铜铝线焊接工艺探讨

徐阿兰，徐良达

（ 康平科技（苏州）股份有限公司，江苏 苏州 215131 ）

铜铝线焊接工艺探讨

徐阿兰，徐良达

（ 康平科技（苏州）股份有限公司，江苏 苏州 215131 ）

介绍了铝线电机中铝线焊接工艺，从铝线脱漆、铝线焊锡、焊接点密封三个步骤对该工艺进行升级，降低了铜铝电化学腐蚀带来的负面影响，从而确保焊接接头的可靠性和使用寿命。

电化学腐蚀 铝线脱漆 铜铝线焊接 焊接处密封

0 引言

铝的导电率是铜的65%，密度为铜的30%，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半，铝线电机（本文中铝线电机均指定子为铝线的电机）要比铜线电机成本低很多。目前，铝线电机性能已与铜线电机相当，加上铝线焊接工艺的突破，从而加速了铝线电机代替铜线电机在不同行业得到大量应用的步伐。除了民用的洗衣机电机、吸尘器电机、冰箱压缩机等行业外，电动工具铝线电机也已大量应用到DIY产品，如电钻电机、打草机电机、砂带机电机、剪枝机电机等，并得到了CQC 3C认证的认可。

1 铜铝焊接工艺的难点及关键点

过去，在电动工具行业，铝线电机一直难以推广，主要原因是：与家用电器相比，电动工具承受着冲击载荷、机械振动与热冲击等诸多因素影响，在大电流瞬间开断、工具振动大的综合作用下，对焊接点的铜铝电化学腐蚀起到极强催化作用，影响了焊接接头的可靠性和使用寿命。随着铜铝线焊接工艺的进步和突破，电化学腐蚀问题得到了有效控制。

电介形成机理：异种金属或合金、纯度低的金属在与电解质溶液接触时，会发生原电池反应从而引起的腐蚀，比较活泼的金属失去电子而被氧化。金属和电解质组成两个电极，形成腐蚀原电池，当铜、铝导体直接联接时，这两种金属的接触面在空气中经水分、二氧化碳和其他杂质的作用，极易形成电解液，从而形成以铝为负极、铜为正极的原电池，使铝产生电化学腐蚀，造成铜、铝联接处的接触电阻增大，接头可靠性变差。另外，铜、铝的热膨胀系数相差很大，经过多次通电与断电运行后，在温差应力的作用下，容易使得接头处产生较大的间隙从而也增大了接触电阻，严重时甚至会造成大面积接触不良。当大电流通过时，会使得接触处温度大大升高，高温下腐蚀就会加剧，产生恶性循环，使焊接接头进一步恶化，严重时会导致电机烧毁。与此同时，还可能因接头温度过高，产生较大电火花，引起邻近的易燃品着火和引发火灾等事故。因此，焊接时必须可靠控制电化学腐蚀，防止事故发生。

2 铝线焊接工艺的研究改善

经过分析研究和新型材料及工艺的开发，目前焊接工艺水平得到很大提升。通常，铜铝线焊接工艺具体可分为三个过程：一是铝线脱漆（铝线绝缘层）；二是铝线焊锡；三是焊接点密封。

2.1铝线脱漆

目前大量采用的脱漆方法有机械脱漆和化学脱漆两种，机械脱漆常用于线径较粗的铝线，这是因为太细的铝线用机械方法脱漆易被折断或损伤，大都使用化学方法来脱漆。化学脱漆（脱漆粉脱漆）方法的好处是脱漆膜效果快、不伤线，并在铝线表面形成均匀稳定的氧化层，便于锡钎焊。

脱漆粉脱漆操作过程：先将适量脱漆粉加到不锈钢容器或锡炉（脱漆槽）中，然后加热，当脱漆粉高温熔化成液态后，将漆包线按规定的尺寸浸到脱漆槽中，稍作停留（5 s～50 s），铝线上的漆膜就被完全熔解，这时取出铝线放到清水中晃动清洗并擦干铝线，脱漆膜工艺完成。铝线漆膜必须清除干净，否则会影响焊接质量，或将严重妨碍铝线表面上焊锡的润湿（液体在与固体接触时，沿固体表面扩展的现象）作用，难以获得良好的焊接接头。

当脱漆液在使用过程中发生混浊时，说明脱漆效果减弱，需要加补或冷却后废弃。清水也要定期更换以保证脱漆后的清洗质量。

脱漆过程应注意：第一，设备要安装防护罩；第二，脱漆粉加入脱漆槽中应适量，过多会使熔化后的高温脱漆液溢流。一旦发生溢流，应立即停止脱漆槽加热并停止作业；第三，空气流通，操作人员应配戴防护口罩和手套，避免脱漆粉或高温脱漆液体溅至皮肤或眼睛，若溅到，应立即使用大量清水冲洗并及时就医；第四，已熔融未使用完的脱漆液应密闭保存，避免吸收水汽，避免下次加热时脱漆液沸腾，产生伤害事故；第五，绝对禁止倾倒未经冷却的脱漆液。

2.2铜铝线焊接

铜铝线焊接方法有三种：熔焊、压焊、钎焊。本文仅对铜铝线的钎焊工艺作探讨。

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，通过液态钎料润湿以及钎料与母材原子间的相互扩散来实现联接的一种方法。铜铝的焊接采用的是钎焊的原理，将钎焊料焊接于母材的表面形成一个新的钎焊层，然后将不同的铜与铝经钎焊后形成相同的钎焊层，通过钎焊层的联接形成一个焊接点。高质量的钎焊接头可防止在铜、铝导线间电解质的形成，从而阻止电化学腐蚀的产生。

焊接时应关注三大工艺参数：钎剂选择、焊接温度、焊接时间。

1）钎剂选择

钎剂的主要作用有：⑴去掉金属表面氧化物。⑵降低焊锡表面张力增加其扩散能力，使润湿性能明显得到提高。⑶防止母材表面在高温焊接过程中的氧化，有助于金属与焊锡结合，形成良好的钎焊接头。

钎剂选择时，应选择可焊性好、腐蚀性较小的钎剂，以有效避免和减少因清洗不彻底而导致钎剂对铝线产生的长期腐蚀。

2）焊接温度

常用的焊锡由锡和铅等组成，不同型号的比例不同，一些产品则要求使用符合ROHS标准的无铅钎料。不同型号锡钎料的最高焊接温度和最高工作温度也不同。

根据产品要求选择合适的锡钎料以及最合适的钎焊温度范围，这对焊接质量十分重要。钎焊温度高低影响钎料表面张力，温度愈高表面张力愈小，挂锡层愈薄，但其影响与金属表面氧化物对钎焊质量的影响相比，要小得多。因此，在钎剂允许的温度范围内，钎焊时的焊接温度应比钎料熔化温度高40℃～70℃。

3）焊接时间（待焊接头浸入熔化钎料中的时间）

焊接应控制在1.5 s～4 s内。时间过长容易损坏铜引接线上的绝缘层，时间过短则不能充分焊接，造成焊点不光滑、不牢固，或者产生虚焊。

铜铝焊接前，首先应将脱漆干净的铝线缠绕在铜线上，粘上钎剂，浸入熔化的焊锡炉中。焊锡在毛细作用下润湿金属表面并向上爬升，填满两者表面间隙。焊锡后的焊点应饱满、光滑，铜铝间的缝隙应被焊锡填满以减少电化学腐蚀的可能性。

在铜及铝线的表层形成牢固的锡铅合金层，避免铜铅的直接接触，由于Sn-Pb钎料层的过渡，从而缩小了铜铝两者电位差，减缓铜铝电化学腐蚀，同时通过焊锡的媒介将两者作为机械电气的联接。

2.3焊接处密封

铜铝线钎接后，应严格防止空气中的水份与焊接接头接触，防止或减少铝导线因电化学腐蚀而损坏的可能性。防止或减少铝铜焊接接头电腐蚀机会，必须做作隔绝空气处理，即在钎焊后应在铜铝导线接头处采用密封的方法来隔绝空气，从根本上防止铝线与铜线焊接接头的电化学腐蚀产生。

3 结语

通过焊接工艺方法的创新及新型焊接材料的使用，使铜铝导线的焊接质量较大提高，几乎达到了铜与铜焊接的效果，从而扩大了在电动工具电机上的应用范围，特别是DIY产品及园林工具。笔者所在公司应用此焊接工艺，已成功制作了超过百万批量的铝线电机，应用时间长达3年以上。

[1]课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.高中化学（选修4）化学反应原理[M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2009.

[3]王洪光，吴忠萍，许莹.实用焊接工艺手册[M].北京：化学工业出版社，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

徐阿兰（1976—），女，工程师，主要从事电动工具电机设计工作。