의 또다른 실시형태를 도시한다.
본 발명에 따른 방법에서, 실질적으로 구리로 제조된 컨덕터 레일 (1) 이 주로 구리로 제조된 또다른 컨덕터 레일 (2) 에 연결된다. 본 방법에 따르면, 상기 컨덕터 레일의 연결 표면 사이에 서로 연결될 부분 (1, 2) 의 녹는점보다 낮은 녹는점을 가지는 납땜제 (3) 가 공급된다. 적어도 상기 접합 영역이 상기 납땜제의 부분 또는 그 근방의 용융점 이상으로 가열되고 이후 상기 연결 영역이 냉각된다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 확산 조인트가 이루어진다. 온도가 상기된 높은 수준에까지 상승될 수 있어 연결 영역에서 일시적으로 융해된 상이 발생된다. 채용된 납땜제는 납땜제 포일 (3) 층이며, 상기 층은 표면층 (4, 6) 및 그 사이의 중간층 (5) 을 포함한다. 본 방법에 따르면, 연결 영역이 가열되어 확산 연결이 발생된다.
상기 땜납/납땜 제는 적절한 너비이며 소정 길이로 절단되는 시트로서 취급이 용이하고, 미리 정확하게 연결점에 설치될 수 있으며, 이러한 경우 연결 표면의 전체 영역을 통해 매우 양호한 연결이 이루어질 수 있다. 상기 땜납/납땜 제 포일은 서로 결합되기 위해 요소 (1, 2) 사이에 놓여지며, 상기 땜납/납땜 제 (3) 는 결합될 상기 요소와 함께 층 구조를 형성한다. 도 1 의 경우, 명확함을 위 해 비율이 조절되어, 상기 땜납/납땜 제 (3) 가 실제보다 현저히 두껍게 도시된다.
상기 땜납/납땜 제의 중간 층 (5) 은, 은과 구리의 혼합물 (Ag+Cu), 알루미늄과 구리 (Al+Cu) 의 혼합물 또는 주석과 구리 (Sn+Cu) 혼합물 그룹으로부터 선택된다. 용융 거동에 관하여는, 상기 땜납/납땜 제의 합성물은 바람직하게는 구리와의 공융 (eutectic) 조직을 형성한다. 예를 들어 은-및-구리 땜납/납땜 제의 경우, 상기 공융 합성물은 71 중량% 은과 29 중량% 구리를 포함한다. 상기 땜납/납땜 제는 또한 순수한 은 또는 알루미늄일 수 있다.
상기 땜납/납땜 제 포일 (3) 의 표면층 (4, 6) 은 주석, 또는 구리에 융해되며 낮은 용융점을 갖는 다른 금속을 포함하므로, 상기 땜납/납땜 조작을 위해 요구되는 온도가 강하될 수 있다. 상기 표면층 (4, 6) 은 예를 들어, 상기 포일의 중간층 (5) 을 구성하는 땜납/납땜 제를 융해 주석 내에 담그고, 필요할 경우 그후에 상기 포일을 부드럽게 롤링함으로써 형성될 수 있다.
본 발명에 따라, 은과 구리를 포함하며 50 ㎛ 의 두께를 가지는 중간층 (5) 과 함께 납땜제 포일 (3), 및 주석을 포함하고 예를 들어 5-10 ㎛ 의 두께를 가지는 표면층 (4, 6) 을 이용함으로써 매우 양질의 조인트가 얻어질 수 있다. 상기 납땜제 포일의 두께는 통상적으로 10-500 ㎛ 이며, 바람직하게는 20-100 ㎛ 이다. 상기 표면에 주석층이 적용될 경우, 상기 포일의 중간층 (5) 의 두께는 10-100 ㎛ 이며, 상기 표면층 (4, 6) 의 두께는 1-20㎛ 이다.
땜납/납땜과 연관하여 상기 표면층 (4, 6) 으로서 주석층이 채용될 경우, 상기 공융 합성물에서보다 낮은 구리 함량을 가지는 중간층이 이용될 수 있다. 예를 들어 상기 은과 구리 납땜제의 구리 함량은 또한 0-29 중량% 일 수 있다.
주석층이 이용될 경우, 상기 합성물은 상기 방법에 대해 결정적이지 않다.
도 2 에서, 본 발명의 방법에 따른 또다른 실시형태가 도시되며, 구식의 볼트 결합 (8) 과 함께 구식의 조인트보다 양호한 전기전도 능력을 가지는 새로운 조인트가 있다. 이러한 실시형태에서, 컨덕터 요소 (7) 가 이용되며, 상기 요소의 첫번째 단부는 수리될 조인트의 제 1 부분 (1) 에 연결되며, 제 2 단부는 수리될 조인트의 제 2 부분 (2) 에 연결된다. 상기 컨덕터 요소 (7) 는 확산 조인트 (3) 에 의해 상기 제 1 부분 및/또는 제 2 부분에 연결된다. 상기 컨덕터 요소는 상기 연결에 적합한 방식으로 설계된다. 통상적으로 상기 조인트는 땜납/납땜 포일 층을 이용하여 굳은 땜납/납땜에 의해 이루어진다.
실시예 1
이러한 실시예에서, 구리 목적물이 또다른 구리 목적물과 71 중량% 은과 29 중량% 구리를 포함하는 Ag+Cu 납땜제에 의해 결합된다. 상기 납땜제는 50 ㎛ 의 두께를 가지는 포일의 형태로 적용되며, 또한 상기 포일 표면에는 대략 5-10 ㎛ 두께를 가지는 주석층이 형성된다. 온도는 대략 600℃ 까지 상승된다. 파지 시간은 대략 5 분이다. 상기 실시예에 따른 결합은 매우 성공적이었다. 컴팩트하고 부드러운 연결이 형성되었는데, 본래 순수한 요소로서 포함되었던 주석이 구리를 가지는 모자이크 금 접합부를 형성하였다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 통상적으로 50% 이상의 구리 함량을 가지는 구리 및/또는 구리 합금으로 제조된 연결 표면을 가지는 컨덕터 레일이 결합될 수 있 다.
Claims (10)
- 구리 또는 구리 합금으로 제조된 컨덕터 레일과 연관하여 전기전도성 조인트를 제조하기 위한 방법으로서, 결합될 양 컨덕커 레일 요소 사이에 납땜제를 제공하고, 이후에 적어도 연결 영역을 가열하여 조인트를 제조하는 방법에 있어서,상기 납땜제를, 주석, 또는 구리 내에서의 용해성이 양호하여 융점이 낮은 다른 금속으로 형성된 표면층 (4, 6) 및 그 표면층 사이의, 구리와 공정 조성을 갖는 중간층 (5) 을 포함하는 층상 납땜제 포일 (3) 로 하여, 상기 연결 영역을 열처리함으로써 확산 조인트를 생성시키는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 납땜제의 중간층 (5) 이, 은과 구리의 혼합물, 알루미늄과 구리의 혼합물, 또는 주석과 구리의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 납땜제의 중간층 (5) 이 71 중량% 의 은과 29 중량% 의 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 납땜제의 중간층 (5) 이 은으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 납땜제의 중간층 (5) 이 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 납땜제 포일 (3) 이 10-500 ㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 납땜제의 중간층 (15) 이 10-100 ㎛ 의 두께를 가지며, 상기 표면층 (4, 6) 이 1-20 ㎛ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 구리 또는 구리 합금으로 제조된 컨덕터 레일 조인트의 수리와 특히 연관하여 적용되는 전기전도성 조인트의 제조방법으로서, 상기 방법에서 결합될 요소 사이에 납땜제가 적용되며, 이후 적어도 상기 연결 영역이 가열되어 조인트를 생성시키는 방법에 있어서,수리될 연결 지점을 우회하는 컨덕터 요소 (7) 를 제공하여, 상기 컨덕터 요소 (7) 의 제 1 단을 수리될 조인트의 제 1 부분 (1) 에 연결하고, 상기 컨덕터 요소 (7) 의 제 2 단을 수리될 조인트의 제 2 부분 (2) 에 연결하며, 결합될 상기 부분 (1, 2) 사이에, 표면층 (4, 6) 및 그 표면층 사이에 제공된 중간층 (5) 을 포함하는 층상 납땜제 포일 (3) 을 적용함으로써, 상기 컨덕터 (7) 요소를 확산 조인트에 의해 상기 부분 (1, 2) 에 연결하는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 납땜제 포일 (3) 이 20-100 ㎛ 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 조인트의 제조방법.
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