載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接的製作方法

2023-10-31 01:21:07 2

專利名稱：載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電力傳輸系統中的載流金具的粘結方法，具體是指一種載流金具超聲波熱浸錫銅鋁過渡及雙變性複合粘接工藝，屬於金屬復蓋層技術領域。
背景技術：
電力金具在電力系統運行中起著主導的作用，對電網的安全運行、經濟運行至關重要。鋁、銅變電載流金具是電力運行中導線的連接件，而鋁、銅載流金具接觸面的接觸電阻直接影響著電力系統運行的安全性、可靠性、經濟性，接觸電阻是接續電阻的一部分，是衡量電力金具產品質量的重要技術、經濟指標。接觸面接觸不良，將使接觸面的接觸電阻增加，運行中將導致接觸面發熱，增加電能損耗，嚴重者，將使接觸面燒焦、燒毀，造成停電事故；特別是對於室外運行的載流金具，由於風吹、日曬、雨淋以及環境的汙染、侵蝕，使接觸面氧化、腐蝕，接觸電阻逐步增加，對電力系統的安全運行潛伏著危險和威脅。《電力金具通用技術條件》GB2314-1997標準中對載流金具接觸面的接觸電阻有明確的指標要求「導線接續處兩端點之間的電阻，對於壓縮型金具，應不大於同樣長度導線的電阻；對於非壓縮型金具，應不大於同樣長度導線電阻的1.1倍。」由於載流金具接觸面的接觸電阻是接續電阻的一部分，所以，降低載流金具接觸面接觸電阻是提高電力金具產品質量的關鍵。而降低載流金具接觸面接觸電阻，除了提高電力金具產品的材料質量、接觸面平整度、光潔度外，提高接觸面的耐腐蝕性，也是改善金具接觸性能、降低接觸電阻的關鍵。
目前，一般鋁、銅載流金具接觸面均無加金屬覆蓋層，因而易於氧化、腐蝕，降低接觸性能，增加接觸電阻，運行中容易產生發熱，增加電能損耗，對金具運行不利。
另外，鋁、銅兩種金屬的接觸電位是不同的，銅是正電位，鋁是負電位，當這兩種金屬互相接觸時，將引起電勢腐蝕，降低接觸性能，增加接觸電阻。目前國內對於銅鋁過渡載流金具的粘結一般採用釺焊方法，採用釺焊方法存在一些弊病，GB2314-1997標準中明確要求兩種接觸電位不同的金屬相互間接觸時，需採取特殊措施，對釺焊工藝製造的銅鋁過渡金具，要求銅與鋁表面複合粘結面積應不小於總接觸面的75％。但由於釺焊粘結劑中含有化學劑，易於產生化學腐蝕，銅鋁結合電位不同產生電腐蝕，結合力差，因此常常造成銅鋁腐蝕、脫落，給金具運行帶來不安全因素。

發明內容
本發明的目的是為了解決鋁、銅載流金具接觸面易於氧化、腐蝕所造成的降低接觸性能，增加接觸電阻的問題，以及釺焊粘接結合力差，易腐蝕脫落等問題，提供一種載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接的方法。
本發明所提供的一種載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接方法，包括在鋁、銅載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫及銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性複合粘結兩個工藝步驟，具體工藝方法如下(1)將鋁、銅載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫的操作程序①清理毛刺將載流金具接觸面周邊毛刺清理乾淨，待浸錫；②保溫箱予熱將待浸錫件放入保溫箱預熱，預熱溫度為150℃～200℃，恆溫時間為10-15分鐘；③錫槽超聲波熱浸錫將預熱至150℃～200℃的待浸錫件放入浸錫機錫槽中進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為320℃-350℃，浸錫時間鋁為1.5-3分鐘，鋁合金為2-4分鐘，銅為8-12分鐘；④把浸錫件從錫槽中取出，在浸錫件錫層尚未冷卻狀態下，用純棉布把浸錫面周邊毛刺清理乾淨，待粘結；(2)銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性複合粘結操作程序①將上述浸錫件待粘結面周邊毛刺修理乾淨；②將待粘結的銅製浸錫件放入回火錫槽進行回火，回火溫度為350℃～360℃；③將回火後的銅製浸錫件在專用平臺上調平，不平度不大於0.03mm；④對待粘結的鋁製浸錫件放入保溫箱中預熱至150℃～200℃；⑤把待粘結的銅製浸錫件、鋁製浸錫件分別從回火錫槽、預熱保溫箱中取出，並放入浸錫機進行熱浸錫，錫槽溫度為320℃~350℃，浸錫時間為銅板4～6分鐘，鋁件為1～2分鐘，鋁合金件為2～5分鐘；⑥從錫槽中同時取出銅製件與鋁製件放於平板工作檯上進行粘結，將銅製件與鋁製件對接好，用專用工具壓緊8～15秒鐘，並把周邊毛刺清理乾淨；⑦粘結完畢，檢查粘結質量。
本發明所提供的鋁、銅載流金具接觸面超聲波浸錫，通過超聲波熱浸錫，可以把鋁、銅表面的氧化層除去，同時把錫打到基體金屬鋁、銅晶格中，相互擴散，形成鋁錫、銅錫合金層，具有很好的結合力；同時錫是較軟的、有展性的銀白色金屬，不宜脫落，具有較好的防腐能力，通過熱浸錫，表面的平整度、光潔度也得到了提高。
銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫粘結是一種雙變性複合粘結，它既不同於釺焊接，又不同於電鍍，這種粘結，是在Cu-Sn與Al-Sn界面上形成了CuSn與AlSn合金層，並通過Sn把這兩個合金層結合起來，形成了穩定的結合，具有很強的結合力，並且，粘結面積可以達到100％。這種粘結，銅板與鋁基體既不直接接觸，但同時又通過錫，把銅板與鋁基體粘結到一起，解決了兩種接觸電位不同的金屬，直接接觸所產生的電勢腐蝕，既無電勢腐蝕，又無化學腐蝕，具有很好的結合性能。
本發明的有益效果在於1、鋁、銅載流金具接觸面超聲波熱浸錫，可以使其在鋁-錫、銅-錫界面上形成鋁錫、銅錫合金層，提高載流金具接觸面的平整度、光潔度，提高防腐性能，接觸性能，降低接觸電阻，延長運行壽命，降低電能損耗。
2、銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘結，可以使其在鋁-錫和銅-錫界面上形成鋁錫和銅錫合金層，又通過錫把銅與鋁結合在一起，解決了銅鋁兩種接觸電位不同金屬相互接觸而產生的電勢腐蝕問題，提高了載流金具接觸面的接觸性能，降低接觸電阻，防止了電勢腐蝕和化學腐蝕，提高了金具的運行壽命。


圖1是銅、鋁載流金具接觸面超聲波熱浸錫工藝流程2是銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘結工藝流程圖具體實施方式
本發明所提供的一種銅、鋁載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接方法，是將銅、鋁載流金具接觸面先進行超聲波熱浸錫處理，然後再將浸錫處理後的銅、鋁載流金具進行超聲波熱浸錫雙變性複合粘接，所用設備為1、H43-120超聲波噴射浸錫機，無錫超聲電子設備廠生產；2、101-2A型數顯電熱鼓風機乾燥(保溫)箱，上海津南科學儀器聯營廠生產；3、XMT數顯調節儀控制的恆溫錫槽，餘姚市工業儀器廠生產；錫槽中所用材料為純度99.99％的錫，另加總量0.3％～0.5％的鋅。
工藝流程分兩步。第一步是將銅、鋁載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫，工藝流程如圖1所示；第二步是銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘工藝流程如圖1所示；第二步是銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘結，工藝流程如圖2所示。
實施例一1.將銅、鋁載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫的操作程序①清理毛刺將載流金具接觸面周邊毛刺清理乾淨，待浸錫；②保溫箱予熱將待浸錫件放入101-2A型數顯電熱鼓風機保溫箱進行保溫予熱，預熱溫度為150℃，恆溫時間為15分鐘；③錫槽超聲波熱浸錫將預熱至150℃的待浸錫件放入H43-120超聲波噴射浸錫機的錫槽中進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為350℃，浸錫時間鋁為2分鐘，鋁合金為2.5分鐘，銅為10分鐘；④把浸錫件從錫槽中取出，在浸錫件錫層尚未冷卻狀態下，用純棉布把浸錫面周邊毛刺清理乾淨，待粘結；2.銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘結操作程序①將上述工藝中待粘結的浸錫件粘接面周邊的毛刺修理乾淨；②將待粘結的銅製浸錫件放入由XMT數顯調節儀調節控制的恆溫回火錫槽進行回火，回火溫度為350℃；③將回火後的銅製浸錫件在專用平臺上調平，並用刀口平尺檢查不平度不大於0.03mm；④將待粘結的鋁製浸錫件放入101-2A保溫箱中加熱至150℃；⑤把待粘結的銅製浸錫件、鋁製浸錫件分別從回火錫槽、預熱保溫箱中取出，並放入H43-120浸錫機進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為320℃，浸錫時間為銅件5分鐘，鋁件為2分鐘，鋁合金件為3分鐘；⑥從錫槽中同時取出銅製板與鋁製件(或鋁合金件)放於平板工作檯上進行粘結，將銅製件與鋁製件對接好，用專用工具壓緊10秒鐘左右，並把周邊毛刺清理乾淨；⑦粘結完畢，檢查粘結質量，用金屬件敲打為清脆聲即為合格。
實施例二1.將銅、鋁載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫的操作程序①清理毛刺將載流金具接觸面周邊毛刺清理乾淨，待浸錫；②保溫箱予熱浸錫前將待浸錫件放入101-2A型數顯電熱鼓風機保溫箱予熱，預熱溫度為200℃，恆溫時間為12分鐘；③錫槽超聲波熱浸錫將加熱至200℃的待浸錫件放入H43-120超聲波噴射浸錫機的錫槽中進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為350℃，浸錫時間鋁為2分鐘，鋁合金為2分鐘，銅為10分鐘；④把浸錫件從錫槽中取出，在浸錫件錫層尚未冷卻狀態下，用純棉布把浸錫面周邊毛刺清理乾淨，待粘結；2.銅鋁過渡載流金具超聲波熱浸錫雙變性複合粘結操作程序①將上述工藝中待粘結的銅製浸錫件、鋁製浸錫件載流金具粘接面周邊的毛刺修理乾淨；②將待粘結的銅製浸錫件放入由XMT數顯調節儀調節控制的恆溫回火錫槽進行回火，回火溫度為340℃；③將銅製浸錫件在專用平臺上調平，並用刀口平尺檢查不平度不大於0.03mm；④將待粘結的鋁製浸錫件放入101-2A保溫箱中加熱至200℃；⑤把待粘結的銅製浸錫件、鋁製浸錫件分別從回火錫槽、預熱保溫箱中取出，並放入H43-120浸錫機進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為350℃，浸錫時間為銅板5分鐘，鋁件為2分鐘，鋁合金件為3分鐘；⑥從錫槽中同時取出銅製件與鋁製件(或鋁合金件)放於平板工作檯上進行粘結，將銅製件與鋁製件對接好，用專用工具壓緊12秒鐘左右，並把周邊毛刺清理乾淨；⑦粘結完畢，檢查粘結質量，用金屬件敲打為清脆聲即為合格。
試驗情況1.結合力試驗對鋁、銅載流金具超聲波熱浸錫結合力(附著強度)的試驗包括劃格試驗、彎曲試驗、熱震試驗和耐腐蝕試驗，試驗結果表明，其鍍錫層具有很好的附著強度和防腐性能，熱震試驗說明載流金具運行溫度達到200℃時鍍錫層仍不熔化、脫落(錫的熔點為232℃)，這對於提高金具的運行壽命，保證金具的安全、經濟運行是有利的。
對銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性粘結結合力的試驗包括剝離試驗、彎曲試驗與耐腐蝕試驗，試驗結果表明，銅鋁過渡超聲波熱浸錫粘結具有很好的結合力，銅鋁的結合面積率達到100％，大於標準所要求的75％，並能承受彎曲與耐腐蝕試驗的考驗。
上述試驗均有專項試驗報告，其中剝離試驗是委託電力工業部電力金具質量檢驗測試中心進行。
2、載流金具接觸面超聲波熱浸錫對接觸電阻影響試驗為了解載流金具接觸面超聲波熱浸錫對接觸電阻的影響，採用銅母線伸縮具進行試驗研究，分別從同一批產品中抽取16件(16個接觸面)，其中8件浸錫、8件未浸錫，放於5％Nacl滲液中腐蝕16小時後測試接觸電阻，分別將浸錫的8件組成4組，未浸錫的8件組成4組，具體的試驗條件是滲液濃度5％Nacl滲液；腐蝕時間浸泡16小時；試件安裝MTS-80×8用4根M10螺栓連接，扭力矩為80N-mMS-100×10用4根M12螺栓連接，扭力矩為100N-mSL1-400/100用4根M12螺栓連接，扭力矩為100N-m接觸電阻測點位置將連接好的一組試件平放，在側面的中心線上兩個側面的中心點為測點。
試驗結果表明，載流金具接觸面超聲波熱浸錫，有利於提高防腐性能和接觸性能，減少接觸電阻，而無浸錫的載流金具，由於接觸面經腐蝕後，氧化層增加了接觸面的接觸電阻，對載流金具的運行帶來不利。
3、金相及金屬相互間滲透(擴散)試驗本試驗委託國家有色金屬及電子材料分析測試中心進行，對錫層表面的平整度、錫層厚度、鋁-錫-銅結合情況及鋁-錫-銅相互擴散情況進行了試驗研究，從金相照片及掃描電子顯微鏡所拍照片和測得的數據可以得出以下幾點結果(1)基體是銅(或鋁)經過熱浸錫，表面的平整度可以得到適當的提高；(2)銅鋁過渡鋁-錫-銅結合面結合得很好，保證銅鋁可靠的結合；(3)經掃描電子顯微鏡測得的銅表面的鋁層厚度為8～10μm，銅鋁之間的鋁層厚度為64～88.8μm；(4)經掃描電子顯微鏡測得在銅錫、鋁錫界面上的金屬得到相互擴散，其中銅與錫相互擴散2.5μm；錫向鋁擴散4.5μm，鋁向錫擴散2.5～3.5μm；這種界面上金屬離子的相互擴散對提高結合力有利。
採用本發明的工藝方法生產的電力金具，具有接合力好，接觸電阻小，耐腐蝕、抗老化、耐用、節能等優點，在國內金具同類產品中處於領先地位。
權利要求
1.一種載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接方法，其特徵在於包括在鋁、銅載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫及銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性複合粘結兩個工藝步驟，具體工藝方法如下(1)將鋁、銅載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫的操作程序①清理毛刺將載流金具接觸面周邊毛刺清理乾淨，待浸錫；②保溫箱予熱將待浸錫件放入保溫箱預熱，預熱溫度為150℃～200℃，恆溫時間為10～15分鐘；③錫槽超聲波熱浸錫將預熱至150℃～200℃的待浸錫件放入浸錫機錫槽中進行超聲波熱浸錫，錫槽溫度為320℃～350℃，浸錫時間鋁為1.5～3分鐘，鋁合金為2～4分鐘，銅為8～12分鐘；④把浸錫件從錫槽中取出，在浸錫件錫層尚未冷卻狀態下，用純棉布把浸錫面周邊毛刺清理乾淨，待粘結；(2)銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性複合粘結操作程序①將上述浸錫件待粘結面周邊毛刺修理乾淨；②將待粘結的銅製浸錫件放入回火錫槽進行回火，回火溫度為340℃～360℃；③將回火後的銅製浸錫件在專用平臺上調平，不平度不大於0.03mm；④對待粘結的鋁製浸錫件放入保溫箱中預熱至150℃～200℃；⑤把待粘結的銅製浸錫件、鋁製浸錫件分別從回火錫槽、預熱保溫箱中取出，並放入浸錫機進行熱浸錫，錫槽溫度為320℃～350℃，浸錫時間為銅板4～6分鐘，鋁件為1～2分鐘，鋁合金件為2～5分鐘；⑥從錫槽中同時取出銅製件與鋁製件放於平板工作檯上進行粘結，將銅製件與鋁製件對接好，用專用工具壓緊8～15秒鐘，並把周邊毛刺清理乾淨；⑦粘結完畢，檢查粘結質量。
2.根據權利要求1所述的一種載流金具超聲波熱浸錫及銅鋁過渡載流金具雙變性複合粘接方法，其特徵在於，錫槽中所用材料為純度99.99％的錫，另加總量0.3％～0.5％的鋅。
全文摘要
本發明為一種電力傳輸系統中的載流金具的粘結方法，包括在鋁、銅載流金具接觸面進行超聲波熱浸錫及銅鋁過渡超聲波熱浸錫雙變性複合粘結兩個工藝步驟，主要操作程序為清理毛刺；保溫箱預熱；錫槽超聲波熱浸錫錫槽溫度為320℃～350℃；清理毛刺；待粘結件放入回火錫槽進行回火；調平；保溫箱中預熱至150℃～200℃；放入浸錫機進行熱浸錫；將銅製件與鋁製件對接好，用專用工具壓緊8～15秒鐘，粘結完畢。採用本發明的工藝方法生產的電力金具，具有接合力好，接觸電阻小，耐腐蝕、抗老化、耐用、節能等優點，在國內金具同類產品中處於領先地位。
文檔編號B23K1/06GK1693025SQ20041003745
公開日2005年11月9日 申請日期2004年5月8日 優先權日2004年5月8日
發明者於合彬, 高儒付 申請人:房山區良鄉永固福利電力金具製造廠