+7 (495) 543-7260

info@windeq.ru

ГлавнаяПрименение технологии холодной сварки для соединения вывода и ленты на станке для намотки трансформаторов

Применение технологии холодной сварки для соединения вывода и ленты на станке для намотки трансформаторов

Принципы холодной сварки давлением.

Если в процессе производства катушки вместо провода использует лента, сразу возникнет вопрос, каким образом будет реализовано взаимодействие соединений с выводом. При использовании полосовой меди, могут применяться известные методы пайка мягким или твёрдым припоем. Но их применение может стать причиной возникновения проблем при использовании экономичных алюминиевых лент.
Холодная сварка давлением представляет собой недорогую технологию соединения, применяемую при намотке лент на катушки. Эта технология известна с 1950 г. С тех пор она была усовершенствована, в том числе, и для применения в области электротехники. Более чем 20-летний опыт применения технологии по всему миру при создании силовых и инструментальных трансформаторов, а также дроссельных катушек подтверждает ее безопасность.
В процессе сварки соединение заготовок происходит либо путем плавления под воздействием теплоты или высокого давления. Атомы подходят так близко друг к другу, чтобы межатомные силы начали оказывать воздействие и выполнять соединение. Таким образом, с использованием большой теплоты и без давления можно достичь такого же результата, как и с применением высокого давления без использования теплоты.
В процессе ультразвуковой сварки, сварки трением или обработки контактных поверхностей оказывается такое же воздействие, как в ходе холодной сварки давлением.
Тогда как при выполнении соединений с применением теплоты (контактная точечная сварка, дуговая сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа) должны использоваться только идентичные материалы (Cu/Cu, Al/Al), соединения разных материалов (Cu/Al) могут выполняться посредством холодной сварки давлением или пайкой. Выбор вариантов формования под давлением зависит от толщины ленты и соединения, при этом не имеет значения, из какого материала изготовлена лента (из меди или алюминия). Штамповочные кулачки инструментов устроены таким образом, что при нажатии с одной стороны возникает определенная увеличенная площадь поверхности и одновременно внизу остается определенная остаточная толщина. Таким образом, возникает фактическая область сварного соединения с последующей зоной контакта, которые вместе образуют контактную поверхность.


Поперечное сечение области сварного соединения = B x L x N
соответствует поперечному сечению ленты 30 x d

Форма кулачков и их количество измеряется таким образом, что сварное поперечное сечение в соответствии с указанным выше определением, должно равняться, как минимум, максимальной толщине свариваемой ленты с соответствующей толщиной соединения на толщину ленты 30 мм (мин. рабочее расстояние). Зона контакта представляет собой дополнительную контактную поверхность.
Результаты показывают, что вызывающая частые опасения электролитическая коррозия соединений, выполненных сваркой давлением, особенно, в случае соединения меди и алюминия фактической опасности не представляет (см. сертификаты испытаний ниже). Соединения при производстве катушек пропитываются или уплотняются, а, следовательно, они защищены от попадания влаги.
Основной проблемой при выполнении соединений сваркой давлением является загрязнение контактных поверхностей, т.е., наличие смазки, масла, краски, следов от рук или оксидной пленки в тонких слоях. Наличие подобных загрязнений препятствуют глубокому контакту на уровне атомов, а, следовательно, выполнению сварки.

Требования к материалам.
1. Медь
Медная лента и медные направляющие (переходные направляющие) должны быть мягкими, т.е., иметь твёрдость по Виккерсу от 50 до 60. Обычные листы или направляющие всегда полужёсткие. Их следует подвергнуть отжигу в области сварки. Эта процедура может быть выполнена в термическом отделении при 650 градусах в инертной среде. Либо необходимо нагреть соединение до температуры красного каления посредством сварочной горелки и закалить в воде. При изменении цвета или появлении слоя окалины он может быть удален путем погружения детали на короткое время в кислотный раствор. В зависимости от количества и поставщика на плоские сечения может быть нанесено гладкое покрытие (с числом твердости по Виккерсу 50 – 55). Обычное обозначение F20 относится к прочности и не имеет прямого отношения к твердости.
2. Алюминий
Используемые алюминиевые ленты изначально должны быть мягкими. Полужесткий материал не может быть намотан надлежащим образом. Стандартной мягкости будет достаточно. Как правило, чистота составляет 99,5. В более высоких значениях, как правило, нет необходимости, за исключением вариантов производства силовых трансформаторов с капитализацией потерь. Алюминиевые выводы могут нарезаться из профилей профиль Anticorodal или алюминиевых листов. Так как существует большое количество алюминиевых сплавов, то их пригодность для холодной сварки давлением определяется в ходе испытаний.
Медные и алюминиевые ленты должны быть предназначены для использования в трансформаторах, а также для холодной сварки давлением: они должны иметь чистую поверхность без следов прокатки и заусенцев. Обработанные кромки могут не быть до 2 мм толщины.

Подготовка материала.
1. Ленты
При использовании лентонамоточных машин не требуется дополнительная подготовка лент, потому что процедура очистки выполняется автоматически в процессе намотки.
Если для намотки используются собственные временные конструкции, следует очистить контактные поверхности между лентой и соединением. Для этого должна использоваться угловая шлифовальная машина (как показано на рисунке). В соответствии с толщиной ленты зернистость шлифовального круга должна составлять от 80 до 120. Шлифовальный круг не должен использоваться для других материалов, потому что в противном случае существует опасность загрязнения, что повлияет на качество сварки. Так как используется только наружная кромка шлифовального круга, необходимо обеспечивать его надлежащую замену для того, чтобы гарантировать качество сварки.
 

 
Угловая шлифовальная машина со шлифовальным диском зернистостью 80 - 120
Шлифовка стяжки с использованием угловой шлифовальной машины

2. Соединения
Медные соединения должны быть мягкими (см. ниже).
Алюминиевые соединения необходимо проверить на пригодность для холодной сварки давлением в зависимости от типа сплава.
Независимо от материала соединения необходимо очищать в местах выполнения сварки (см. стр. 4). Должна выполняться механическая очистка контактной поверхности. Частицы должны быть полностью удалены. Это достигается посредством быстрого вращения шлифовального круга. Не допускается использование пластикового шлифовального диска и внедренных шлифовальных частиц.
Следует удалить оксидные слои. Оксид алюминия довольно твердый и разламывается при входе пресс-формы и демонстрировать непосредственно сам материал. Он может действовать как фиксатор и предотвращать сварку в случае достаточной толщины.
Оксидные слои меди такие же мягкие и эластичные, как и направляющие, и образуют отдельный слой, препятствующий сварке.
Хотя оксидные слои вскоре образуются снова, чистые направляющие могут храниться в течение прибл. 5 часов, не оказывая влияния на сварку.

Пресс-формы
Выбор пресс-форм осуществляется на основе таблицы, приведенной на странице 11. При использовании лент или соединений, имеющих промежуточный размер, при выборе инструмента необходимо рассматривать размер на порядок выше.
В таблице инструментов на странице 12 указывается не только поперечное сечение при сварке давлением, но и содержится информация, касающаяся производительности пресса. Необходимая производительность пресса зависит от твердости материала. На основании необходимой производительности пресса можно определить, следует ли использовать два инструмента, что позволит сократить вдвое число прессований. Для этого необходима соответствующая инструментальная оправка.
Прессование жил может выполняться с использованием тех же самых инструментов.
Количество необходимых прессований на соединение рассчитывается по следующей формуле:

                                             ширина ленты x толщина ленты [мм^2]
количество прессований = -----------------------------------------------------
                                         поперечное сечение области сварки [мм^2]

Процедура сварки.
Пресс-инструменты закрепляются на плите таким образом, чтобы длина кулачка располагалась по диагонали к соединению. Длина кулачка не должна перекрывать ширину соединения, так как в противном случае произойдет сдавливание и разрушение соединения при малейшем движении. Этот момент следует учитывать в особенности при прессовании жил. В этих случаях регулировка кулачков должна быть выполнена таким образом, чтобы они располагались последовательно в продольном направлении и по продольной оси жилы.
Важно, чтобы прессование осуществлялось точно симметрично продольной оси. В противном случае сжатие материала влечет за собой деформацию соединения. Следует создать соответствующие ограничители для соединительных направляющих, причем их конструкция не должна препятствовать сжатию материала.
Верхнее отклонение соединений по причине сжатия материала предотвращается посредством использования нажимного устройства соотв. отражателя. Если размеры имеющегося пространства недостаточны, необходимо проконсультироваться с поставщиком пресса.
Для того чтобы материал лучше выходил из-под кулачков, тонкая масляная плёнка на поверхности ленты в области прессования. Масляная пленка может наноситься вручную с помощью куска войлока, слегка пропитанного маслом.
Давление прессования должно быть достаточным, чтобы нижняя часть инструмента (30 x 30 мм) была слегка видима на поверхности ленты, и расстояние между кулачками выровнялось. В случае использования алюминиевых лент следует следить за тем, чтобы нижняя часть инструмента не погрузилась в ванну, т.е. давление должно быть соответствующим образом снижено.
Более тонкая часть (лента) должна всегда находиться сверху.
Таблица инструментов ограничена соотношением относительной толщины ленты / соединения 1:2. При сварке заготовок одинаковой толщины (лента на ленту) кулачки инструментов должны иметь соответствующий размер. Следует проконсультироваться с производителем инструментов.

 

Сварка нескольких параллельных лент.
Для инструментов соотв. кулачков толщина соединения должна быть, как минимум, в два раза толще, чем толщина ленты. Эти данные составляют основу инструментальных таблиц.
Для выполнения надежного сварного соединения должны быть выполнены различные требования. Помимо соблюдения требуемого качества лент и соединений форма кулачка должна выполнять определенные требования, в частности, должны быть соблюдены следующие условия:
- увеличенная площадь поверхности;

- минимальное остаточное поперечное сечение для механических целей;
- значение максимального поперечного сечения не должно быть превышено;
- должны быть учтены все граничные условия.
Данные требования также должны соблюдаться для каждого отдельного слоя, если несколько лент наматываются друг на друга. Только в этом случае можно гарантировать оптимальное выполнение сварки на каждом слое.
На практике выбор надлежащего инструмента осуществляется по следующей схеме:

 

 

Кол-во инструментов = f (d, D)
1. выбор: кол-во инструментов = f (d1, (d2 d3 D))
2. выбор: кол-во инструментов = f ((d1 d2), (d3 D))
3. выбор: кол-во инструментов = f ((d1 d2 d3), D)

Определенный выбор инструментов.
a. используется одинаковый инструмент O.K.
б. выбирается самый большой инструмент

Если воображаемая толщина соединения (D d1 ...) представляет собой промежуточное значение, не указанное в таблице, это   значение следует округлить до более близкого табличного значения.

Сварка многожильных проводов.
Соединения многожильных проводов и проводов круглого сечения не могут быть выполнены непосредственно с применением холодной сварки давлением с использованием лент. Одиночные жилы или провода зажимаются кулачковыми механизмами пресса и становятся твердыми и крепкими. При малейшем движении может произойти разлом. Проблема решается путем размещения трубы над жилой или проводом. Если медные соединения свариваются с алюминиевыми полосами, можно использовать трубы из алюминия или Ac. Во всех случаях при выполнении соединений Cu-Cu, Al-Al или Cu-Al могут использоваться медные трубы.
Длина кулачкового механизма должна быть меньше ширины сжимаемой трубы. В противном случае существует риск разрушения в месте сжатия.
Кулачковый механизм должен располагаться по длине поперек оси жилы, всегда точно по центру жилы:

 

Прессование проходит по аналогии с прав для соединительных направляющих.
Трубы должны быть мягкими.
Медные трубы должны представлять собой отожженные установочные трубы (размер в соответствии с таблицей)
Жилы или провода должны быть чистыми (без лакированной изоляции)
Трубы сжимаются перед сваркой жил приблизительно до половины толщины.
Контактную поверхность трубы следует очистить на шлифовальном станке.
Соединение и пресс-форму следует выровнять точно по центру
Если при соединении ленты требуется инструмент со слишком длинными кулачками, следует использовать специальный инструмент с тем же кулачковым механизмом, отрегулированным по длине.

 

НАРУШЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ.

 Нарушение процесса сварки
1. Соответствует ли количество инструментов комбинации материалов (в таблице)?
2. Произведена ли тщательная очистка контактной поверхности с помощью шлифовального круга?
Шлифовальный диск должен использоваться только для меди или только для алюминия.
3. Достаточно ли высокое давление прессования? Упор инструмента должен быть слегка заметен на ленте, рабочая область   должна быть выровнена.
4. Используются ли мягкие материалы (мягкоотожжённая медь, макс. твердость по Викерсу- 56)

 Разрушение кулачкового механизма пресс-формы
1. Прессование осуществлялось без использования промежуточного слоя непосредственно на твердую основу
2.Использовался неправильный инструмент со слишком высоко установленным кулачковым механизмом (высота кулачкового механизма превышала толщину ленты толщину соединения)
3. Процедура проводилась при слишком высоком рабочем давлении

Отсоединение кулачкового механизма пресс-формы

Прессование осуществляется со слишком большим давлением, особенно, при работе с алюминием

Корпус инструмента не должен проникать в материал, его область должна оставаться на ленте и слегка выступать. Сжатый материал следует убрать из строя. Корпус инструмента препятствует удалению сжатого материала и создает недопустимое давление между кулачками, что может стать Причиной выхода кулачкового механизма.

             

Испытания на коррозионную стойкость
Образцы Соединения алюминия и меди, выполняемые с использованием холодной сварки давлением
20 шт 5 A (25 мм Al / 0,3 мм Cu)
20 шт 18 A (0,3 мм Al / 3 мм Cu)
Испытания Ухудшение характеристик с помощью жидкостей и электролита.
Результат Отсутствие заметной коррозии при нахождении во влажной атмосфере в течение 30 дней при 40°C IEC 68-2-3 и в соединениях, выполненных холодной сваркой давлением с использованием тонкой алюминиевой фольги.
Испытания на коррозию в соответствии с IERC 1058 §22 с применением хлорид аммония также оказали никакого воздействия!
Только воздействие электролитом вызвало тяжелую коррозию деталей из алюминия, тонкая алюминиевая фольга растворилась практически полностью! На соединениях 18A может наблюдаться серьезная коррозия, но вследствие большей толщины соединение остается практически неповрежденным и пригодным к эксплуатации.
Примечания

По причине различного электролитического напряжения меди и алюминия существует риск того, что в присутствии электролита возникнет гальванический элемент, что приведет к окислению металла более низкого качества (алюминия). Поэтому по условиям IEC 950 рекомендуется избегать подобных переходов.
Но следует учесть, что для контактной коррозии всегда должен присутствовать электролит, который нечасто используется в достаточной пропорции! В большинстве случаев будет возникать более серьезная проблема: электротехническая эксплуатационная безопасность.
В стандартных условиях эксплуатации при применении в аппаратных шкафах с температурой окружающей среды до 70°C не существует риска возникновения коррозии, в особенности, потому что температура этих соединений, ак правило, выше температуры окружающей среды, что препятствует образованию на соединениях даже безопасного водного конденсата!
В качестве предупредительной меры рекомендуется измерять излишние загрязнения (образование электролита с водой). При использовании в морской воде, особенно, в случае очень тонкой алюминиевой пленки, рекомендуется дополнительная защита от коррозии!

Испытания на коррозию соединений медных жил и пластин, выполненных холодной сваркой давлением

В течение двух месяцев мы проводили испытания образцов, на которых применялась сварка давлением с типовыми номерами 2, 5 и 10 при постоянной температуре 90°C. Вначале соединительные детали в течение месяца хранились в атмосфере насыщенного водяного пара. Затем в воду добавили 1% уксусной кислоты, после чего образцы хранились еще 30 дней при температуре 90°C.
Результаты
а. После нахождения в атмосфере насыщенного водяного пара при 90°C в течение месяца:
№ 2: отсутствие коррозии
№ 5: отсутствие коррозии
№ 10: отсутствие коррозии
б. После дополнительного хранения в течение месяца при 90°C в дистиллированной воде, с 1% кислоты:
№ 2: На поверхности алюминиевой пластины наблюдается некоторая матовость, без следов коррозии. В области сварного соединения коррозия отсутствует.
№ 5: Поверхность алюминиевой пластины матовая с белыми пятнами. В области сварного соединения коррозия не наблюдается.
№ 10: Медная пластина потемнела и окислилась. На поверхности отчетливо видны  леды коррозии, в частности, там, где существуют следы пальцев. В области сварного соединения коррозия отсутствует.
Следовательно, при соединении с алюминиевыми и медными пластинами сварные соединения, выполненные сваркой давлением, подвергаются коррозии не больше, чем сами металлы.

Проверка сварки
При использовании нового материала (новых катушек, новых направляющих), следует проверить свариваемость посредством пробного прессования. Сварочный образец должен пройти стандартную предварительную подготовку. Следует установить требуемое рабочее давление.
Перед началом работ проверить:

  • использование надлежащего инструмента;
  • мягкость материала;
  • чистоту контактных поверхностей (шлифовка);
  • наличие смазки.

После выполнения работ проверить:

  • легко ли штамп снимается с ленты (регулировка удерживающего зажима);
  • степень проникновения штампа;
  • заметна ли нижняя часть штампа на ленте:

- если нет, увеличить рабочее давление,
- если слишком сильно, снизить рабочее давление.

  • выровнено ли расстояние между кулачками;
  • зажат ли образец в тисках.

Отделить ленту от соединения посредством отвертки. Лента должна быть ослаблена, то есть, каждый кулачковый штамп необходимо выдвинуть. Нижняя часть должна остаться в соединении если нет следует:

- проверить твердость (или просто провести закалку соединения и ленты);
-
проверить чистоту и степень износа шлифовального круга;
-
заменить при необходимости;
- проверить центровку сварки (выгнуть соединение);
- сравнить рабочую длину и ширину соединения (не должна быть больше – для жил).
Если лента может быть отделена от соединения без ослабления (даже с большими усилиями), сварка не была произведена, произошло лишь сжатие.
Сварка давлением на катушках должна выполняться только после удачной тестовой процедуры.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Холодная сварка давлением является простой и безопасной процедурой, которая может выполняться любым работником без необходимости прохождения длительного обучения, при условии соблюдения следующих требований:

  • гарантия качества материала (твердость);
  • правильный выбор инструмента (в соответствии с таблицей);
  • очистка с помощью надлежащего инструмента (шлифовальное устройство);
  • надлежащее рабочее давление (в соответствии с таблицей и испытательным давлением);
  • надлежащее позиционирование (после тестовой процедуры);
  • надлежащее положение удерживающего зажима (после тестовой процедуры).
О компании Станки для производства электрических машин Оборудование для обработки проводов и кабелей Ультразвуковое оборудование Нестандартное оборудование Материалы и компоненты

ООО «Технический центр «Виндэк»

142116, Московская область, Подольский район, поселок Сельхозтехника, Домодедовское шоссе, д. 1, корп. 3

Тел/факс: +7 (495) 543-72-60     E-Mail: info@windeq.ru     Сайт: www.windeq.ru