徐阿蘭，徐良達(dá)

（ 康平科技（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215131 ）

銅鋁線焊接工藝探討

徐阿蘭，徐良達(dá)

（ 康平科技（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215131 ）

介紹了鋁線電機(jī)中鋁線焊接工藝，從鋁線脫漆、鋁線焊錫、焊接點(diǎn)密封三個(gè)步驟對(duì)該工藝進(jìn)行升級(jí)，降低了銅鋁電化學(xué)腐蝕帶來(lái)的負(fù)面影響，從而確保焊接接頭的可靠性和使用壽命。

電化學(xué)腐蝕 鋁線脫漆 銅鋁線焊接 焊接處密封

0 引言

鋁的導(dǎo)電率是銅的65%，密度為銅的30%，所以輸送同量的電，鋁線的質(zhì)量只有銅線的一半，鋁線電機(jī)（本文中鋁線電機(jī)均指定子為鋁線的電機(jī)）要比銅線電機(jī)成本低很多。目前，鋁線電機(jī)性能已與銅線電機(jī)相當(dāng)，加上鋁線焊接工藝的突破，從而加速了鋁線電機(jī)代替銅線電機(jī)在不同行業(yè)得到大量應(yīng)用的步伐。除了民用的洗衣機(jī)電機(jī)、吸塵器電機(jī)、冰箱壓縮機(jī)等行業(yè)外，電動(dòng)工具鋁線電機(jī)也已大量應(yīng)用到DIY產(chǎn)品，如電鉆電機(jī)、打草機(jī)電機(jī)、砂帶機(jī)電機(jī)、剪枝機(jī)電機(jī)等，并得到了CQC 3C認(rèn)證的認(rèn)可。

1 銅鋁焊接工藝的難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)

過(guò)去，在電動(dòng)工具行業(yè)，鋁線電機(jī)一直難以推廣，主要原因是：與家用電器相比，電動(dòng)工具承受著沖擊載荷、機(jī)械振動(dòng)與熱沖擊等諸多因素影響，在大電流瞬間開斷、工具振動(dòng)大的綜合作用下，對(duì)焊接點(diǎn)的銅鋁電化學(xué)腐蝕起到極強(qiáng)催化作用，影響了焊接接頭的可靠性和使用壽命。隨著銅鋁線焊接工藝的進(jìn)步和突破，電化學(xué)腐蝕問(wèn)題得到了有效控制。

電介形成機(jī)理：異種金屬或合金、純度低的金屬在與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)從而引起的腐蝕，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。金屬和電解質(zhì)組成兩個(gè)電極，形成腐蝕原電池，當(dāng)銅、鋁導(dǎo)體直接聯(lián)接時(shí)，這兩種金屬的接觸面在空氣中經(jīng)水分、二氧化碳和其他雜質(zhì)的作用，極易形成電解液，從而形成以鋁為負(fù)極、銅為正極的原電池，使鋁產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，造成銅、鋁聯(lián)接處的接觸電阻增大，接頭可靠性變差。另外，銅、鋁的熱膨脹系數(shù)相差很大，經(jīng)過(guò)多次通電與斷電運(yùn)行后，在溫差應(yīng)力的作用下，容易使得接頭處產(chǎn)生較大的間隙從而也增大了接觸電阻，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐纱竺娣e接觸不良。當(dāng)大電流通過(guò)時(shí)，會(huì)使得接觸處溫度大大升高，高溫下腐蝕就會(huì)加劇，產(chǎn)生惡性循環(huán)，使焊接接頭進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。與此同時(shí)，還可能因接頭溫度過(guò)高，產(chǎn)生較大電火花，引起鄰近的易燃品著火和引發(fā)火災(zāi)等事故。因此，焊接時(shí)必須可靠控制電化學(xué)腐蝕，防止事故發(fā)生。

2 鋁線焊接工藝的研究改善

經(jīng)過(guò)分析研究和新型材料及工藝的開發(fā)，目前焊接工藝水平得到很大提升。通常，銅鋁線焊接工藝具體可分為三個(gè)過(guò)程：一是鋁線脫漆（鋁線絕緣層）；二是鋁線焊錫；三是焊接點(diǎn)密封。

2.1鋁線脫漆

目前大量采用的脫漆方法有機(jī)械脫漆和化學(xué)脫漆兩種，機(jī)械脫漆常用于線徑較粗的鋁線，這是因?yàn)樘?xì)的鋁線用機(jī)械方法脫漆易被折斷或損傷，大都使用化學(xué)方法來(lái)脫漆。化學(xué)脫漆（脫漆粉脫漆）方法的好處是脫漆膜效果快、不傷線，并在鋁線表面形成均勻穩(wěn)定的氧化層，便于錫釬焊。

脫漆粉脫漆操作過(guò)程：先將適量脫漆粉加到不銹鋼容器或錫爐（脫漆槽）中，然后加熱，當(dāng)脫漆粉高溫熔化成液態(tài)后，將漆包線按規(guī)定的尺寸浸到脫漆槽中，稍作停留（5 s～50 s），鋁線上的漆膜就被完全熔解，這時(shí)取出鋁線放到清水中晃動(dòng)清洗并擦干鋁線，脫漆膜工藝完成。鋁線漆膜必須清除干凈，否則會(huì)影響焊接質(zhì)量，或?qū)?yán)重妨礙鋁線表面上焊錫的潤(rùn)濕（液體在與固體接觸時(shí)，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象）作用，難以獲得良好的焊接接頭。

當(dāng)脫漆液在使用過(guò)程中發(fā)生混濁時(shí)，說(shuō)明脫漆效果減弱，需要加補(bǔ)或冷卻后廢棄。清水也要定期更換以保證脫漆后的清洗質(zhì)量。

脫漆過(guò)程應(yīng)注意：第一，設(shè)備要安裝防護(hù)罩；第二，脫漆粉加入脫漆槽中應(yīng)適量，過(guò)多會(huì)使熔化后的高溫脫漆液溢流。一旦發(fā)生溢流，應(yīng)立即停止脫漆槽加熱并停止作業(yè)；第三，空氣流通，操作人員應(yīng)配戴防護(hù)口罩和手套，避免脫漆粉或高溫脫漆液體濺至皮膚或眼睛，若濺到，應(yīng)立即使用大量清水沖洗并及時(shí)就醫(yī)；第四，已熔融未使用完的脫漆液應(yīng)密閉保存，避免吸收水汽，避免下次加熱時(shí)脫漆液沸騰，產(chǎn)生傷害事故；第五，絕對(duì)禁止傾倒未經(jīng)冷卻的脫漆液。

2.2銅鋁線焊接

銅鋁線焊接方法有三種：熔焊、壓焊、釬焊。本文僅對(duì)銅鋁線的釬焊工藝作探討。

釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔化溫度，通過(guò)液態(tài)釬料潤(rùn)濕以及釬料與母材原子間的相互擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接的一種方法。銅鋁的焊接采用的是釬焊的原理，將釬焊料焊接于母材的表面形成一個(gè)新的釬焊層，然后將不同的銅與鋁經(jīng)釬焊后形成相同的釬焊層，通過(guò)釬焊層的聯(lián)接形成一個(gè)焊接點(diǎn)。高質(zhì)量的釬焊接頭可防止在銅、鋁導(dǎo)線間電解質(zhì)的形成，從而阻止電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。

焊接時(shí)應(yīng)關(guān)注三大工藝參數(shù)：釬劑選擇、焊接溫度、焊接時(shí)間。

1）釬劑選擇

釬劑的主要作用有：⑴去掉金屬表面氧化物。⑵降低焊錫表面張力增加其擴(kuò)散能力，使?jié)櫇裥阅苊黠@得到提高。⑶防止母材表面在高溫焊接過(guò)程中的氧化，有助于金屬與焊錫結(jié)合，形成良好的釬焊接頭。

釬劑選擇時(shí)，應(yīng)選擇可焊性好、腐蝕性較小的釬劑，以有效避免和減少因清洗不徹底而導(dǎo)致釬劑對(duì)鋁線產(chǎn)生的長(zhǎng)期腐蝕。

2）焊接溫度

常用的焊錫由錫和鉛等組成，不同型號(hào)的比例不同，一些產(chǎn)品則要求使用符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)鉛釬料。不同型號(hào)錫釬料的最高焊接溫度和最高工作溫度也不同。

根據(jù)產(chǎn)品要求選擇合適的錫釬料以及最合適的釬焊溫度范圍，這對(duì)焊接質(zhì)量十分重要。釬焊溫度高低影響釬料表面張力，溫度愈高表面張力愈小，掛錫層愈薄，但其影響與金屬表面氧化物對(duì)釬焊質(zhì)量的影響相比，要小得多。因此，在釬劑允許的溫度范圍內(nèi)，釬焊時(shí)的焊接溫度應(yīng)比釬料熔化溫度高40℃～70℃。

3）焊接時(shí)間（待焊接頭浸入熔化釬料中的時(shí)間）

焊接應(yīng)控制在1.5 s～4 s內(nèi)。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易損壞銅引接線上的絕緣層，時(shí)間過(guò)短則不能充分焊接，造成焊點(diǎn)不光滑、不牢固，或者產(chǎn)生虛焊。

銅鋁焊接前，首先應(yīng)將脫漆干凈的鋁線纏繞在銅線上，粘上釬劑，浸入熔化的焊錫爐中。焊錫在毛細(xì)作用下潤(rùn)濕金屬表面并向上爬升，填滿兩者表面間隙。焊錫后的焊點(diǎn)應(yīng)飽滿、光滑，銅鋁間的縫隙應(yīng)被焊錫填滿以減少電化學(xué)腐蝕的可能性。

在銅及鋁線的表層形成牢固的錫鉛合金層，避免銅鉛的直接接觸，由于Sn-Pb釬料層的過(guò)渡，從而縮小了銅鋁兩者電位差，減緩銅鋁電化學(xué)腐蝕，同時(shí)通過(guò)焊錫的媒介將兩者作為機(jī)械電氣的聯(lián)接。

2.3焊接處密封

銅鋁線釬接后，應(yīng)嚴(yán)格防止空氣中的水份與焊接接頭接觸，防止或減少鋁導(dǎo)線因電化學(xué)腐蝕而損壞的可能性。防止或減少鋁銅焊接接頭電腐蝕機(jī)會(huì)，必須做作隔絕空氣處理，即在釬焊后應(yīng)在銅鋁導(dǎo)線接頭處采用密封的方法來(lái)隔絕空氣，從根本上防止鋁線與銅線焊接接頭的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)焊接工藝方法的創(chuàng)新及新型焊接材料的使用，使銅鋁導(dǎo)線的焊接質(zhì)量較大提高，幾乎達(dá)到了銅與銅焊接的效果，從而擴(kuò)大了在電動(dòng)工具電機(jī)上的應(yīng)用范圍，特別是DIY產(chǎn)品及園林工具。筆者所在公司應(yīng)用此焊接工藝，已成功制作了超過(guò)百萬(wàn)批量的鋁線電機(jī)，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3年以上。

[1]課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.高中化學(xué)（選修4）化學(xué)反應(yīng)原理[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]王洪光，吳忠萍，許瑩.實(shí)用焊接工藝手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

Discussion on Welding Process of Copper Wire and Aluminum Wire

Xu Alan Xu Liangda
（Kangping Technology (Suzhou) Co., Ltd., Suzhou, 215131, China）

Along with the increasing competition in Power tools industry, product diversification and individuation are the focus of the competition as well as the competitive price. With the emergence and further study of the aluminum wire motor（stator used aluminum magnet wire）, process welding difficulty points was overcome gradually, so as to apply in the larger scope instead of cooper wire motor because of its excellent cost advantage.

Electrochemical corrosion Aluminum wire paint removing Copper and aluminum welding Welds seal

TM08

A

1674-2796(2014)03-0017-03

2014-03-07

徐阿蘭（1976—），女，工程師，主要從事電動(dòng)工具電機(jī)設(shè)計(jì)工作。