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钎料对电阻钎焊银触点强度及电阻的影响有哪些

2017-06-30 16:25 (中国银网)
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概述

电触点是高低压电器中导电系统的关键元件,在电能的输配转换、控制与调节过程中起着举足轻重的作用。为了保证触点使用的可靠性,必须实现触头与触桥间有效的连接,而钎焊是目前国内外实现这种连接的主要方式。作为触头和触桥之间的连接层,钎料对钎焊触点的使用性能有重要的影响。 

目前触点的钎焊多采用银基或基钎料,其中最常见的是AgCuZn和AgCuP钎料。AgCuZn合金熔化温度较低,具有良好的流动性和浸润性,对许多金属都有良好的钎焊性;AgCuP合金流动性好、具有自钎性且价格较低,也是目前在生产中普遍应用的一种钎料。目前尚未有对这2种钎料的钎焊质量进行对比研究的报道,因此本文以常规CJX2-50接触器的触头为研究对象,分别以BAg45CuZn和Ag25CuP为钎料,采用电阻钎焊的方式对AgCdO12触头和H62铜触桥进行钎焊,从钎着率、抗剪强度及接触电阻三方面对2种钎焊触点的性能进行对比。 

一、试验材料与方法

试验用触头材料为内氧化法制备的AgCdO12片材,规格为准7mm×1.65mm,其物理和力学性能列于表1。采用铜H62黄铜板,电阻率为6.6μΩ·cm,规格为36mm×1.0mm×3.0mm。所用钎料为Ag25CuP和BAg45CuZn,其成分和性能列于表2,所用钎剂为QJ102。

试验采用PW16Q精密气动点焊机。钎焊前将石墨电极装在点焊机极臂上,并保证上下电极面平整。钎焊时先将H62铜板放在下电极上,钎料在钎剂中预浸后置于铜板待钎焊处的中心位置,将银触头待钎焊面朝下放于待焊处,将上电极压下接通电源加热,视钎料流淌情况(触头四周钎料流淌均匀时即为最佳)停止钎焊。 

采用西安交通大学研制的JTUIS-IV超声成像无损检测仪进行钎接钎着率的测试,用电子万能试验机进行剪切试验,利用四端子法测量触点电阻。 

二、试验结果及分析

2.1钎焊触头钎着率的检测

表3所示为不同钎料钎焊触头钎着率的检测结果,可以看出2种钎料钎焊触点的钎着率均随着钎焊时间的延长而增大;若要达到相同的钎焊效果(钎着率相同),采用Ag25CuP钎料钎焊所需要的时间比用BAg45CuZn钎料所需的时间要短,如采用Ag25CuZn钎料钎焊13.5s时触头的钎着率为99.3%,而BAg45CuP钎料钎焊12.5s时触头的钎着率就为99.6%。由于Ag25CuP钎料的熔化温度低于BAg45CuZn钎料,钎焊时在相同的加热状态下Ag25CuP钎料会先于BAg45CuZn熔化、流动填充钎焊间隙,因此采用Ag25CuP钎料钎焊的时间略短于BAg45CuZn钎料。

 

2.2剪切试验

对采用不同钎料钎焊的触点分别进行剪切试验,并记录其最大剪切力,结果如图1所示。

  

从图1可以看出,2种钎料钎焊的触点的结合强度均随钎着率的增大而提高,其中BAg45CuZn钎料钎焊的触点强度随钎着率的增大近似呈直线增加;在钎着率<99%的触点中,采用Ag25CuP钎料钎焊的触点的抗剪强度明显大于BAg45CuZn钎料钎焊触点的;随着钎着率的增大,2种钎料钎焊触点的强度差异逐渐减小,钎着率接近100%时不同钎料钎焊的触点强度基本相同。在钎着率较低时,钎焊层中的未焊透、孔洞等缺陷较多,这些缺陷会使触点钎焊面的接触面积减小,结合强度下降,钎着率接近100%时,钎焊层主要为均匀填充的钎料,因而强度较高。BAg45CuZn钎料钎焊的触点中,不同钎着率的触点强度差别大于Ag25CuP钎焊的触点,因此可以说缺陷对BAg45CuZn钎料钎焊触点强度的影响大于Ag25CuP钎料钎焊的触点。 

2.3接触电阻测试

2种钎料钎焊的触点在不同压力下的电阻测试结果如图2所示,随着压力的不断增大,2种钎料钎焊的触点的电阻值均以先快后慢的方式下降:压力从10N增大至200N时,电阻呈直线下降,之后下降幅度趋缓,压力达到1000N以上时逐渐趋于稳定,压力在1400~2000N之间时接触电阻基本无变化。对比不同钎料钎焊触点的电阻变化曲线可以发现,对于Ag25CuP钎料钎焊的触点,不同钎着率触点间的电阻差异较小,而BAg45CuZn钎料钎焊的触点,钎着率对触点的电阻影响较大,这说明未焊透、孔洞等缺陷对BAg45CuZn钎料钎焊触点的电阻影响更大一些,这与剪切试验中缺陷对结合强度的影响效果相符。

 

在AgCdO触头和黄铜的电阻恒定的条件下,钎焊触头的电阻差异主要是由钎焊层引起的,通过计算得到钎焊AgCdO触头及黄铜的电阻值之和为6.02μΩ,将实际测得的触头在稳态的电阻值减掉AgCdO和黄铜的电阻之和作为触点焊焊层的电阻,对比不同钎料钎焊触点钎焊层的电阻,如图3所示。

 

从图3可以看出,对于同一种钎料钎焊的触点,钎焊层的电阻值均随触点钎着率的增大而降低,即钎料熔渗的面积越大、钎焊层缺陷越少,触点的电阻越低。对于不同钎料钎焊的触点,在钎着率相近的情况下,Ag25CuP钎料钎焊触点钎焊层的电阻要大于BAg45CuZn钎焊触点的,对钎着率较高的触点,电阻值的差异更为明显。随着钎着率的升高,钎料逐渐均匀地填充钎缝,由未焊透、孔洞等缺陷导致的电阻差异减小,接触层的电阻主要由钎料本身决定,而Ag25CuP钎料的电阻高于BAg45CuZn钎料的,因此对钎着率在95%以上的触点,Ag25CuP钎料钎焊触点的电阻明显高于BAg45CuZn钎焊触点的。 

三、结论

(1)要达到相同的钎焊效果,采用Ag25CuP钎料钎焊所需的时间稍短于BAg45CuZn钎料的。

(2)2种钎料钎焊触点的结合强度均随钎着率的增大而提高,其中Ag25CuP钎料钎焊触点的强度高于BAg45CuZn钎料钎焊触点的,这种差异随触点钎着率的增大而减小。

(3)2种钎料钎焊触点的接触电阻均随压力增大呈先快后慢的下降趋势,钎着率对BAg45CuZn钎料钎焊触点的强度及电阻的影响大于Ag25CuP钎焊触点的。

(4)在钎着率相近的条件下,Ag25CuP钎料钎焊触点的电阻要大于BAg45CuZn钎料钎焊触点的。对钎着率在95%以上的触点,钎焊层电阻的差异主要是由钎料引起的,因此不同钎料钎焊触点的电阻差异更为明显。


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