О фирме

Диффузионная
сварка

Оборудование
для диффузионной
сварки

Шины,
компенсаторы

Холодная
сварка

Оборудование
для холодной
сварки

Плазменное
напыление

Контактная
информация

Новости

Холодная сварка алюминия и меди в электротехнике

Морозов Ю.К., Стройман И.М., кандидаты техн. наук
«Сварка-Контакт-Сервис», Санкт-Петербург, Россия

Начало промышленного применения алюминия в качестве проводникового материала взамен меди относится к пятидесятым годам прошлого столетия.
 
Сразу же выявилось главное преимущество этой замены - большая экономия цветного металла.
 
Одновременно выявился и главный недостаток - трудность обеспечения надежного электрического контакта в разъемных (в основном, болтовых) соединениях алюминия с медью.
 
Как показала практика, такие соединения с течением времени ослабляются. Переходное электрическое сопротивление в них начинает расти. Особенно опасно это при больших токах и напряжениях, а также при эксплуатации электротехнических изделий в активных и агрессивных средах.
 
Как правило, ухудшение контакт Al+Cu происходит не сразу, а с течением времени. Это время может быть достаточно велико; оно может измеряться неделями, а, иногда, даже месяцами.
 
Главная опасность состоит в том. Что время начала ухудшения электрического контакт Al+Cu практически невозможно проконтролировать. Бесконтрольность поведения этого контакта, как показал опыт, может привести к выходу из строя электротехнического оборудования. Известны случаи, когда по вине плохого контакта Al+Cu имели место аварии.
 
Длительное изучение поведения разъемного контакта позволило дать этому явлению научное объяснение. Оно сводится к следующему.
 
Установлено, что при постоянной нагрузке (что всегда имеет место в болтовых соединениях) в ряде случаев ухудшаются физико-механические свойства самого металла - алюминия.
 
Такое явление получило в науке и технике название «ползучесть». Особенно ползучесть алюминия проявляется в разъемных контактах Al+Cu.
 
Попытки улучшить контакт путем нанесения на алюминия слоя серебра к успеху не привели, ибо «ползучесть» при этом не устранилась.
 
В связи с изложенным, болтовое соединение Al+Cu было запрещено Российским Государственным стандартом 10434-82. Согласно требованиям этого стандарта ненадежные болтовые соединения Al+Cu должны быть полностью исключены из практики и заменены надежными болтовыми соединениями Cu+Cu. С этой целью алюминиевые выводы электротехнических изделий надежно оконцовывают медью путем сварки.
 
Однако для соединения этой пары металлов (алюминий  и медь) сварка нагревом либо вообще не применима, либо применима со значительными трудностями.
 
Дело в том, что при нагреве контакта Al+Cu, в нем начинается взаимная диффузия одного металла в другой. При этом в стыке образуется хрупкая интерметаллидная прослойка, заметно понижающая качество самого стыка. Эксплуатационные характеристики этой прослойки - очень низкие. Таким образом, сварка с нагревом не может быть рекомендована для решения задач по соединению алюминия с медью.
 
Единственный путь надежного решения - это применение сварки без нагрева. В этом случае полностью исключается образование хрупкого интерметаллида. Нет нагрева - значит нет диффузии, а, следовательно, нет механизма образования интерметаллида.
 
Поэтому, можно утверждать, что холодная сварка - это самый лучший, самый надежный способ сварки алюминия с медью.
Однако, это утверждение справедливо лишь в том случае, если полученный холодной сваркой контакт Al+Cu стоек и надежен в самых различных условиях эксплуатации электротехнических изделий.
 
Нами был проведен комплекс исследовательских работ по изучению поведения контакта при пропускании через него номинального тока при одновременном воздействии следующих факторов:
  • Длительное прохождение тока в условиях сильного увлажнения;
  • Воздействие гальванической коррозии при сильном увлажнении;
  • Термоциклирование и температурные удары;
  • Воздействие отрицательных температур;
  • Химически активная среда (пары аммиака);
  • Травление серной и азотной кислотами;
  • Вибрационные и усталостные испытания.
 
Критерием качества контакта служила величина переходного электрического сопротивления. Во всех без исключения экспериментах величина этого сопротивления сохранилась. Что свидетельствует о высоком качестве сварного контакта.
 
Падение напряжения, определяющее величину электрического сопротивления холодносварных соединений, стабильно в течение всего времени испытания, в отличие от болтовых соединений, у которых с течением времени происходит резкое увеличение переходного электросопротивления.
 
Холодносварные соединения отличаются высокой механической прочностью. Благодаря наклепу (уплотнению) металла в процессе его пластической деформации прочность холодносварного стыка выше прочности целого металла. Поэтому при растяжении сварной стык не разрушается. Такие стыки успешно выдерживают испытания на изгиб, скручивание, вибрацию.
Rambler's Top100  
   cоздание сайтов в Петербурге