基于金属电极的电工触头电阻钎焊工艺的研究

基于金属电极的电工触头电阻钎焊工艺的研究

黄田毅

厦门 ABB 低压电器有限公司 福建厦门

摘要：电工触头其属于低压电气设备中对于电路导通以及断开进行控制的核心部件，它可以完成对电能的转换，同时控制并调节电能，因此其质量上的优劣直接会对低压电气设备电寿命以及可靠性产生影响。伴随着目前多项产业的快速发展，针对电工触头实际得电寿命以及可靠性有了非常严格的要求，并且在电工触头进行制造的同时，触点以及触桥钎焊是其中不可或缺的环节，产品当前的失效经常是因为触点以及触桥当前的钎焊质量不符合标准，在不断对后触点进行使用而在触桥脱落导致的。所以本文针对电工触头制造同时触点以及触桥的钎焊过程以及焊后质量展开分析研究，其对于提升电工触头电寿命以及可靠性具备不可忽视的意义。

关键词：金属电极；电工触头；电阻；钎焊工艺

1.试验材料、设备及研究方法

1.1电工触头电阻钎焊材料

1.1.1触桥和触点材料

电工触头主要是因为触桥以及触点钎焊形成的，本试验使用的触桥材料属于黄铜H62，其尺寸是40mmX11mmX3mm的一种薄板。本试验当前使用的触点材料属于AgSn02，其属于尺寸为10mmX2mm的一种圆片，其自身的曲率半径R=32mm。

1.1.2电阻钎焊钎料和钎剂的选择

1.1.2.1钎料

在电工触头Cu以及Cu合金进行钎焊过程中，经常使用的钎料主要包含:银基钎料以及铜磷钎料。Ag基钎料所具备的优势是:有比较适宜的熔点，相对理想的流动性和浸润性，并且其强度和韧性，导电性和导热性以及抗腐蚀性比较理想；铜磷钎料因为添加了Ag导致熔点减少，同时提升了流动性和抗腐蚀性，韧性以及加工性。彼此在钎焊铜以及铜合金上获得了广泛的使用，并且在对接头强度给予保证的基础下，希望钎焊的温度相对较低。本试验里使用Ag基钎料分别属于BAg72Cu以及BAg60CuZn,Cu基钎料属于BAg15CuP，三者都呈现出薄片状。

1.1.2.2钎剂

本试验选择的钎剂属于常熟市华银焊料有限公司进行生产的FB102钎剂，钎剂实际的状态是膏状。这一钎剂适合被使用在配合银焊料钎焊铜以及铜合金还有钢以及不锈钢与硬质合金等。可以非常高效的和快速的溶解金属表面存在的氧化物，使得钎料能够呈现出流动分布。

1.1.3A公司和B公司钎焊试样

A公司电工触头呈现出U型试样，B公司电工触头呈现出Z型试样。两个电工触头其都属于触点以及触桥已经钎焊好的一种成品，两个试样分别源自于A公司电气公式以及B公司电气公司。其中A公司属于触点以及黄铜之间的焊接，B公司属于触点和紫铜之间焊接。

1.2电阻钎焊试验设备

试验使用的焊机属于安达电机有限公司进行生产的一种点焊机，型号是ssP，功率达到了63kVA，气缸直径在100mm，能够针对焊接参数完成准确的控制。电极是钎焊回路中不可忽视的构成部分，其本身包含朝着焊接区传热和施压，散热以及定位等基础功能。代加工商运用的电极属于石墨电极，尽管石墨本身具备强大的耐高温性，可是因为石墨材料处于5000C之上就会出现氧化，同时石墨电极其处于冷热多种温度情况下电阻存在的差异较大，无法保持自动化生产，这种个情况导致钎焊质量具备的可控性变差。

1.3电阻钎焊工艺流程

电阻钎焊其在适当的压力以及温度下完成，使用原子之前的彼此扩散导致接触界面两边的材料能够满足可靠连接的一种有效的钎焊方式。所以，两侧焊件一定需要满足紧密的接触，因此电阻钎焊中期需要将焊件表面存在的氧化膜和油污等杂质进行清理，需要和钎料以及钎剂完成装配。参考钎料当前的熔化温度以及正交试验，挑选适宜的焊接电流和时间以及压力等多种参数完成所需要的钎焊。

1.4检测试验方案

对触点和触桥构成钎焊接头质量展开检测并评定。

2.经常出现的缺陷和无损检测结果

2.1正交试验分析

2.1.1正交试验设计

正交试验方式也被称之为多因素优选试验的方式。因为在具体生产过程中对生产产生影响的因素经常包含三个或者是三个以上，假如对于全部试验因素展开综合考查，会消耗较大的试验量，经常会因为有限试验条件而不容易展开操作。正交试验主要是对多因素试验进行安排，目的是找出最适宜水平组合的试验方式。正交试验方式本身具备高效和快速的优势，同时可以合理的安置多影响因素完成试验，便于对比并完成试验结果的分析。

本次正交试验挑选焊接电流和焊接时间以及电极压力几个工艺参数作为基础研究对象，每一个参数需要选择三个水平，分别针对三种钎料展开正交试验。

2.1.2正交试验结果分析

假如直接对比正交试验最终的结果，能够获得较为理想的工艺参数。本试验使用极差对于正交试验结果展开分析，可以确认对影响试验结果的相关参数以及较为理想的工艺参数，还有部分具备价值的结论。按照正交试验获得的结果总结多种参数针对焊接质量产生的影响，钎料的试验因素水平和接头抗剪强度之间 存在的联系。

2.2外观检测常见缺陷

尽管正交试验可以获得比较理想的指标，可是因为正交因素表是按照经验对其展开确认，因此并不一定是最为理想的工艺参数，为了确认最理想的工艺参数并对焊接电流和焊接时间以及电极压力等几个工艺参数针对电阻钎焊质量产生影响的分析，本文基于正交试验分析的基础针对钎焊工艺参数完成单因素轮换法的试验，目的是对其进行详尽的分析。

2.3超声波无损检测结果分析

在具体生产过程中，厂家可以对电工触头钎焊质量相关指标完成对钎着率的判断，钎着率自身的高低针对电工触头实际性能会产生多种影响，如:钎着率相对较高的时候，电工触头产生的电阻以及产热会有所降低，其具备理想的导电性；在钎着率相对较低的时候，电工触头电阻以及产热会随之提升较大，会出现电流收缩导致电工触头出现烧损失效。钎着率较低则是因钎料出现的外溢较多，使得焊缝无法有效的填充，或是因为焊缝存在的缺陷而造成的，这部分焊缝缺陷经常是因为使用了不适宜的工艺参数或者是挑选了不适宜的钎料以及钎剂而造成的。在完成了电工触头的设计和钎料以及钎剂与焊前处置后，钎着率产生影响的相关因素则表现为钎焊温度和保温时间，电极压力以及钎焊间隙等多种参数。钎着率的大小和电工触头所具备的电气性能与力学性能之间都会产生关联。B公司公司电工触头当前的钎着率一定要超出75%。国内和国外生产厂家提出电工触头钎着率一定要保持在较高的水平。所以，针对电阻钎焊的多项工艺参数和钎着率大小存在的联系完成分析研究，以挑选适宜的工艺参数去提升钎着率，这种情况针对提升电工触头质量以及使用可靠性具备不可忽视的意义。

3.讨论

通过对性能展开的对比可以看出国产电工触头质量和A公司以及国产电工触头相比质量较低，要求持续完成工艺规范参数的优化并完成工艺过程的优化，具体措施为:在可以让触点和钎料以及触桥彼此密切接触以及防止缺陷产生的基础下，需要选择低电极压力，目的降低钎料以及覆银层的外溢，防止电性能的减弱；能够使用脉冲电流替代一次直流焊接，也就是能够在较短的时间中使用较小的一次电流，其能够对焊件起到预压以及预热的基础作用，预压能够降低工件彼此之间存在的间隙，让其能够紧密的进行贴合，预热能够让工件自身的塑性变形能力得到提升，预防飞溅和裂纹以及气孔等多种缺陷的出现，不断提升触点以及触桥精度，能够让使液态钎料可以均匀的完成填缝。

参考文献

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