Алюминий в электротехнике

Технологические процессы при применении алюминия в электротехнике

Сварка

Вопросы, связанные с процессами сварки и пайки, имеют серьезное значение при использовании алюминия и алюминиевых сплавов в электротехнике.

Холодная сварка давлением

Одним из наиболее перспективных методов неразъемного соединения алюминия и алюминиевых сплавов является холодная сварка давлением. Холодная сварка давлением осуществляется без нагрева и даже при отрицательных температурах.

Методом холодной сварки возможно получить соединения алюминия и алюминиевых сплавов, меди, никеля, свинца и других металлов. Возможность соединения разнородных металлов (меди и алюминия) методом холодной сварки представляет особый интерес.

В связи с актуальностью задачи по замене меди алюминием возникает необходимость производить оконцевание выводов алюминиевых токопроводящих деталей медью, а холодная сварка — это единственный метод, с помощью которого возможно соединение меди и алюминия.

Холодная сварка является высокопроизводительным методом. С использованием ее можно осуществлять многоточечные соединения: одним ходом пресса может быть сварен узел с большим количеством сварных точек.

Известны четыре основные гипотезы механизма холодной сварки: пленочная, рекристаллизационная, диффузионная и энергетическая: Однако несмотря на довольно широкое применение холодной сварки физическая сущность ее еще не может считаться выясненной, а разработка теории процесса все еще отстает от его практического использования. Из перечисленных гипотез наиболее достоверной является энергетическая, согласно которой для проявления схватывания (сроднения ) необходимо, чтобы энергия атомов поднялась выше какого-то уровня для данного металла, который называют порогом схватывания.

Достижение этого порога осуществляется при совместном пластическом деформировании металлов.

Для проведения холодной сварки необходимо соответствующим образом подготовить свариваемые поверхности — очистить их от органических пленок. Наилучшие результаты дает механическая очистка, так как она наиболее полно освобождает поверхность детали. Подготовку детали при сварке внахлестку лучше всего производить вращающейся стальной щеткой, а при сварке встык (проводов)— обрезкой концов специальным инструментом.

Подготовку алюминиевых деталей можно производить прокаливанием при температуре 350—400° С в воздушной среде. При этом достигается полное выжигание находящихся на поверхности деталей органических пленок.

Подготовленные к сварке механическими способами (или прокаливанием) детали не должны загрязняться. Даже незначительные загрязнения (отпечатки пальцев) приведут к некачественной сварке.

При холодной сварке внахлестку известны несколько схем сварки: точечная сварка без предварительного зажатия деталей, точечная сварка с предварительным зажатием деталей, тачечная сварка с односторонним деформированием, шовная холодная сварка и др. Та или иная схема может быть применена в. зависимости от вида деталей и конструкции.

При стыковой холодной сварке соединяемые детали закрепляются в специальных зажимах (рис. 4-1), которые расположены соосно, а торцы свободных, выпущенных из зажимов концов деталей прижаты один к другому. При осевой осадке эти выглядывающие концы подвергаются пластической деформации, в результате чего образуется цельнометаллическое сварное соединение.

При сварке встык деталей из однородного металла выходящие из зажимных губок концы проводов деформируются симметрично. Однако при сварке разнородных деталей характер деформации изменяется из-за различной твердости металлов.

По данным сварку меди с алюминием лучше производить с двойной осадкой. Алюминиевый конец должен быть в 1,2—1,5 раза больше, чем медный конец.

Холодная сварка проводниковых алюминиевых сплавов АЕ-1 и АЕ-2 производилась как между собой, так и с медью и алюминием.

В табл. 4-1 показаны результаты измерения удельного электрического сопротивления этих сплавов после холодной сварки в зависимости от расстояния до сварного шва. Указанные данные свидетельствуют о том, что по мере удаления от сварного шва величина удельного электрического сопротивления уменьшается. В целом значение удельного электрического сопротивления при сварке сплавов с медью приблизительно представляет собой

Среднюю арифметическую величину удельных электрических сопротивлений исходных материалов.

При сварке сплавов значения удельного электрического сопротивления практически соответствуют исходному .

В табл. 4-2 представлены результаты испытания механической прочности сплавив АЕ-1 и АЕ-2 после холодной сварки.

Предел прочности сварных соединений практически не изменился от исходных значений прочности сплавов при сварке их между собой (табл. 4-2).

Предел прочности сварных соединений сплавов с медью соответствует приближенно среднему арифметическому значению исходных величин. Разрыв, как правило, происходит вне зоны сварки.

Образцы стыковой сварки меди с алюминием были испытаны в условиях вибрации. Крепление образцов производилось копсольно . Выступавшие на 150 мм концы образцов сильно ужесточали условия испытания, так как их колебания при вибрации создавали дополнительные отрывающие усилия, действующие на сварной шов. Каждый образец испытывался в течение 200 ч, амплитуда стола стенда 1 мм, частота 50 гц . Испытания показали, что ни у одного образца никаких признаков разрушения сварного шва не было.

При практическом использований сварки алюминиевых проводниковых сплавов с медью следует учесть, что нагрев (уже сваренных материалов сплав — медь) выше определенной температуры делает их хрупкими и непрочными.

Нагрев сварных соединений до температуры 250—275° С может производиться неограниченно долго, так как он не приводит к увеличению хрупкости соединения.