銅鋁線焊接工藝探討

徐阿蘭，徐良達

（ 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

（ 康平科技（蘇州）股份有限公司，江蘇 蘇州 215131 ）

介紹了鋁線電機中鋁線焊接工藝，從鋁線脫漆、鋁線焊錫、焊接點密封三個步驟對該工藝進行升級，降低了銅鋁電化學腐蝕帶來的負面影響，從而確保焊接接頭的可靠性和使用壽命。

電化學腐蝕 鋁線脫漆 銅鋁線焊接 焊接處密封

0 引言

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

1 銅鋁焊接工藝的難點及關鍵點

過去，在電動工具行業(yè)，鋁線電機一直難以推廣，主要原因是：與家用電器相比，電動工具承受著沖擊載荷、機械振動與熱沖擊等諸多因素影響，在大電流瞬間開斷、工具振動大的綜合作用下，對焊接點的銅鋁電化學腐蝕起到極強催化作用，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步和突破，電化學腐蝕問題得到了有效控制。

電介形成機理：異種金屬或合金、純度低的金屬在與電解質溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應從而引起的腐蝕，比較活潑的金屬失去電子而被氧化。金屬和電解質組成兩個電極，形成腐蝕原電池，當銅、鋁導體直接聯(lián)接時，這兩種金屬的接觸面在空氣中經水分、二氧化碳和其他雜質的作用，極易形成電解液，從而形成以鋁為負極、銅為正極的原電池，使鋁產生電化學腐蝕，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，經過多次通電與斷電運行后，在溫差應力的作用下，容易使得接頭處產生較大的間隙從而也增大了接觸電阻，嚴重時甚至會造成大面積接觸不良。當大電流通過時，會使得接觸處溫度大大升高，高溫下腐蝕就會加劇，產生惡性循環(huán)，使焊接接頭進一步惡化，嚴重時會導致電機燒毀。與此同時，還可能因接頭溫度過高，產生較大電火花，引起鄰近的易燃品著火和引發(fā)火災等事故。因此，焊接時必須可靠控制電化學腐蝕，防止事故發(fā)生。

2 鋁線焊接工藝的研究改善

經過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過程：一是鋁線脫漆（鋁線絕緣層）；二是鋁線焊錫；三是焊接點密封。

2.1鋁線脫漆

目前大量采用的脫漆方法有機械脫漆和化學脫漆兩種，機械脫漆常用于線徑較粗的鋁線，這是因為太細的鋁線用機械方法脫漆易被折斷或損傷，大都使用化學方法來脫漆?；瘜W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，這時取出鋁線放到清水中晃動清洗并擦干鋁線，脫漆膜工藝完成。鋁線漆膜必須清除干凈，否則會影響焊接質量，或將嚴重妨礙鋁線表面上焊錫的潤濕（液體在與固體接觸時，沿固體表面擴展的現(xiàn)象）作用，難以獲得良好的焊接接頭。

當脫漆液在使用過程中發(fā)生混濁時，說明脫漆效果減弱，需要加補或冷卻后廢棄。清水也要定期更換以保證脫漆后的清洗質量。

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

2.2銅鋁線焊接

銅鋁線焊接方法有三種：熔焊、壓焊、釬焊。本文僅對銅鋁線的釬焊工藝作探討。

釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，通過液態(tài)釬料潤濕以及釬料與母材原子間的相互擴散來實現(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新的釬焊層，然后將不同的銅與鋁經釬焊后形成相同的釬焊層，通過釬焊層的聯(lián)接形成一個焊接點。高質量的釬焊接頭可防止在銅、鋁導線間電解質的形成，從而阻止電化學腐蝕的產生。

焊接時應關注三大工藝參數(shù)：釬劑選擇、焊接溫度、焊接時間。

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程中的氧化，有助于金屬與焊錫結合，形成良好的釬焊接頭。

釬劑選擇時，應選擇可焊性好、腐蝕性較小的釬劑，以有效避免和減少因清洗不徹底而導致釬劑對鋁線產生的長期腐蝕。

2）焊接溫度

常用的焊錫由錫和鉛等組成，不同型號的比例不同，一些產品則要求使用符合ROHS標準的無鉛釬料。不同型號錫釬料的最高焊接溫度和最高工作溫度也不同。

根據(jù)產品要求選擇合適的錫釬料以及最合適的釬焊溫度范圍，這對焊接質量十分重要。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釬焊質量的影響相比，要小得多。因此，在釬劑允許的溫度范圍內，釬焊時的焊接溫度應比釬料熔化溫度高40℃～70℃。

3）焊接時間（待焊接頭浸入熔化釬料中的時間）

焊接應控制在1.5 s～4 s內。時間過長容易損壞銅引接線上的絕緣層，時間過短則不能充分焊接，造成焊點不光滑、不牢固，或者產生虛焊。

銅鋁焊接前，首先應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。焊錫在毛細作用下潤濕金屬表面并向上爬升，填滿兩者表面間隙。焊錫后的焊點應飽滿、光滑，銅鋁間的縫隙應被焊錫填滿以減少電化學腐蝕的可能性。

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釬料層的過渡，從而縮小了銅鋁兩者電位差，減緩銅鋁電化學腐蝕，同時通過焊錫的媒介將兩者作為機械電氣的聯(lián)接。

2.3焊接處密封

銅鋁線釬接后，應嚴格防止空氣中的水份與焊接接頭接觸，防止或減少鋁導線因電化學腐蝕而損壞的可能性。防止或減少鋁銅焊接接頭電腐蝕機會，必須做作隔絕空氣處理，即在釬焊后應在銅鋁導線接頭處采用密封的方法來隔絕空氣，從根本上防止鋁線與銅線焊接接頭的電化學腐蝕產生。

3 結語

通過焊接工藝方法的創(chuàng)新及新型焊接材料的使用，使銅鋁導線的焊接質量較大提高，幾乎達到了銅與銅焊接的效果，從而擴大了在電動工具電機上的應用范圍，特別是DIY產品及園林工具。筆者所在公司應用此焊接工藝，已成功制作了超過百萬批量的鋁線電機，應用時間長達3年以上。

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

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

[3]王洪光，吳忠萍，許瑩.實用焊接工藝手冊[M].北京：化學工業(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，主要從事電動工具電機設計工作。