CN115319221A - 一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,所述钎焊方法在模具内实现,所述模具具有容纳熔融钎料的连接腔;将端部涂抹助焊剂的电缆接头线芯置于所述连接腔内;将熔融钎料置于所述连接腔内;加热模具使连接腔金属间反应;停止加热,并对模具进行冷却,取模并继续对接头进行冷却,酒精清洗,并打磨接头表面至光滑。本发明在一定程度上弥补现有压接技术及铝热反应短板,研究出了一种具有高可靠性,低成本的新型电缆低温焊接工艺。
Description
技术领域
本发明属于电缆线缆连接技术领域,具体涉及到一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法。
背景技术
随着经济的发展,人们对供电可靠性的要求也越来越高,对运维单位的日常运行维护也出现了新的变化和新的要求。目前,城市配网的电缆化率越来越高,电缆中间头从而也大量运用。其中,电力电缆因其安装便利,绝缘性能好,耐高温及酸碱性能的特点,在配网当中得到了广泛的应用。但随之而来的电缆中间接头故障问题也在上升,严重的威胁电网的安全、稳定运行,甚至造成馈线跳闸。
经过对多起故障电缆中间接头的原因归纳总结,发现施工工艺等方面的问题,是造成运行中的电缆中间接头绝缘击穿的主要原因。通过研究传统压接电连接工艺存在电缆中间附件局部易发热,施工工艺对可靠性影响较大等问题,同时对目前较新的电缆熔接附件技术进行研究,电缆熔接技术存在熔接温度高,易破坏电缆附件周边绝缘及半导层,有使电缆附件周边电力绝缘性能降低或失效的风险,同时电缆熔接工艺电缆接头制作存在打磨耗时长,工艺复杂,成本高等问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题,提出了本发明。
本发明的其中一个目的是提供一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,在一定程度上弥补现有压接技术及铝热反应短板。
为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,所述钎焊方法在模具内实现,所述模具具有容纳熔融钎料的连接腔;
将端部涂抹助焊剂的电缆接头线芯置于所述连接腔内;
将熔融钎料置于所述连接腔内;
加热模具使连接腔金属间反应;
停止加热,并对模具进行冷却,取模并继续对接头进行冷却,酒精清洗,并打磨接头表面至光滑。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述连接腔呈圆柱形,所述连接腔的直径大于所述电缆接头线芯1~5mm。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述连接腔的轴向长度为所述连接腔直径的0.5~2倍。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述模具具有与所述腔连通的线孔,所述线孔至少设置两个;
所述电缆接头线芯置于所述连接腔内,将电缆接头线芯分别置于所述线孔内,所述电缆接头线芯的端部位于所述连接腔内;
其中,于所述连接腔内的所述电缆接头线芯的端部之间留有间隙。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述将电缆接头线芯分别置于所述线孔内,于所述电缆接头线芯外套接密封件后从置于所述线孔内,所述密封件封堵所述线孔于所述电缆接头线芯之间的缝隙。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述模具内的线孔设置两个,两个所述线孔同轴相对设置于所述连接腔的两端;
两个分别置于所述线孔内的所述电缆接头线芯于所述连接腔内的间隙为0~4mm。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述模具还具有与所述连接腔连通的进料孔;
所述将熔融钎料置于所述连接腔内,将所述熔融钎料穿过所述进料孔至所述连接腔内。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述模具外表面位于所述进料孔的端部开设朝向所述连接腔收缩的锥形的浇道口。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述模具由形状相同的A模和B模构成,所述A模和所述B模连接后形成所述线孔、所述进料孔和所述连接腔。
作为本发明基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法的一种优选方案,其中:所述钎料由Sn、Cu、In构成,按质量百分比计,In为5%,Cu为1.5%,余量为Sn。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明提供基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,在一定程度上弥补现有压接技术及铝热反应短板,研究出了一种具有高可靠性,低成本的新型电缆低温焊接工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明模具的整体结构示意图;
图2为本发明电缆接头线芯置于模具内的示意图;
图3为本发明模具内部的结构示意图;
图4为本发明实施例2中的测试结果对比图;
图5为本发明实施例3中的测试结果对比图;
图6为本发明实施例4中的测试结果对比图;
图7为本发明实施例5中的测试结果对比图;
图8为本发明实施例与对比例1得到的中间接头的实物对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
如图1~3所示,本实施例1提供一种加载驱动电流的低熔点钎料电缆接头线芯连接模具100,该模具100由形状相同的A模101和B模102构成,A模101和B模102连接后所形成的模具100,其内部具有连接腔N1、线孔N2和进料孔N3,也即,A模101和B模102表面均开设半个连接腔N1、半个线孔N2和半个进料孔N3的槽;线孔N2至少开设两个,线孔N2、进料孔N3均与连接腔N1连通;连接腔N1、线孔N2和进料孔N3均为圆柱形,其中连接腔N1的直径略大于线孔N2直径,而进料孔N3的直径则尽可能小;
其中,模具100外表面位于进料孔N3的端部开设朝向连接腔N1收缩的锥形的浇道口N4,钎料能够从浇道口N4进入连接腔N1内。
在本实施例中,钎焊操作时,将A模101和B模102打开,将同相的两个电缆线芯分别置于A模101表面的半个线孔N2内,使两个电缆线芯的端部位于连接腔N1内,且使两个电缆线芯的端部之间留有一定的间隙;因此,连接腔N1具有沿电缆线芯轴向的长度。
电缆线芯安装完毕后,将B模102与A模101组装、紧固,为了实现相对密封,在安装电缆线芯时,在电缆线芯外侧套接密封件,该密封件可以是橡胶圈、热缩管等现有技术,当B模102与A模101组装时,能够压紧密封件实现电缆线芯处的密封。
B模102与A模101组装后,浇道口N4呈现完整状态,将钎料导入浇道口N4内,穿过浇道口N4、进料孔N3进入连接腔N1内,由于钎焊时,需要维持一定的高温环境,可以直接对模具100进行加热,例如将模具100置于加热平台上,使连接腔N1内的钎料融化。
本实施例中提供另一种加热方式,在A模101和B模102内均设置加热棒103,将加热棒103沿连接腔N1的周向均匀分布,以使连接腔N1内受热均匀。
实施例2
本实施例2提供一种加载驱动电流的低熔点钎料电缆接头线芯连接工艺,其步骤为:
(1)选取10kV电缆,其本导体截面整体为圆形,由扇形单线绞制而成,电缆型号为120mm2,线缆本导体直径为13mm,两个待连接的电缆线芯分别命名为第一电缆端头201和第二电缆端头202;
(2)模具100内连接腔N1的直径分别设置为14mm、15mm、16mm、17mm、18mm,在连接腔N1的轴向长度为30mm的相同条件下制作接头;
(3)对电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202进行预处理,去除所述第一电缆端头201、所述第二电缆端头202上的杂质、毛刺,并对其用酒精进行清洗后擦干,均匀涂抹助焊剂(L-2型助焊剂,购自广东金属研究院);
(4)将电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202安装在所选用的模具100内,本实施例模具100中,具有两个线孔N2,且两个线孔N2同轴相对设置于连接腔N1的两端,使用橡胶圈203对电缆与模具100接触面进行密封准备,保持第一电缆端头201和第二电缆端头202之间留有1mm的间隙,合上模具100使所述两端头线芯位置固定住;
(2)称取Sn-1.5Cu-5In钎焊材料60~80g,在熔炉内融化,温度保持在280~300℃,得到熔融钎料;
(5)通过加热棒103对模具100进行加热至230℃,对橡胶圈203附近的电缆线芯导体处加载风机进行风冷,从模具100浇道口N4处浇注熔融钎料填充模具100内的连接腔N1,等待连接腔N1内反应30s,并持续保温5min;
(6)停止加热,并对模具100进行风冷至表面低于110℃,打开模具并继续对中间接头进行冷却,中间接头低于50℃即可进行表面酒精清洗,去除助焊剂反应残留,并打磨中间接头表面至光滑,电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202连接完成。
对得到的中间接头进行性能测试,方法为:
接触电阻测试:设备采用回路电阻测试仪对电缆中间接头进行测试。三组接头分别在200A电流输出下加载15s,读取数据,各测3次。
抗拉强度测试:设备采用拉伸试验机进行,其设定的拉伸试验速率为2mm/min,其中,将制作完成的电缆两端完成铜鼻子接线端子的压接,便于放入拉伸试验机夹具。
测试结果如图4所示。由图4可以看出,接触电阻与抗拉强度都会随着接头直径增加而更加优异,但是由于直径在大于16mm之后,电缆其他附件,例如半导层及绝缘层恢复时,由于线芯接头直径过大导致普遍使用的冷缩式方法在恢复时无法完整贴合在金属表面从而留下气隙,导致绝缘效果大打折扣。所以接头直径尺寸优选用16mm。
实施例3
本实施例3提供一种加载驱动电流的低熔点钎料电缆接头线芯连接工艺,其步骤为:
(1)选取10kV电缆,其本导体截面整体为圆形,由扇形单线绞制而成,电缆型号为120mm2,线缆本导体直径为13mm,两个待连接的电缆线芯分别命名为第一电缆端头201和第二电缆端头202;
(2)模具100内连接腔N1的轴向长度分别设置为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm,在连接腔N1的直径为16mm的相同条件下制作接头;
(3)对电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202进行预处理,去除所述第一电缆端头201、所述第二电缆端头202上的杂质、毛刺,并对其用酒精进行清洗后擦干,均匀涂抹助焊剂(L-2型助焊剂,购自广东金属研究院);
(4)将电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202安装在所选用的模具100内,本实施例模具100中,具有两个线孔N2,且两个线孔N2同轴相对设置于连接腔N1的两端,使用橡胶圈203对电缆与模具100接触面进行密封准备,保持第一电缆端头201和第二电缆端头202之间留有1mm的间隙,合上模具100使所述两端头线芯位置固定住;
(2)称取Sn-1.5Cu-5In钎焊材料60~80g,在熔炉内融化,温度保持在280~300℃,得到熔融钎料;
(5)通过加热棒103对模具100进行加热至230℃,对橡胶圈203附近的电缆线芯导体处加载风机进行风冷,从模具100浇道口N4处浇注熔融钎料填充模具100内的连接腔N1,等待连接腔N1内反应30s,并持续保温5min;
(6)停止加热,并对模具100进行风冷至表面低于110℃,打开模具并继续对中间接头进行冷却,中间接头低于50℃即可进行表面酒精清洗,去除助焊剂反应残留,并打磨中间接头表面至光滑,电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202连接完成。
对得到的中间接头进行性能测试,方法为:
接触电阻测试:设备采用回路电阻测试仪对电缆中间接头进行测试。三组接头分别在200A电流输出下加载15s,读取数据,各测3次。
抗拉强度测试:设备采用拉伸试验机进行,其设定的拉伸试验速率为2mm/min,其中,将制作完成的电缆两端完成铜鼻子接线端子的压接,便于放入拉伸试验机夹具。
测试结果如图5所示。由图5可以看出,中间接头的接触电阻随接头长度的增加呈先增后减趋势,其接头抗拉强度随着长度的增加快速加强。在保证一定接头电阻的基础上,选用最大抗拉强度接头,接头长度为30mm。
实施例4
本实施例4提供一种加载驱动电流的低熔点钎料电缆接头线芯连接工艺,其步骤为:
(1)选取10kV电缆,其本导体截面整体为圆形,由扇形单线绞制而成,电缆型号为120mm2,线缆本导体直径为13mm,两个待连接的电缆线芯分别命名为第一电缆端头201和第二电缆端头202;
(2)在模具100内连接腔N1的轴向长度为30mm,连接腔N1的直径为16mm的相同条件下制作接头;
(3)对电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202进行预处理,去除所述第一电缆端头201、所述第二电缆端头202上的杂质、毛刺,并对其用酒精进行清洗后擦干,均匀涂抹助焊剂(L-2型助焊剂,购自广东金属研究院);
(4)将电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202安装在所选用的模具100内,本实施例模具100中,具有两个线孔N2,且两个线孔N2同轴相对设置于连接腔N1的两端,使用橡胶圈203对电缆与模具100接触面进行密封准备,保持第一电缆端头201和第二电缆端头202之间留有间隙,间隙距离分别设置为0mm、1mm、2mm、3mm、4mm,合上模具100使所述两端头线芯位置固定住;
(2)称取Sn-1.5Cu-5In钎焊材料60~80g,在熔炉内融化,温度保持在280~300℃,得到熔融钎料;
(5)通过加热棒103对模具100进行加热至230℃,对橡胶圈203附近的电缆线芯导体处加载风机进行风冷,从模具100浇道口N4处浇注熔融钎料填充模具100内的连接腔N1,等待连接腔N1内反应30s,并持续保温5min;
(6)停止加热,并对模具100进行风冷至表面低于110℃,打开模具并继续对中间接头进行冷却,中间接头低于50℃即可进行表面酒精清洗,去除助焊剂反应残留,并打磨中间接头表面至光滑,电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202连接完成。
对得到的中间接头进行性能测试,方法为:
接触电阻测试:设备采用回路电阻测试仪对电缆中间接头进行测试。三组接头分别在200A电流输出下加载15s,读取数据,各测3次。
抗拉强度测试:设备采用拉伸试验机进行,其设定的拉伸试验速率为2mm/min,其中,将制作完成的电缆两端完成铜鼻子接线端子的压接,便于放入拉伸试验机夹具。
测试结果如图6所示。从图6可以看出接头间隙从1mm开始到4mm接头接触电阻都是逐渐增加,为了获得更优异的电学性能,接头焊接间隙尽量取小的值。而在焊接中对电缆两端直接贴合,在接头间隙为0mm的情况下,其并未获得最佳电学性能。其原因在于紧密贴合后一方面使得液态钎料无法充分填充端面,另一方面,由于助焊剂的渗透并在其反应产生的气泡不得以良好排出,最后形成较小气孔,进而影响最中连接效果。
实施例5
本实施例5提供一种加载驱动电流的低熔点钎料电缆接头线芯连接工艺,其步骤为:
(1)选取10kV电缆,其本导体截面整体为圆形,由扇形单线绞制而成,电缆型号为120mm2,线缆本导体直径为13mm,两个待连接的电缆线芯分别命名为第一电缆端头201和第二电缆端头202;
(2)在模具100内连接腔N1的轴向长度为30mm,连接腔N1的直径为16mm的相同条件下制作接头;
(3)对电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202进行预处理,去除所述第一电缆端头201、所述第二电缆端头202上的杂质、毛刺,并对其用酒精进行清洗后擦干,均匀涂抹助焊剂(L-2型助焊剂,购自广东金属研究院);
(4)将电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202安装在所选用的模具100内,使用橡胶圈203对电缆与模具100接触面进行密封准备,保持第一电缆端头201和第二电缆端头202之间留有1mm间隙,合上模具100使所述两端头线芯位置固定住;
(2)称取Sn-1.5Cu-5In钎焊材料60~80g,在熔炉内融化,温度保持在280~300℃,得到熔融钎料;
(5)通过加热棒103对模具100进行加热,温度分别为210℃、220℃、230℃、240℃,对橡胶圈203附近的电缆线芯导体处加载风机进行风冷,从模具100浇道口N4处浇注熔融钎料填充模具100内的连接腔N1,等待连接腔N1内反应30s,并持续保温5min;
(6)停止加热,并对模具100进行风冷至表面低于110℃,打开模具并继续对中间接头进行冷却,中间接头低于50℃即可进行表面酒精清洗,去除助焊剂反应残留,并打磨中间接头表面至光滑,电缆单相的第一电缆端头201、第二电缆端头202连接完成。
对得到的中间接头进行性能测试,方法为:
接触电阻测试:设备采用回路电阻测试仪对电缆中间接头进行测试。三组接头分别在200A电流输出下加载15s,读取数据,各测3次。
抗拉强度测试:设备采用拉伸试验机进行,其设定的拉伸试验速率为2mm/min,其中,将制作完成的电缆两端完成铜鼻子接线端子的压接,便于放入拉伸试验机夹具。
测试结果如图7所示。从图7可以看出焊接温度对接触电阻的影响存在一个最佳温度,其原因是温度在230℃前较接近于熔点,具有较少的能量无法形成足够厚度的IMC层,230℃之后温度较高,助焊剂的反应较为剧烈,容易短时间内在接头内形成大量气孔,进而影响接头性能。
对比例1
本对比例1采用目前常用的铝热反应连接工艺,其工艺方法简述为将两个待连接的电缆线芯置于石墨模具内,合上模具夹紧电缆,放一块带弧形的铜片,并导入混合粉末,导入火药,并引燃,其粉末发生反应,并大量放热,冷却后打磨。
本发明实施例(在连接腔N1的轴向长度为30mm、直径为16mm、间隙1mm,焊接温度230℃下获得)与对比例1得到的中间接头的实物对比如图8所示;其中,图8A为本发明实施例得到的中间接头,图8B为本发明对比例1得到的中间接头。
对图8中的两个中间接头进行性能测试,方法为:
接触电阻测试:设备采用回路电阻测试仪对电缆中间接头进行测试。三组接头分别在200A电流输出下加载15s,读取数据,各测3次。
抗拉强度测试:设备采用拉伸试验机进行,其设定的拉伸试验速率为2mm/min,其中,将制作完成的电缆两端完成铜鼻子接线端子的压接,便于放入拉伸试验机夹具。
测试结果如表1所示。
表1
最大拉力(kN) | 接触电阻(μΩ) | |
本发明实施例 | 7174 | 12.06 |
对比例1 | 8734 | 12.39 |
通过表1中数据可以看出,铝热反应比钎焊方法能承受的拉力要高,钎焊方法的接头的电阻略低,在实际的工程应用中,接头通常不会承受超过3kN的拉力,接触电阻更低的本发明实施例的中间接头性能更优。
另外,试验中发现,铝热反应制作出来的接头为铜接头,其本身的打磨难度和时间要远高于钎焊接头,实际制作下,钎焊接头更省时省力。
本发明提供基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,在一定程度上弥补现有压接技术及铝热反应短板,研究出了一种具有高可靠性,低成本的新型电缆低温焊接工艺。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述钎焊方法在模具内实现,所述模具具有容纳熔融钎料的连接腔;
将端部涂抹助焊剂的电缆接头线芯置于所述连接腔内;
将熔融钎料置于所述连接腔内;
加热模具使连接腔金属间反应;
停止加热,并对模具进行冷却,取模并继续对接头进行冷却,酒精清洗,并打磨接头表面至光滑。
2.如权利要求1所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述连接腔呈圆柱形,所述连接腔的直径大于所述电缆接头线芯1~5mm。
3.如权利要求1或2所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述连接腔的轴向长度为所述连接腔直径的0.5~2倍。
4.如权利要求3所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述模具具有与所述腔连通的线孔,所述线孔至少设置两个;
所述电缆接头线芯置于所述连接腔内,将电缆接头线芯分别置于所述线孔内,所述电缆接头线芯的端部位于所述连接腔内;
其中,于所述连接腔内的所述电缆接头线芯的端部之间留有间隙。
5.如权利要求4所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述将电缆接头线芯分别置于所述线孔内,于所述电缆接头线芯外套接密封件后从置于所述线孔内,所述密封件封堵所述线孔于所述电缆接头线芯之间的缝隙。
6.如权利要求4或5所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述模具内的线孔设置两个,两个所述线孔同轴相对设置于所述连接腔的两端;
两个分别置于所述线孔内的所述电缆接头线芯于所述连接腔内的间隙为0~4mm。
7.如权利要求1、2、4、5中任一项所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述模具还具有与所述连接腔连通的进料孔;
所述将熔融钎料置于所述连接腔内,将所述熔融钎料穿过所述进料孔至所述连接腔内。
8.如权利要求7所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述模具外表面位于所述进料孔的端部开设朝向所述连接腔收缩的锥形的浇道口。
9.如权利要求8所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述模具由形状相同的A模和B模构成,所述A模和所述B模连接后形成所述线孔、所述进料孔和所述连接腔。
10.如权利要求1、2、4、5、8、9中任一项所述的基于Sn基材料的电缆线芯接头钎焊方法,其特征在于:所述钎料由Sn、Cu、In构成,按质量百分比计,In为5%,Cu为1.5%,余量为Sn。
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