黃瑩瑛，尹東海，李夕晨

（1.常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州213025；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

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銅導(dǎo)線連接工藝研究及選用

黃瑩瑛1，尹東海2，李夕晨1

（1.常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇 常州213025；2.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

摘要：介紹了各類導(dǎo)線連接工藝，對(duì)比分析各類連接工藝的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹逆變直流點(diǎn)焊工藝在直流互感器精密電阻連接中的應(yīng)用，給類似產(chǎn)品提供參考。

關(guān)鍵詞：壓接工藝；錫焊工藝；逆變直流；電極

直流互感器作為直流輸電系統(tǒng)用電能計(jì)量、電量監(jiān)測(cè)、電力系統(tǒng)控制與保護(hù)的重要裝置，與交流互感器相比，制造難度大，故障率高，在國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有得到推廣。特高壓±800 kV云南-廣東和向家壩-上海直流工程中直流互感器均依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)制造水平與世界先進(jìn)水平仍有一定差距。作為直流互感器的關(guān)鍵元器件之一的電阻，在系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵作用。但是單個(gè)產(chǎn)品中電阻數(shù)量多、引腳連接困難等問(wèn)題直接影響到產(chǎn)品的可靠性及穩(wěn)定性，因此，解決電阻引腳連接問(wèn)題尤為迫切。

本文主要介紹各類單股導(dǎo)線連接工藝，分析各類連接工藝的特點(diǎn)，旨在給直流互感器精密電阻串聯(lián)提供工藝借鑒。

1　銅導(dǎo)線常規(guī)連接方式

電阻引腳為紫銅鍍錫材質(zhì)，常規(guī)連接方式有壓接和錫焊兩種。

1.1壓接工藝

壓接工藝廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在電力行業(yè)中更是應(yīng)用普遍，從箱柜產(chǎn)品導(dǎo)線冷壓頭壓接到大型設(shè)備電纜端子壓接都會(huì)使用。常規(guī)的冷壓頭壓接工藝主要應(yīng)用于多芯導(dǎo)線壓接，單芯導(dǎo)線之間連接如果采用壓接工藝，壓接接頭抗拉強(qiáng)度較低，長(zhǎng)期受力的情況下容易松脫。由于電阻采用串聯(lián)形式且串聯(lián)級(jí)數(shù)多，斷路風(fēng)險(xiǎn)成倍增長(zhǎng)，一旦出現(xiàn)斷路，將直接導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。同時(shí)，導(dǎo)線連接處并非完全接觸，接觸面積相對(duì)較小，連接處溫升較大，對(duì)產(chǎn)品的散熱要求較高。該工藝擁有操作便捷、效率高、成本低廉、工人技能要求低等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)其接頭連接強(qiáng)度較低、可靠性較差、接觸電阻大等缺點(diǎn)也較為明顯。

1.2錫焊工藝

錫焊是指在一定溫度下熔化成液態(tài)的金屬錫合金在被焊金屬表面形成的新合金層，達(dá)到被焊物之間結(jié)構(gòu)上的連接和電氣上的導(dǎo)電。該工藝操作方便，焊材價(jià)廉，在家用電器、電力設(shè)備等行業(yè)被廣泛采用。因此，也是一種可以考慮采用的連接工藝。

焊錫材料熔融后，焊料與被焊金屬浸潤(rùn)結(jié)合，兩者接觸處分子相互滲透、吸引，產(chǎn)生新的分子鏈，形成新的合金層。此時(shí)合金中的分子既有新的分子鏈，又有原本金屬分子鏈，兩者相互交織。在熔錫冷卻固化后，這一合金層就是需要的連接層。

錫焊與壓接相比，為便于焊接，焊前需要固定好電阻引腳，難度較大。從施焊到焊料固化，整個(gè)過(guò)程用時(shí)需要控制在3～4 s之內(nèi)，否則會(huì)對(duì)精密電阻性能產(chǎn)生影響。同時(shí)，受到焊前處理以及人員技能等因素的影響，焊接過(guò)程極容易產(chǎn)生虛焊或焊接失敗的情況。

直流互感器電阻串長(zhǎng)期存在受力的情況，錫焊焊點(diǎn)亦無(wú)法長(zhǎng)期承受拉力，因此該工藝在此類產(chǎn)品中應(yīng)用也存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

不論是以上所述壓接工藝和錫焊工藝，在直流互感器精密電阻串連接方面都有一定的局限性，缺點(diǎn)較為明顯，批量生產(chǎn)不推薦使用。

2　點(diǎn)焊工藝

2.1點(diǎn)焊原理

點(diǎn)焊是一種以加熱方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的制造工藝及技術(shù)，是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。

2.2常用點(diǎn)焊方式

工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的點(diǎn)焊工藝大致有工頻交流式、電容儲(chǔ)能式、電子脈沖式以及逆變直流式等，其中，逆變直流焊機(jī)是近些年發(fā)展起來(lái)的新型焊接設(shè)備，在汽車工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，其與焊接機(jī)器人的配合應(yīng)用正逐步成為以后逆變電阻焊機(jī)的主要應(yīng)用方向［1］。與傳統(tǒng)交流點(diǎn)焊機(jī)相比，具有輸出功率大、體積小、重量輕［2］、控制精度高、焊接電流脈沖小、功率因素高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域逐步得到了推廣。電容儲(chǔ)能式、電子脈沖式焊機(jī)與其相比，除了價(jià)格上有一定優(yōu)勢(shì)外，其焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性方面都無(wú)法與逆變直流點(diǎn)焊機(jī)相比。

2.3逆變直流點(diǎn)焊機(jī)優(yōu)勢(shì)

（1）電流閉環(huán)控制，直流輸出穩(wěn)定，有效避免虛焊問(wèn)題。（2）逆變頻率控制精度高，通電時(shí)間可靈活控制。（3）可實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、功率，提高了產(chǎn)品的焊接一致性和穩(wěn)定性。

（4）焊接電流為脈動(dòng)直流，無(wú)明顯的峰值電流，熔核尺寸穩(wěn)定擴(kuò)大，能有效解決焊接“飛濺”。

（5）焊接電流小，電極壽命長(zhǎng)。

（6）焊機(jī)變壓器重量和體積小，輸入功率低，使用更為節(jié)能。

2.3.1關(guān)鍵技術(shù)性能

（1）焊接電流的影響

電流對(duì)產(chǎn)熱的影響比時(shí)間和電壓兩者都大。因此，在焊接過(guò)程中，它是一個(gè)必須嚴(yán)格控制的參數(shù)。焊接電流太小不能形成熔核或者熔核尺寸小，焊點(diǎn)強(qiáng)度??；焊接電流太大，會(huì)引起焊接工件過(guò)熱、飛濺、壓痕過(guò)深等現(xiàn)象。

（2）焊接時(shí)間的影響

為了保證熔核尺寸和焊接強(qiáng)度，焊接時(shí)間和焊接電流在一定范圍內(nèi)可以相互補(bǔ)充。為了獲得一定強(qiáng)度的焊點(diǎn)，可以采用大電流和短時(shí)間（硬規(guī)范）也可以采用小電流和長(zhǎng)時(shí)間（軟規(guī)范）。

（3）電極壓力的影響

電極壓力也是點(diǎn)焊的重要參數(shù)之一。電極壓力過(guò)大或過(guò)小都會(huì)使焊點(diǎn)承受能力降低和分散性變大，尤其對(duì)拉伸載荷影響更甚。當(dāng)電極壓力過(guò)小時(shí)，由于焊接區(qū)金屬的塑性變形范圍及變形程度不足，造成因電流密度過(guò)大而引起加熱速度大于塑性環(huán)擴(kuò)展速度，從而產(chǎn)生嚴(yán)重噴濺。這不僅使熔核形狀和尺寸發(fā)生變化，而且污染環(huán)境和不安全，這是絕對(duì)不允許的。電極壓力大將使焊接區(qū)域接觸面積增大，總電阻和電流密度均減小，焊接區(qū)散熱增加，因此熔核尺寸下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)未焊透缺陷。

一般認(rèn)為在增大電極壓力的同時(shí)，適當(dāng)加大焊接電流或焊接時(shí)間，以維持焊接區(qū)加熱程度不變。同時(shí)，由于壓力增大，可消除焊件裝配間隙、剛性不均勻等因素引起的焊接區(qū)所受壓力波動(dòng)對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度的不良影響。此時(shí)不僅使焊點(diǎn)強(qiáng)度維持不變，穩(wěn)定性亦可大大提高。

電極壓力選擇時(shí)還應(yīng)考慮以下因素:高溫強(qiáng)度愈大的金屬，電極壓力應(yīng)相應(yīng)增大；焊接規(guī)范愈硬，則電極壓力應(yīng)相應(yīng)增大。

2.3.2焊接電極設(shè)計(jì)

焊接前，被焊件清理工序較為關(guān)鍵，否則容易造成“飛濺”，為避免焊機(jī)施壓過(guò)程中導(dǎo)線因受力而側(cè)滑，焊接電極推薦使用圖1所示結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在確保導(dǎo)線和電極充分接觸的基礎(chǔ)上還能夠避免導(dǎo)線在受壓狀態(tài)下左右移動(dòng)，提高焊接質(zhì)量和成功率。電極材料推薦使用鎢鋼、鎢銅或者純鎢材質(zhì)，如使用純鎢材質(zhì)電極，推薦使用嵌件結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示，即將鎢電極頭嵌入銅棒中，可降低成本，加強(qiáng)散熱。實(shí)驗(yàn)證明，鎢鋼材質(zhì)電極在散熱性、耐磨性、防飛濺性、焊接穩(wěn)定性等方面綜合性能較其他材質(zhì)更為優(yōu)異，銅質(zhì)導(dǎo)線焊接時(shí)推薦使用鎢鋼電極，如圖2（b）.

圖1　導(dǎo)線點(diǎn)焊電極結(jié)構(gòu)及焊接過(guò)程

圖2　點(diǎn)焊電極

2.3.3點(diǎn)焊工藝過(guò)程注意事項(xiàng)

（1）被焊件焊前需清理，除去表面油污。

（2）焊前需觀察電極狀態(tài)，清除電極上殘留雜質(zhì)。（3）不同規(guī)格導(dǎo)線需要注意調(diào)整焊接電流、焊接時(shí)間、焊接壓力。

3　結(jié)束語(yǔ)

逆變直流點(diǎn)焊工藝是目前較為先進(jìn)的點(diǎn)焊方式，廣泛應(yīng)用于家電、照明、電力系統(tǒng)等行業(yè)，市場(chǎng)應(yīng)用較為成熟。該工藝具有熱影響區(qū)域小、焊點(diǎn)牢固、焊接效率高、污染較小、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，在直流互感器精密電阻焊接方面尤為適用。

參考文獻(xiàn)：

［1］甘文軍，李亞庭，王敏，等.逆變電阻焊的工業(yè)應(yīng)用及研究進(jìn)展［J］.電焊機(jī)，2010，40（5）：101-105.

［2］伍月華，黃石生，鄧上云，等.逆變式電阻焊機(jī)的新發(fā)展—IGBT逆變式點(diǎn)焊機(jī)［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1994，30（4）:97-101.

Research and Selection of Copper Wire Connection Technology

HUANG Ying-ying1，YIN Dong-hai2，LI Xi-cheng1
（1.NR Electric Power Electronic Co.，Ltd，Jiang Su，Changzhou Jiangsu 213025，China；2.NR Electric Co.，Ltd，Jiang Su，Jiangsu Nanjing 211102，China）

Abstract：This paper introduces various types of wire connection technology，compares and analyzes the characteristics of various types of connection technology，and emphatically introduces the application of inverter DC spot welding technology in precision resistance connection of DC transformer，and provides reference for similar products.

Key words：pressing technology；soldering technology；inverter DC；electrode.

中圖分類號(hào)：TH162

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）03-0078-02

收稿日期：2015-12-22

作者簡(jiǎn)介：黃瑩瑛（1987-），男，江蘇溧陽(yáng)人，本科，助理工程師，從事電力設(shè)備結(jié)構(gòu)與工藝研究。