碳换向器碳片及低温焊接

吴立新，吴嘉恒

（株洲四维科技制造有限公司，湖南 株洲 412000）

随着汽车电喷系统的广泛应用，燃油系统的动力单元——燃油泵的作用至关重要。目前广泛使用的燃油泵电机属于直流有刷电机，它结构简单、紧凑、成本低。换向器是直流有刷电机必不可少的关键组件，与油泵电机的运转息息相关，直接影响到汽车燃油系统运行的寿命和可靠性。

油泵电机换向器从材质上来分有碳换向器和铜换向器两种，而碳换向器的使用寿命要远远高于铜换向器，这一点已为业内人士所公认。但由于碳换向器的原材料——碳片目前为国外公司所垄断，还有与之配套的低温焊接技术国内大部分企业也未能很好地掌握 （多数还是采用高温焊接工艺），造成近十几年来国内的几家主要大型换向器企业在碳换向器方面的生产举步维艰，几无建树。跟主机厂家配套的碳换向器基本依赖进口，另有大量的企业还在生产档次较低的铜换向器。这就是目前国内油泵电机换向器的生存现状。随着2020年国家对乙醇汽油的全面推广与普及，用碳换向器取代铜换向器应该是一个必然的趋势。

在此背景下，受国内某知名换向器生产厂家的委托，我们对碳换向器的核心——碳片以及碳片与铜支架的低温焊接技术进行了完全的自主研发。经过近5年的努力，现已取得了技术上的完全突破。不仅能生产出合格的高寿命碳片，还能获得良好的低温焊接效果，并且已经具备批量生产的能力。经实际6000h寿命试验，效果良好，已完全达到国外同类产品的水准。

1 碳片的生产工艺流程

全部的原材料均立足于国产，并且全部生产工艺过程均由本公司自行实施。

具体工艺流程如图1所示。

图1 碳片生产的工艺流程

成品碳片的物理性能指标：密度≥1.82 g／cm3；硬度≥48HSD；电阻率≤20 μΩ.m。以上指标经实际考核，完全可以满足碳换向器的性能要求。

2 碳片与铜支架的低温焊接

为了适应换向器行业大批量生产的特性，专门自主开发了相应的低温焊接技术，实现了碳片与铜支架的快速可靠焊接。采用自动化连续焊接，焊接温度根据需要设定在230～300℃之间，焊接点剪切强度≥10 MPa，断面层位于碳片本体部位，牢固、可靠。

3 换向器的焊接电阻

碳换向器的焊接电阻理论值要求越小越好；各脚之间电阻值的离散性要小。将国产碳片与铜支架低温焊接后，委托某知名换向器生产厂家直接加工成换向器，检测8个脚的焊接电阻值，结果见表1。

表1 国产碳片碳换向器焊接电阻值 ／mΩ

客户要求该产品阻值≤0.8 mΩ，根据产品的实测数据完全可以满足客户需求。作为对比，表2、表3列出了国外两款产品的电阻实测值。

表3 国外某品牌Ⅱ碳换向器焊接电阻值 ／mΩ

4 寿命测试结果

1）测试对象：1号泵和2号泵。

2）说明：①1号泵和2号泵均由国内某知名品牌厂家组装生产；②1号泵为国产碳片和碳刷 （以下简称国产泵），2号泵为进口碳片和碳刷 （以下简称进口泵）。

3）寿命测试工况：①介质：30%乙醇汽油溶液；②压力：0.4 MPa；③电压：13 V；④国产泵连续工作6 015 h，进口泵连续工作2 235 h。

4）测试结果：测试过程中流量变化结果如图2所示；寿命测试后碳片和碳刷的磨损情况见表4，寿命测试后燃油泵流量下降幅度见表5。1号和2号泵寿命测试结束后工作状态仍正常。

5 结束语

图2 油泵寿命测试过程流量变化情况

表4 碳片和碳刷的磨损情况 ／mm

表5 流量下降幅度L／H

采用本公司自行开发生产的碳片并配以相应的低温焊接技术生产的碳换向器，完全能满足现有燃油泵电机的使用要求，并可替代进口同类产品。在保证产品品质的前提注：测试电压为12 V，测试压力为0.3 MPa。下可明显降低碳换向器的生产成本，为碳换向器的大规模国产化生产创造了条件，以适应今后国家对乙醇汽油的推广和使用。