前言电力互感器在电力系统、工业控制装置及民用电气设备中获得广泛的应用。电力互感器的主要特点是将控制对象中电流和电压变换成需要的电流 ,借以实现控制保护与测量。与此同时 ,它能保证被测量的控制对象与控制、保护与测量单元之间实现完全的电隔离。电力互感器的这个功能是其他电器无法代替的。基于上述特点 ,电力互感器的生产过程中对绝缘程度、一次回路的电阻大小和线包湿度都有较高的要求 ,这些性能参数直接影响配电系统和电网的运行安全。由于一次回路大都由大截面积的铜母线与接头焊接而成 ,同时受结构和生产工艺的限制 ,焊接时已装入带有绝缘层的铁心和二次线包 ,因此 ,焊接工艺和设备选择直接影响上述性能参数。1 典型互感器焊接工艺分析典型互感器结构简图如图 1所示。一次线圈由多层紫铜带 (厚度为 0 .30ｍｍ)或实心紫铜棒与连接块 (紫铜 )焊接而成。在实际生产中 ,先进行接头 1的焊接 ,然后穿入带有绝缘层的铁心和二次线包 ,安装完成后再进行接头 2的焊接。图 1 互感器结构简图原焊接工艺采用火焰钎焊 ,钎料采用Ｈ62 ,以硼砂为钎剂。由于Ｈ62的熔化温度在 90 0～ 90 5℃ ,而硼砂的活化温度在 80 0℃以上<1> ,带来如下工艺问题 :( 1)由于火焰钎焊热量不集中 ,加热时间较长 ,在数分钟到十几分钟 ,钎焊温度高 ,强烈的热辐射 ,使得互感器的绝缘受到极大的损坏。虽可以采用湿棉纱和石棉隔热保护 ,但线包湿度受到影响。( 2 )Ｈ62钎料流动性较差 ,接头中难免存在气孔和夹渣 ,这就使得接头的接触电阻很难达到要求 (小于 5μΩ)。同时 ,由于钎料附着在接头的表面 ,接头的机械性能较低。( 3)工人劳动强度大 ,生产效率低。2 工艺和工装根据对产品结构和原有焊接工艺的分析可知 ,必须选择加热迅速、热辐射小的焊接方法和工艺 ,同时还要满足接头导电性和机械强度要求。2 .1 焊接方法和工艺高频钎焊的加热迅速、热辐射小、加热区域可调<1> ,只要选择合适的焊剂和钎料并采用专用的焊接夹具就能满足这类互感器的焊接要求。我们选用频率为 2 0 0～ 30 0ｋＨｚ的通用高频发生器作为焊接电源。通过多次工艺试验我们发现 ,由于产热和散热的相互作用 ,当工件加热到 60 0℃以上时 ,每提高 10 0℃所需的加热时间成倍增加 ,这就降低了高频钎焊的优越性 ,同时使生产成本提高 ,因此 ,钎料熔点的控制成为钎料选配的一个重要指标。经试验选配出含银量 4 0 %的银基钎料。其基本性能参数为 :熔点 595～ 630℃ ,电阻率 0 0 68× 10 - 4～ 0 0 72× 10 - 4Ω·ｍ。钎剂则选活化温度与钎料熔点基本一致的剂 10 3(活化温度 550～ 750℃ )。焊接时 ,根据不同的接头形式将钎料制成片状和环状进行预埋 ,以减少钎料的流失。同时在工件未冷却以前进行强制水冷 ,以去除多余的钎剂和氧化皮。2 .2 接头形式的改进银基钎焊铜时要求接头间隙在 0 .0 5～ 0 .2 0ｍｍ<1> 。图 2 接头形式简图为保证接头的焊接质量 ,在不影响互感器原有结构的前提下 ,将图 2ａ中接头形式改为如图 2ｂ中所示。2 3 专用夹具设计和设备改造针对不同互感器结构 ,我们设计出一系列方便适用的专用焊接夹具 ,以满足焊接工艺要求。对于高频感应加热设备的改造 ,是保证上述工艺方案顺利实施的关键之一。紫铜加热时 ,由于其电阻率低 ,通用高频感应设备的负载状况和阻抗匹配均发生很大变化 ,使得焊机很难发挥效率。因此 ,我们在通用高频感应加热设备的基础上对输出电路的阻抗和回路电气参数进行了新的计算和改造 ,使之能满足电力互感器焊接生产的需要。经改进后 ,新工艺使得互感器焊接温度大大下降 ,高温停留时间 ( 2ｍｉｎ以下 )大大缩短 ,有效地保护二次线包的绝缘 ,提高了接头的导电性能。虽然钎料成本有所提高 ,但用量只有原来的十分之一。用新工艺焊接的互感器外观平整、光滑 ,减少了后续的打磨修整工艺 ,焊接时间只有原工艺的十分之一。不仅生产效率提高 ,而且工人的劳动强度降低 ,有利于安全文明生产。3 工艺对比研究采用新旧 2种工艺方法对 2种型号的互感器接头进行焊接工艺试验 ,并对焊接接头作宏观检查及电气和机械性能检验。从接头宏观结构看 ,原工艺所焊接头钎料基本附着在接头表面 ,接头内部很难有钎料渗入 ,且接头的钎料中有气孔存在 ;新工艺所焊接头表面圆滑过度 ,钎料均匀地渗入接头的缝隙中。在ＨＲ 3型回路电阻测试仪和ＣＭＴ510 5万能材料实验机上进行接头接触电阻检验和强度试验 ,试验数据如下表所示。表 电力互感器钎焊接头试验数据产品型号接头接触电阻/ μΩ接头抗拉强度/ｋＮ焊接时间 所需钎料/ｇＬＺＺＢＪ9- 10ＱＡ原工艺新工艺8～ 1532 5 2 140 358～ 12ｍｉｎ1ｍｉｎ 2 0ｓ10～ 151.7ＬＦＪ1-10 / 2 10原工艺新工艺8～ 1032 3 4135 353～ 5ｍｉｎ40～ 5 0ｓ2 0～ 2 52～ 3 从试验数据可以看出 ,试验结果与理论分析完全一致。新工艺所焊接头接触电阻稳定一致 ,接头强度远大于原工艺所焊接头 ,焊接时间大大缩短 ,钎料用量减少。达到了预期的效果。因此 ,可以说新工艺的选定和设备的改进完全适合于电力互感器的实际焊接生产需要。4 结论通过对电力互感器结构及生产工艺的分析 ,研制了一套针对电力互感器结构特点的高频钎焊工艺和专用夹具 ,满足了电力互感器焊接生产的要求。用这套设备生产的电力互感器其外观质量和内在质量都优于原来的产品 ,达到原设计要求。该系统的使用 ,使得电力互感器的生产水平和产品质量上了一个新的台阶 ,同时改善了工人的劳动条件 ,降低了劳动强度。电力互感器焊接工艺研究@方平$华南理工大学机电系!广东广州510640
@林一松$华南理工大学机电系!广东广州510640
@黄石生$华南理工大学机电系!广东广州510640
@张树华$广东省四会市互感器厂!广东四会526200
@徐国锋$广东省四会市互感器厂!广东四会526200电力互感器;;
钎焊;;焊接工艺通过对电力互感器结构及生产工艺的研究 ,研制了一套针对电力互感器的结构特点的高频钎焊工艺和专用夹具。该工艺和设备的使用大大提高了生产效率、降低了工人的劳动强度 ,同时也使得电力互感器的内在质量和生产工艺水平上了一个新的台阶。<1> 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册 (第一卷 )焊接方法与设备
北京 :机械工业出版社 ,1992 343 -385枰? 结论通过对电力互感器结构及生产工艺的分析 ,研制了一套针对电力互感器结构特点的高频钎焊工艺和专用夹具 ,满足了电力互感器焊接生产的要求。用这套设备生产的电力互感器其外观质量和内在质量都优于原来的产品 ,达到原设计要求。该系统的使用 ,使得电力互感器的生产水平和产品质量上了一个新的台阶 ,同时改善了工人的劳动条件 ,降低了劳动强度。电力互感器焊接工艺研究@方平$华南理工大学机电系!广东广州510640
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@徐国锋$广东省四会市互感器厂!广东四会526200电力互感器;;钎焊;;焊接工艺通过对电力互感器结构及生产工艺的研究 ,研制了一套针对电力互感器的结构特点的高频钎焊工艺和专用夹具。该工艺和设备的使用大大提高了生产效率、降低了工人的劳动强度 ,同时也使得电力互感器的内在质量和生产工艺水平上了一个新的台阶。<1> 中国机械工程学会焊接学会 .焊接手册 (第一卷 )焊接方法与设备 北京 :机械工业出版社 ,1992 343 -385
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