铝线电机关键质量控制工艺分析及改进

2018-12-06

商品与质量 2018年39期

珠海格力电器股份有限公司广东珠海 519070

近年来，受铜价不断上涨和节能减排政策的影响，电机绕组“铝代铜”的发展趋势将越来越显著，铝漆包线因材料成本优势在电机行业已占有不可替代的地位。但由于铝线具有机械性能差及在空气中极易氧化等特点，大家对铝线的寿命可靠性存有较大疑虑。真可谓：铜也忧，铝也忧。

1 铝线绕组存在不足

（1）电阻率较大、温升相对高。铝导线的电阻率是铜导线的1.582倍，因此用铝线或铜包铝线，其缺点是温升高，对有些电机其振动会变大，最终导致电机寿命短。

（2）机械性能差别。硬度比铜线小、易伤，如产生小缺口又会产生氧化，运转容易过热烧断；漆皮附着力比铜线差，折几下易脱漆皮、产生匝间不良；抗拉强度小，机器绕线时易断易损易拉细。

（3）接头焊接困难。铝的耐腐蚀性不好且金属铝极其活波、容易氧化，尤其高温下会生成三氧化二铝导致上锡困难，接头或焊接处电阻变大甚至过热烧断。

2 铝线电机设计方案合理性

铜改铝漆包线，需保证铝线电机温升与铜线电机水平相当，按照电阻率比把铝线的线径加大（铝线电阻接近铜线电阻）。在同等温度下，铝线截面积需为铜线1.58倍，即铝线线径为铜线1.27倍。

导体线径增大，在一定程度上增大了电机绕组的槽满率，考虑控制槽满率问题则需要重新设计电机冲片、加大槽型，但直接加大槽型会导致铁心磁力流通面积减小。因此，一般同步采用增加铁心叠高或加大整个铁芯面积或采用高磁感应的硅钢片，减少励磁电流的办法来解决。

上述的一系列连锁变化，是电机铜线改铝线的技术关键所在。通过合理的设计，铝线在温升、电流、能效等各个方面都不会比铜线差，但前提是要增加铁的用量。另外，电机改铝线设计仅适用于原来的铜线电机设计还有余量的情况，并要求电机设计铝线温升不能使用到F级以上[1]。

3 铝线电机关键生产工艺

要消除铝线电机在使用过程中过早失效问题，接头连接工序最为关键。相对于铜，铝非常容易氧化，焊接非常困难，铜线和铝线不宜直接连接，原因包括：铜铝金属连接后通电会发生电化学反应，导致铝线逐渐被氧化；铜、铝电阻率不同，通过相同电流时铝线发热量大于铜线，接头处易接触不良故障；铜、铝线硬度不同，直接连接的结合力差，导线受力较大时容易从连接处断开。所以铝漆包线焊接必须采用铝漆包线专用焊锡材料及工艺，具体可分为两个过程论述。

（1）脱漆工序：普遍的是用高温锡烫，烫完后铝线就发黄变黑，无法焊锡；也有机械打磨脱漆的，脱漆后铝线线径损伤，同时铝线表面变黑氧化，极难上锡。本文从漆包线类型陈述两种脱漆皮方法。

第1种：化学脱漆粉脱漆（适用于QZ漆包线）

①脱漆炉温度控制在350-380℃，时间2-3S（指深入脱漆液面的操作时间），脱漆长度控制在35-45mm；②使用铝线专用清洗剂清理，清洗浸泡时间3s以上，浸泡过程中需在清洗液内轻微晃动1-2次，并使用纯棉抹布将清洗剂擦干净；③脱漆与缠线岗位之间只允许预留3台定子，当班必须确保脱漆后定子焊点热缩完毕方可离开；④测试清洗液、助焊剂、脱漆粉PH值，并做好记录。

第2种：直焊型脱漆（适用于QA漆包线）

A使用焊锡炉高温进行脱漆，脱漆温度420-450℃，脱漆时间2-3S,单次脱漆抽头线数量≤4根。脱完后直接用干净的进行擦拭干净；②物料要求：脱漆粉、清洗剂必须使用铝线专用厂家物料。

（2）焊接工序：目前国内有用端子铆接、用焊锡丝焊接、铜引线把铝线包住再焊接等方式。端子铆接的方式，铝线氧化很快，另外铜铝电位相差大，通电过程中会产生电化学腐蚀，连接点电阻会逐渐变大，温升变高，最终导致不通电。焊锡丝焊接的方式，电烙铁的温度不可能很大，很容易产生堆焊假焊问题，另外助焊剂没有办法短时间汽化掉，焊点里面会有很多炭化助焊剂残留，也不可靠。铝线多折容易折断和脱漆，所以铝线线头连接尽量不打折弯。由于易氧化，铝线的接头焊接和防护成了行业关注焦点。目前，铝线线头连接工艺较为成熟的有以下4种：①刺破型的压接：已经开发出了大压力的刺破型压接端子来解决传导和氧化问题。这种连接方式只能在φ1.0mm以上铝线电机上使用，实际上寿命还是比铜线要短。铝线与铜引线接触长度和面积要比传统单纯铜线大些，保证在5mm以上[2]。②刮漆皮+铜引线铆接：使用脱漆机效率高，但由于钢丝刷轮高速摩擦，脱漆后线径损伤，同时铝线表面易变黑易氧化难上锡，生产控制难度大。端子铆接后还要套上热缩管，隔绝空气，防止氧化。③刮漆皮+铜引线铆接后镀锡：采用脱漆机去漆皮，与铜引线在铜带机铆接一次后，用沾铝焊剂铝焊条在浸锡炉上浸锡，套一热缩管热缩即可。浸锡炉上浸锡的优点是：比电烙铁的温度高且均匀稳定，焊锡均匀渗透性强。另外，铝助焊剂成分多易炭化，在锡炉中析出，不会在焊点处残留。④去漆皮+铜引线后浸锡再封胶：去漆皮工艺采用的是漆包线专用脱漆粉（见前文述两种脱漆皮方法），在不锈钢炉中将其溶化，铝线接头处浸在溶液中，大概2s-3s就可脱漆，用湿布揩干净，去漆后既干净又不伤线。接铜引线是直接缠绕后用沾铝焊剂铝焊条在浸锡炉中浸锡，再用高收缩比的带胶双层热缩管，里面层有硅胶，完全杜绝氧化的问题。此工艺是最合理可靠的，值得推广。