专利名称：一种铜铝过渡线夹的铜铝钎焊工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钎焊工艺，尤其是涉及一种电力系统用的铜铝过渡线夹的铜-铝 Cu-Al钎焊工艺。
背景技术：
在电能转换系统中有很多铜与铝连接的情况，这就要用到铜铝过渡线夹。该类线夹是在电力行业中应用广泛的典型的铜铝连接器件。铜铝过渡线夹多用于母线引下线与电气设备，如变压器、断路器、互感器、隔离开关、穿墙套管等的出线端子连接。使用铜铝过渡线夹，可以避免很多电导问题和电化学腐蚀等问题，是实现以铝代铜、节约铜材，从而降低输变电设备成本的有效手段。
当前使用的铜铝过渡线夹可分为两种形式对接式和搭接式。其中对接式线夹因其固有的结构、性能缺陷正在被迅速淘汰，而搭接式线夹成为主要的应用形式。搭接式线夹是采用钎焊技术在铝材表面焊敷薄铜板制造而成。与对接式线夹相比，搭接式线夹中铜板和铝板合为一体，不仅可以很好地满足电气性能的要求，而且机械强度高，不容易断裂失效。
但是，目前铜铝过渡线夹的钎焊工艺尚且存在很多不足，从而容易造成过渡线夹的质量不稳定。当线夹质量欠佳时，其在输变电线路中服役时会发生腐蚀、断裂和电阻率异常升高等现象，极易造成变电站等设备的损坏并有可能造成停电等事故。在输变电行业中的确发生多起因线夹断裂失效而发生的大面积停电和设备损坏等事故。因此，提高铜铝过渡线夹的焊接质量具有重要的意义。此外，建立服役环境下的线夹腐蚀状况评估方法、实现腐蚀行为的预测也是分析线夹的可靠性、有效避免断裂停电事故的有效途径。
通过对线夹实际服役条件下发生的断裂事故来看，造成铜铝过渡线夹失效的原因主要包括耐腐蚀性能和强度不足两个方面。而线夹的强度、耐腐蚀性能主要决定于钎焊质量。本发明拟从铜铝过渡线夹的这些实际问题出发，在工艺参数优化的基础上发明一种可应用于工业生产的铜铝过渡线夹钎焊技术，并发展相关的可靠性评估方法，为线夹的稳定制造和服役性能评估提供技术基础。发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种针对输变电线路中铜铝过渡线夹的性能要求所开发的铜铝钎焊工艺。
上述技术问题，可通过以下技术方案解决 一种铜铝钎焊工艺，其特征是包括以下步骤1)对母材进行预处理在浓度为5(Tl00g/L、温度为2(T40°C的NaOH溶液中浸泡2-4分钟，之后经热水洗净，放入浓度为10%-15%的HNO3水溶液中进行3-5分钟的光泽处理。光泽处理完毕在流动的冷水下清洗掉残余的HN03溶液，冷风吹干备用；2)使用高频感应钎焊，考虑到隔热升温要求以石英玻璃作为焊接平台、考虑电磁波透入和局部温度勻化以石墨作为导热板搭建焊接平台；在石墨片上方依次叠加铜板、钎料和铝板，其中铜板同时作为感应片和焊接母材；钎料放置之前须蘸取少量液体膏状钎剂；3)采用&1C12+NH4C1或&1C12+NH4C1钎剂，用量依搭接面积计算为0.Γθ. 5g/cm2，钎剂的ZnC12含量为3(T80 wt. %，钎剂使用时分散在无水乙醇中调制成膏状；采用Si-Sn钎料，用量依搭接面积计算为0.03 0. 06g/ cm2，钎料Sn含量为20 50 wt.%，钎料的使用形式为厚度20(T500mm的薄带，用前以乙醇清洗；钎焊电流1(Γ 5Α，钎焊时间5 35秒；4)待钎料、钎剂融化之后轻轻搓动铝板，使钎剂产生的气体充分逸出以避免接头中出现孔洞；5)对铝板焊缝处施加压力使焊缝中液态钎料均勻致密，加压至焊件冷却之后撤去外力，焊接完成。
根据输变电行业用线夹的选材要求，本技术针对各牌号的纯铜、纯铝进行开发并以最具代表性的1060纯铝和Τ2纯铜薄板进行了广泛验证。
焊接工艺在高频感应设备上进行，设备的电流和保温时间可以连续调节，其中电流的调节范围为2 50Α，保温时间的调节范围为5 100秒。设备其主要特征为除焊机本体之外之外，本技术要求以石英玻璃作为焊接平台、石墨作为导热板。在石墨片上方依次放置铜板、钎料和铝板，其中铜板同时作为感应片和焊接母材；钎料放置之前须蘸取少量液体膏状钎剂。本发明所采用的钎剂的主要成分是&iC12*NH4C1，其中SiCl2含量为3(T80 wt. %, 使用时分散在无水乙醇中调制成膏状。
在加电焊接的过程中，主要考虑焊接电流和焊接时间两个参数。在本技术中，焊接电流在1(Γ15Α范围内选取，钎焊时间在5 15秒范围内选取。
有益效果本发明的钎焊工艺可制造高强、耐蚀的铜铝钎焊接头，实现铜铝过渡线夹的快捷生产和可靠服役。此外，尽管本方法针对输变电行业的纯铜/纯铝接头开发，并集中验证于1060纯铝和Τ2纯铜，但是可以方便在多种类型的铜材、铝材焊接工艺中推广应用。
图1 CuAl钎焊的设备结构示意图；图2为Ι=12Α的抗剪强度随钎焊时间变化规律； 图3为t=10s的抗剪强度随钎焊电流变化规律； 图4为铜铝接头抗剪强度随腐蚀时间的变化。
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明做进一步的细致描述。
实施实例1 CuAl钎焊-固定焊接时间母材为1060纯铝和T2纯铜薄板。
首先，用电火花线切割将铝板和铜板分别切割成40 mmX IOmmX 3mm和 40mmX IOmmX 2mm尺寸。钎焊时铜板和铝板的搭接长度为7mm。
将切割获得的母材进行预处理以去除表面油污和氧化膜。本例中采用化学去除方法，其具体操作步骤为将铝板和铜板放入浓度为100g/L、温度为20-40°C的NaOH溶液中浸泡为2-4分钟，浸泡结束后将试件放在热水中清洗三遍。此后，将试件放入浓度为10%_15% 的HNO3水溶液中进行3-5分钟的光泽处理。光泽处理完毕在流动的冷水下清洗掉残余的 HNO3溶液，最后用吹风机吹干水渍。
焊接在图1所示的设备上进行，在平板感应线圈上方放置厚度3mm的石英玻璃板作为支撑；该玻璃板从两侧固定，使其位置略高于感应线圈。在石英玻璃板上方放置一片厚为4mm，直径为40mm的石墨片。在石墨片上方依次放置铜板、钎料和铝板。在钎焊过程中石墨片、铜板、铝板均感应生热，石墨片还可以为铜板导热。钎料在放置之前蘸取少量液体膏状钎剂，夹在铜、铝板中间。所采用的钎剂的主要成分是&iC12+NH4C1钎剂，其中ZnCl2含量为3(T80 wt. %，使用时分散在无水乙醇中调制成膏状。本例取用钎剂0.8g钎剂(ZnCl2 0. 6g+NH4Cl 0. 2g)置于2ml无水乙醇进行调和。
母材、钎料装配完成之后通电进行焊接。在加电焊接的过程中，主要考虑焊接电流和焊接时间两个参数。在本技术中焊接电流固定为12A，钎焊时间在广3 范围内变化。待钎料、钎剂融化之后搓动铝板，使产生的气体逃逸出以避免接头中出现空洞；之后，对铝板焊缝处稍施压力使焊缝中液态钎料均勻致密。加压至焊件冷却之后撤去外力，焊接完成。
此后对所焊制的构件进行力学性能、耐腐蚀性能测试，评价其服役性能。图2所示为本实验中钎焊接头的拉剪强度随钎焊时间的变化。对比发现，当钎焊时间为10秒钟时钎焊的接头强度最高，达到45. 5 MPa，此后随着焊接时间的延长接头的抗剪强度快速下降。
实施实例2 CuAl钎焊-固定焊接电流本例的实施过程与实例1相似，只是固定焊接时间为10秒钟、改变钎焊电流的强度并研究其影响。图3所示为不同焊接电流下保温10秒钟获得的钎焊接头拉剪强度的测试结果。测试表明，在1(Γ16Α范围内随着焊接电流的升高，接头的强度先升高后降低，当焊接电流为12Α时，接头的抗剪强度最高。图4所示不同电流下获得的接头经盐雾暴露之后残余剪切强度测试的结果。测试表明，各工艺下制备的钎焊接头，其拉剪强度均随盐雾暴露时间的延长近似线性下降；钎焊电流为12Α的工艺制备的接头在腐蚀至不同阶段时均具有最高的残余剪切强度。综合对比表明，在12AX10S的工艺下获得的接头具有最佳的服役性能。
权利要求
1. 一种铜铝过渡线夹的铜铝钎焊工艺，其特征是包括以下步骤1)对铜、铝母材进行预处理在浓度为5(Tl00g/L、温度为2(T40°C的NaOH溶液中浸泡 2-4分钟，之后经热水洗净，放入浓度为10%-15%的HNO3水溶液中进行3_5分钟的光泽处理， 光泽处理完毕在流动的冷水下清洗掉残余的HNO3溶液、冷风吹干备用；2)以石英玻璃作为焊接平台、以石墨作为导热板搭建焊接平台，在石墨片上方依次叠放铜板、钎料和铝板，其中铜板同时作为感应片和焊接母材；钎料放置之前须蘸取少量液体膏状钎剂；3)采用&1C12+NH4C1钎剂，用量依搭接面积计算为0.Γθ. 5g/cm2，钎剂的ZnC12含量为3(T80 wt. %，钎剂使用时分散在无水乙醇中调制成膏状；采用Si-Sn钎料，用量依搭接面积计算为0. 03 0. 06g/ cm2，钎料Sn含量为20 50 wt. %，钎料的使用形式为厚度20(T500mm 的薄带，使用之前用乙醇清洗；钎焊电流1(Γ15Α，钎焊时间5 35秒；4)待钎料、钎剂融化之后搓动铝板，使产生的气体逃逸出以避免接头中出现空洞；5)对铝板焊缝处施加压力使焊缝中液态钎料均勻致密，加压至焊件冷却之后撤去外力，焊接完成。
全文摘要
本发明是一种用于电力系统的铜铝过渡线夹的铜铝钎焊连接工艺，可获得服役性能良好的Cu-Al过渡线夹。主要通过钎剂的优选和钎焊时间、钎焊电流的控制获得高强度、高耐蚀的Cu-Al钎焊接头。本发明主要可用于输变电设备Cu-Al过渡线夹的制造，可提高输变电系统的可靠性和服役寿命。此外，该焊接方法简单快捷、设备投资小，易于向批量生产转化。
文档编号B23K1/19GK102513637SQ20111038100
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者吴奭登, 林介东, 梁永纯, 王伟 申请人:广东电网公司电力科学研究院