U BAKARNI I ALUMINIUMSKI SPROVODNICI · 2001. 9. 27. · sprovodlivost, so visoka sposobnost za obrabotka so plasti~na deformacija i so visoki mehani~ki osobini, se najupotrebuvanite

P21-09

ТРЕТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид 3–6 октомври 2001

D-r. Ilija Nasov dipl.in`. Fabrika za kabli "Negotino"Negotino

METODI NA DOBIVAWE NA SPOJ POME\U BAKARNI I ALUMINIUMSKI

SPROVODNICI

SODR@INA Vo prviot del od trudot se dadeni karakteristikite na bakarnite i

aluminiumskite elektri~ni sprovodnici i nivnata sporedba. Vo vtoriot del se dadeni metodite na spojuvawe na bakarnite i aluminiumskite sprovodnici : so lemewe i zavaruvawe. Vo tretiot del se dadeni osnovite na ladnoto zavaruvawe i eksperimentalnite istraùvawa za dobivawe na spoj pome|u bakarni i aluminiumski provodnici sprovedeni vo fabrikata za kabli od "Negotino"i sprovedenite ispituvawa .

ABSTRACT The objective of the research is to obtain a junction between filled copper and aluminium electrical conductors that will have hight mechanical and electrical characteristics and will be distinguished by high stability during exploatation. Facing copper and aluminium electrical conductors are joined in section work conditions in an air environment,on room temperature.The welding is completed on electrical conductors with equal diametres. The quality od the welded junction is confirmed by a series of different tests:mechanical (tension,torsion and bending), technological (processing by pulling out) , metalographical (structure defined by light and electronical microscope and measurement of the micro hardness), electrical (electrical resistance and boundary currents of conductors melting). 1 VOVED

Bakarot i aluminiumot, kako metali so visoka elektri~na i toplinska sprovodlivost, so visoka sposobnost za obrabotka so plasti~na deformacija i so visoki mehani~ki osobini, se najupotrebuvanite metali za elektri~ni sprovodnici. Bakarot i aluminiumot imaat golema upotreba i vo drugi oblasti od tehnikata: vo termotehnikata pri izrabotka na raznovidni toplinski izmenuva~i, vo elektrotehnikata za namotki na transformatori i elektromotori, spojnici, rastavuva~i, bimetali i dr. Nivnata zaedni~ka primena ~esto doveduva do potreba od nivno me|usebno spojuvawe. Vo zavisnost od nivnata primena se upotrebuvaat i raznovidni postapki na spojuvawe na bakar so bakar, aluminium so aluminium i bakar so aluminium. Izborot na postapkata za spojuvawe na elektri~nite sprovodnici se vr{i vo zavisnost od konstrukcijata na sprovodnikot i namenata na spojot. Vo raznovidnite oblasti na eksploatacija, spoevite Cu-Cu, Al-Al i Cu-Al treba da gi zadovolat slednite barawa: postojanost na kvalitetot, visoki mehani~ki i elektri~ni osobini na spojot, stabilnost pri eksploatacija pri: mehani~ki optovaruvawa, elektri~ni optovaruvawa, zagrevawe i ladewe (termi~ki optovaruvawa), stareewe (dolgovremenska eksploatacija).

P21-09 2/13

I pokraj nesomnenoto zna~ewe na problemot, spojuvaweto na elektri~nite sprovodnici od Cu i Al, vo dostapnata literatura ne e dovolno rasvetleno, a objavenite rezultati se mo{ne skromni. Ottuka i izborot za istraùvawe na ovoj problem e od poseben interes, ne samo od nau~no tuku i od prakti~no tehni~ko-tehnolo{ko zna~ewe. Istraùvawata vo ovoj trud imaat za cel da se izbere naj adekvatana postapka i tehnologija za dodivawe na spoj pome|u bakarni i aluminiumski sprovodnici, koj }e ima visoki mehani~ki i elektri~ni karakteristiki i }e se odlikuva so visoka stabilnost pri eksploatacija.

Za da se postignat prethodno postavenite isklu~itelno strogi barawa od spojot, tehnologijata na zavaruvawe treba da ovozmoì izbegnuvawe na mo`nosta od sozdavawe na krti intermetalni fazi pome|u Cu i Al, koi se odlikuvaat so poniski mehani~ki i elektri~ni karakteristiki vo sporedba so osnovnite materijali (visoka krtost i tvrdost) i istisnuvawe na Al2O3 od zonata na zavarot. Ovie pojavi se izbegnuvaat so primenata na postapkite na ladno zavaruvawe (bez topewe na osnovnite materijali), osobeno so primenata na ~elnoto ladno zavaruvawe pod pritisok.

Za da se izbere naj adekvatna postapka na zavaruvawe pome|u bakarni i aluminiumski provodnici,vo kratki crti }e bidat izneseni karakteristikite na bakarot i aluminiumot.

2 KARAKTERISTIKI NA BAKARNI I ALUMINIUMSKI SPROVODNICI 2.1 Osobini na bakarot kako sprovodnik

Bakarnite elektri~ni sprovodnici naj~esto se izrabotuvaat od bakarna ìca so pre~nik od 8 mm ili 12 mm izvle~ena na potrebnata dimenzija. So ladna deformacija bakarot ja zgolemuva svojata cvrstina, a mu se namaluva deformabilnosta , izdolùvaweto i elektri~nata sprovodlivost. Vo pogled na elektri~nata sprovodlivost na edinica povr{ina bakarot stoi na vtoro mesto vo odnos na site drugi metali-: 60x106 S/m, samo srebroto ima povisoka elektri~na sprovodlivost od bakarot-63x106 S/m.Poradi visokata elektri~na sprovodlivost i drugite osobini bakarot se pokaàl idealen vo sporedba so drugite metali kako elektri~en sprovodnik. Od po~etokot na razvojot na elektrotehnikata pa do denes, bakarot e najupotrebuvaniot metal vo elektrotehnikata. Najgolem problem denes e s# pote{koto i poskapo proizvodstvo na bakarot, poradi s# pomalite rudni rezervi, {to predizvikuva golemi oscilacii vo cenata na istiot. Ovoj problem s# poveke ja aktuelizira potrebata od zamena na bakarnite elektri~ni sprovodnici so aluminiumski, pri {to e neizbe`no nivnoto me|usebno spojuvawe.

2.2 Osobini na aluminiumot kako sprovodnik

Elektri~nata sprovodlivost na aluminiumot e edna od najva`nite negovi osobini za primena vo elektrotehnikata. Specifi~nata elektri~na sprovodlivost na aluminiumot iznesuva 35x106 S/m. Aluminiumot mnogu brzo, prakti~no momentno se soedinuva so kislorodot sozdavaj}i na povr{inata oksiden sloj Al2O3, odnosno Al2O3H2O vo vla`na atmosfera, koj ima nekolku iljadi pati pogolema elektri~na otpornost i visoka krtost. Otstranuvaweto na Al2O3 e eden od najbitnite uslovi za kvaliteten spoj. So zgolemuvawe na stepenot na ladna deformacija (izvlekuvawe) elektri~nata sprovodlivost se namaluva a mehani~kite karakteristiki se zgolemuvaat. Tuka se isprepletuvaat potrebite za odredena elektri~na sprovodlivost so potrebite od opredeleni mehani~ki karakteristiki.

2.3 Sporedba na bakarnite i aluminiumskite sprovodnici Na slikite 1 i 2 daden e odnosot na specifi~nata elektri~na sprovodlivost na

bakarot i aluminiumot vo odnos na volumenot i masata.

P21-09 3/13

Cu

Al

Specifi~na elektri~naprovodnost ( )S/m 10 × 6

0 10 20 30 40 50 60

Cu

Al

Specifi~na masa ( )kg/m3

Odnos na elektri~nata provodnostpome|u i za Al Cu Cu=100%

0 5

2,7× 103

204%

8,9× 103

100%

10 15

Sl. 1

Sl. 2

Aluminiumot ima 60,97% od specifi~nata elektri~na sprovodlivos na bakarot od aspekt na volumenot (sl. 1), dodeka vrz osnova na masa aluminiumot ima 204% od specifi~nata elektri~na sprovodlivost na bakarot (sl. 2). Sporeduvajki gi masite na bakarnite i aluminiumskite jaìwa so ista sprovodlivost se zabeleùva deka aluminiumskite jaìwa se daleku polesni.

Sporedbata na presekot, dijametarot i masata na bakarnite so aluminiumskite jaìwa pri ista sprovodlivost ,se dadeni vo tabela 1.

Tabela 1

sprovodnik bakar aluminium

presek 100 161

dijametar 100 127

masa 100 48,5

Spored iznesenite podatoci moè da se zaklu~i: Za ist pad na napon odnosot me|u

presekot na aluminiumskiot sprovodnik i bakarniot sprovodnik treba da e 1,61. a teìnata na aluminiumskiot sprovodnik vo kabelot za ekvivalenten presek e dva pati pomala od teìnata na bakarniot sprovodnik. Zemaj}i vo obzir deka cenata na aluminiumot e pribli`no 20 %– 30 % poniska od cenata na bakarot, moè da se zaklu~i deka aluminiumot moè da ostvari najgolema sprovodlivost na elektri~na struja po osnov na masa i cena vo odnos na site drugi metali. 2.4. Mehani~ki spoj pome|u bakarot i aluminiumot Vo po~etokot na proizvodstvoto na aluminiumskite kabli,aluminiumskite sprovodnici bile vnesuvani vo prekinuva~i,rastavuva~i,vklu~nici i drug pribor izraboten od bakar ili bakarni leguri, a kontaktot pome|u aluminiumskiot sprovodnik i " spojniot pribor " se ostvaruval so mehani~ko stegawe (sl.3 ).

P21-09 4/13

IzolacijaAl-provodnik

1

23

4mehani~ka stega

pribor za spojuvawe

Sl.3 1) Izolacija na aluminiumski sprovodnik 2)aluminiumski sprovodnik 3)del od spojniot pribor vo koj se vnesuva aluminiumskiot sprovodnik ,izraboten od bakar ili bakarna legura 4) zavrtka Po vnesuvaweto na aluminiumskiot sprovodnik vo segmentot 3, se ostvaruva

relativno dobar kontakt bidej}i zavrtkata, poradi visokata plasti~nost na aluminiumot prodira vo aluminiumskiot sprovodnik, plasti~no go deformira, go probiva tenkiot sloj od Al2O3 i toj kontakt ostvaruva protok na elektri~na struja so relativno mala preodna elektri~na otpornost. Pri te~ewe na elektri~na struja, aluminiumskiot sprovodnik se zagreva, se {iri, a bidej}i e ograni~en so vnatre{nite dimenzii od segmentot 3 i 4, minimalno no sepak plasti~no se deformira. Pri isklu~uvawe na elektri~nata struja, poradi ladeweto, aluminiumot minimalno no sepak se sobira, a kontaktot pome|u 4 i 2 oslabuva i preodnata elektri~na otpornost se zgolemuva i pri te~ewe na elektri~na struja doa|a do zgolemuvawe na temperaturata na kontaktot; debelinata na Al2O3 se zgolemuva, a poradi toa {to ima zna~itelno pogolema elektri~na otpornost, temperaturata na kontaktot raste u{te pove}e. So naizmeni~ni ciklusi pojavite se multipliciraat taka {to na kraj doa|a do sozdavawe na elektri~en lak i zapaluvawe na instalacijata. Poàri na elektri~ni instalacii so aluminiumski kabli imalo se dodeka ne se konstatiralo deka pri~inata ne e kabelot tuku kvalitetot na spojot pome|u aluminiumskiot so bakarniot provodnik.

3 POSTAPKI NA SPOJUVAWE NA ELEKTRI^NITE PROVODNICI OD Cu SO Al

3.1. Voved Problemite koi se javuvaat pri spojuvaweto na Cu so Al proizleguvaat od

razlikite vo nivnite hemiski i fizi~ki karakteristiki, kako {to se: temperaturata na topewe, toplinskata sprovodlivost, specifi~nata toplina, specifi~nata elektri~na otpornost, sklonosta kon sozdavawe na oksidi i drugi intermetalni soedinenija i sli~no. Vo te~na sostojba Cu i Al se potpolno rastvorlivi, no pri preodot vo cvrsta sotojba rastvorlivosta se menuva. Se pojavuvaat pove}e podra~ja na cvrsti rastvori i osum intermetalni soedinenija. Cvrstite rastvori, a osobeno intermetalnite soedinenija imaat zna~itelno poinakvi karakteristiki vo sporedba so ~istite Cu i Al. Sozdavaweto na intermetalnite soedinenija e vo zavisnost od temperaturata i vremeto, poradi {to potrebno e postapkata na spojuvawe da se realizira so minimalno koli~estvo vnesena toplina i za ekstremno kratko vreme. ([8];[9];[10]).Od zavareniot spoj pome|u elektri~nite sprovodnici od Cu i Al se bara cvrstina koja }e gi izdrì rabotnite optovaruvawa i dobra elektri~na sprovodlivost odnosno mala elektri~na otpornost. Vo normite VDE 0210, se bara silata na kinewe na zavareniot spoj da bide najmalku ista so najmalata sila na kinewe na osnovnite materijali Cu i Al ([11]).

P21-09 5/13

Spojuvaweto na elektri~nite sprovodnici od Cu i Al moè da se izvr{i so lemewe i zavaruvawe. Vo zavisnost od rabotnata temperatura (temperaturata na koja doa|a do spojuvawe) postapkite na zavaruvawe moè da se podelat vo dve grupi, i toa:

– postapki na zavaruvawe na ladno, kaj koi do spojuvawe doa|a na temperatura poniska od onaa na topewe na osnovnite materijali;

– postapki na zavaruvawe so topewe, kaj koi do spojuvawe doa|a na temperatura povisoka od onaa na topewe na osnovnite materijali.

Vo prvata grupa na postapki spa|aat: zavaruvawe so pritisok, zavaruvawe so triewe, difuzno zavaruvawe, ultrazvu~no zavaruvawe i zavaruvawe so eksplozija.

Vo vtorata grupa na postapki spa|aat: zavaruvawe so gasen plamen (GP), ra~no elektrola~no zavaruvawe so obloèna elektroda (REL), elektrola~no zavaruvawe so topliva i netopliva elektroda vo za{titna atmosfera od inertni gasovi (MIG/TIG), elektrooporno zavaruvawe bez i so iskrewe, zavaruvawe so elektronski i laserski snop.Poradi sozdavaweto na intermetalnite soedinenija pri preodot od rastopena vo tvrda sostojba i na zgolemeni temperaturi vo tvrda sostojba, pogolemo zna~ewe i primena pri spojuvaweto na elektri~nite provodnici pome|u Cu i Al imaat postapkite na zavaruvawe na ladno. Kaj postapkite na zavaruvawe od vtorata grupa, postapkite so topewe GP, REL, MIG i pri lemeweto potreben e tret dodaten materijal, koj vo golema merka gi menuva karakteristikite na spojot (posebno zgolemena elektri~na otpornost), pa retko se koristi za zavaruvawe na bakarni so aluminiumski sprovodnici.

3.2 Postapki so lemewe

Lemeweto na elektri~nite provodnici se izveduva so meko lemewe, pri koe temperaturata na topewe na dodatniot materijal (lemot) e pomala od 450 oS. Realiziranite vrski moè da se klasificiraat vo tri grupi:

a) provodnicite ne se vo direkten kontakt, tie se ~elno ili paralelno postaveni,

b) provodnicite se vo delumen kontakt,

v) provodnicite se mehani~ki vrzani.

Kvalitetot na spojot, zavisi od pravilniot izbor na dodatniot materijal–lemot,

t.e. od negovite elektri~ni karakteristiki i zgolemuvaweto na presekot na mestoto na spojot ([12]). 3.3 Postapki so zavaruvawe 3.3.1 Postapki so ladno zavaruvawe

So ~elno ladno zavaruvawe pod pritisok se postignuva spoj so dobar kvalitet i prednosta na ovaa postapka na spojuvawe e vo golemata produktivnost, vremeto na zavaruvawe e dosta kratko, i vo mo`nosta da se zavaruva na teren, bidejki za ra~nata postapka ne e potreben elektri~en izvor na energija, {to ne e slu~aj kaj drugite postapki na spojuvawe. So difuznoto zavaruvawe se postignuva spoj so visok kvalitet, no poradi sloènata oprema (komora za vakum i greja~i) i dolgoto vreme na zavaruvawe, produktivnosta so ovaa postapka e pomala.

So ultrazvu~noto zavaruvawe produktivnosta na zavaruvaweto se zgolemuva pri zadrùvawe na visokiot kvalitet na zavareniot spoj.

P21-09 6/13

So zavaruvaweto so triewe se dobiva spoj so visok kvalitet, no produktivnosta na procesot poradi dolgoto vreme na podgotovka na provodnicite za zavaruvawe e dosta mala. Produktivnosta se zgolemuva so voveduvawe na avtomatizirana linija za podgotovka i zavaruvawe.

Zavaruvaweto so eksplozija se primenuva za pogolemi povr{ini i naj~esto se realizira preklopen spoj ([11]). 3.3.2 Postapki na zavaruvawe so topewe

Prakti~ni preporaki i iskustva od zavaruvaweto so gasen plamen na elektri~ni sprovodnici dadeni se vo [14;15]. Od elektrola~nite postapki na zavaruvawe naj~esto se primenuvani MIG i TIG postapkite, odnosno zavaruvaweto vo za{titna atmosfera na inertni gasovi. ([11,16,17]). Vo [18] detalno se izneseni rezultatite od istraùvawata na karakteristikite na ~elno spoenite elektri~ni provodnici od bakar i aluminium so elektrootporno zavaruvawe so iskrewe. Zavaruvani se pove}eì~eni provodnici. Vr{eni se mehani~ki, metalografski i elektri~ni ispituvawa, so koi e utvrden dosta visok kvalitet na zavareniot spoj.Vo [19] izneseni se rezultati od elektrootpornoto to~kesto zavaruvawe. Rezultati od zavaruvaweto na elektri~nite provodnici so cvrst impulsen laser izneseni se vo [20;21]. 3.4 Spojuvawe so ladno zavaruvawe

Zavaruvaweto na ladno pod pritisok, kako postapka na spojuvawe na materijalite, e opfateno vo standardot DIN 1910 Teil 2, kade e klasificirano vo postapkite na zavaruvawe bez topewe na osnovnite materijali no so golem stepen na plasti~na deformacija, kako {to e: bakar, aluminium, srebro, olovo, cink i nivnite leguri. Aktuelnosta na postapkata e vo nekolku navrati naglasuvana na raznovidni svetski konferencii ([22,23]), a za nejzinata prakti~na primena i ekonomska opravdanost vo konkretni slu~ai izneseno e vo [24,25,26,27]. Postapkata i tehnologijata na spojuvawe so ladno zavaruvawe pod pritisok e vo postojan razvoj i usovr{uvawe. Izraboteni se fleksibilni celosno avtomatizirani tehnolo{ki linii na zavaruvawe so ovaa postapka, od koi golem broj se patentirani ([29,30,31,32]).Okolu fizi~kite osnovi na procesot na spojuvawe i samiot mehanizam na spojuvawe i do denes postojat otvoreni pra{awa. Postaveni se golem broj na hipotezi, koi naj~esto edna so druga se kontradiktorni. Taka vo [33] Sahackií vo Glava I i II na 74 strani rarazrabotuva golem broj hipotezi,kako: difuzna, rekristalizaciska, energetska, dislokaciska, deformaciska, hipoteza na aktivni centri, hipoteza na metalni vrski. No i pokraj toa, jasno e deka do spojuvawe so ladno zavaruvawe pod pritisok se doa|a pri nadminuvawe na kriti~nite plasti~ni deformacii vo edna nasoka na zavaruvanite materijali. Deformaciite vo drugite dve nasoki se ograni~eni i dosta pomali. So plasti~noto deformirawe se naru{uva energetskata ramnoteà vo deformiranata kristalna re{etka na materijalot. Doa|a do pomestuvawe na atomite vo cvrsta sostojba t.e. difuzija i rekristalizacija.

Uredite za ladno zavaruvawe pod pritisok moè da bidat ra~ni i ma{inski so mehani~ki ili hidrauli~en pogon . Ra~nite uredi za zavaruvawe se koristat za rabota na teren, i so niv se zavaruvaat provodnici so pomali dijametri (do 5 mm), dodeka ma{inskite naj~esto se upotrebuvaat vo pogon i za pogolemi dijametri.

3.5 Ladno zavaruvawe na elektri~nite provodnici od Cu so Al i karakteristiki na dobieniot spoj

So ladnoto zavaruvawe pod pritisok moè da se realiziraat ~elni, preklopni i kombinirani spoevi. êlno naj~esto se spojuvaat elektri~nite polni sprovodnici, dodeka preklopno naj~esto se spojuvaat folii i folii so ìci.

Vo [19] zavaruvawata se vr{eni so ra~en i ma{inski-hidrauli~en ured za zavaruvawe, pri {to so ra~niot ured zavaruvano e so ednokratno dejstvo, a so ma{inskiot so pove}ekratno dejstvo. Vr{eni se metalografski ispituvawa na zavareniot spoj i analiza na difuznata oblast vo zavisnost od eksploatacionata temperatura i vremeto. Utvrdena e promena na {iro~inata na difuznata oblast od 5x10-3mm neposredno po zavaruvaweto, do 38x10-3mm po ~etiri meseci eksploatacija na 65 oS. Dadeni se sporedbi

P21-09 7/13

na zavarenite aluminiumski sprovodnici so ednokratno i pove}ekratno dejstvo na silata na pritisok. Na zavarenite spoevi vr{eno e i mehani~ko ispituvawe na kinewe. Spored standardite ASTM predvideno e zavareniot spoj da ima sila na kinewe od 95% od silata na kinewe na osnovnite materijali EC 5005 Al. Vo konkretniot slu~aj izmereni se sili od 92% do 100% od silata na kinewe na osnovnite materijali EC 5005 Al.

Vo [34] dadena e informacija za zavaruvaweto na elektri~ni sprovodnici od Cu so Al so golemi popre~ni preseci. Pritoa Al sprovodnikot najprvo se platira so tenok sloj od Cu, a potoa se vr{i spojuvaweto so ladno zavaruvawe pod pritisok. Pred platiraweto i pred samoto zavaruvawe vr{eno e mehani~ko ~istewe na povr{inite so rotira~ki ~eli~ni ~etki. Informacii za ispituvawata za utvrduvawe na kvalitetot na zavareniot spoj ne se dadeni. Germanskiot Institut za bakar DKI, vo svoeto izdanie [35] analiziraj}i go zavaruvaweto na bakarot i negovite leguri, dava informacii i za ~elnoto ladno zavaruvawe pod pritisok. Naglaseno e deka pri eksploatacija na temperaturi povisoki od 175 oS, poradi zgolemenata difuzija doa|a do sozdavawe na intermetalni soedinenija, koi gi menuvaat mehani~kite i elektri~nite karakteristiki na spojot. Izneseni se prakti~ni iskustva za zavaruvaweto so ra~en i ma{inski ured. Zavaruvaweto so ra~en ured se vr{i na sprovodnici so dijametar od 0,3 mm do 3,2 mm, a so ma{inski ured na sprovodnici so dijametar od 3,2 mm do 8 mm.

Vo [36] izneseni se rezultati od preklopnoto to~kesto spojuvawe na ladno pod pritisok na plosnati elektri~ni sprovodnici od Al-Al i Cu-Al za tramvai. Od izvr{enite elektri~ni i mehani~ki ispituvawa utvrden e zadovolitelen kvalitet na dobienite spoevi. A. Stefanesku vo trudovite [37,38,39] iznesuva pove}e prakti~ni iskustva za ladnoto zavaruvawe pod pritisok na Cu-Cu, Al-Al i Cu-Al. Davaj}i opis na pove}e prakti~ni primeri, kako {to se: spojuvawe na sprovodnici, folii, profili;; vr{i i ocenka na kvalitetot na izvedenite spoevi preku sprovedenite mehani~ki ispituvawa na kinewe, torzija i svitkuvawe. Osobeno e interesna analizata na elektri~en sprovodnik od Cu so dolìna od 40 km na koj ima 2500 zavari. Za nekoi konkretni primeri dadena e i sporedba so zavaruvaweto so elektri~na otpornost, pri {to vo site slu~ai se potencirani prednostite na ladnoto zavaruvawe pod pritisok.

Knap vo trudovite [40,41] iznesuva komparativni rezultati od ispituvawata na spoenite elektri~ni sprovodnici so isti dimenzii od Cu-Cu, Al-Al i Cu-Al so lemewe, elektrootporno zavaruvawe i ~elno ladno zavaruvawe pod pritisok. Kvalitetot na spoevite e utvrden so ispituvawe na kinewe i merewe na elektri~nata sprovodlivost. Kaj spoevite izvedeni so ~elno ladno zavaruvawe pod pritisok izmerena e za 5% pogolema elektri~na sprovodlivost vo sporedba so zalemenite i elektrootporno zavarenite spoevi. êlnoto ladno zavaruvawe pod pritisok realizirano e so ra~en ured so pove}ekratno dejstvo.

Vo trudot [42] izneseni se rezultati od ispituvawata na elektrootporno i ~elno ladno pod pritisok zavareni elektri~ni sprovodnici od Cu i Al. Zavaruvawata vr{eni se vo vozduh i vo vakuum, pri {to i vo dvata slu~ai kvalitetot na ~elno ladno zavarenite spoevi po pritisok, utvrden preku silata na kinewe na zavareniot spoj, e pogolem vo sporedba so elektrootporno zavarenite spoevi.

W. E. Good vo [44] go opi{uva detalno ~elnoto ladno zavaruvawe pod pritisok na elektri~nite provodnici od Cu i Al. Naglasuvaj}i gi prednostite na ovaa postapka na spojuvawe vo sporedba so drugite postapki, gi definira i mehani~kite ispituvawa za utvrduvawe na kvalitetot na zavareniot spoj.Vo [45] izneseni se rezultati od ladnoto preklopno zavaruvawe pod pritisok na ìci od Cu so dijametar od 0,1 do 0,5 mm so plo~ka od Al. Na zavareniot spoj vr{eni se mehani~ki i elektri~ni ispituvawa, pri {to e utvrdena visoka cvrstina i mala elektri~na otpornost na spojot kako i kaj osnovnite materijali.

N. Bay vo [46] iznesuva prakti~ni iskustva od ~elno ladno zavaruvawe pod pritisok na ìci od Cu-Cu, Al-Al i Cu-Al, kako i preklopni spoevi pome|u Al-Fe, Al-Ti i

P21-09 8/13

Cu-Al folii. Vr{ena e analiza na vlijanieto na sostojbata na povr{inite koi se spojuvaat vrz kvalitetot, silata na kinewe na zavarenite spoevi.

Vo [47] W. Bayer vr{i sporedba na ~elno i preklopno ladno zavarenite spoevi na ìci od Al i Cu so spoevite realizirani so zategnuvawe so zavrtki i navrtki i so lemewe. Pri analizata utvrdeni se prednostite na ladnoto zavaruvawe pod pritisok vo sporedba so drugite na~ini na spojuvawe. 4 EKSPRIMENTALNI ISTRA@UVAWA ZA DOBIVAWE NA Cu – Al SPOJ 4.1 Oprema i tehnologija na zavaruvawe

Za celite na ova istraùvawe primerocite od bakar i aluminium se zavaruvani na aparati za ladno ~elno zavaruvawe so upotreba na matrici za ~elno zavaruvawe.Ovie aparati obezbeduvaat dostigawe na pritisok na zbivawe na ìcite pri zavaruvaweto do 1500 N/mm2 na bakar i 900 N/mm2 na aluminium. Primerocite od bakar i aluminium so dijametar od φ2,5450 mm i φ2,2450mm, se zavaruvani na aparat M 101 (sl.4) . a so dijametar od 1.365mm so M30 (sl.5)

Sl. 4 Sl. 5 Matricite za zavaruvawe se prikaàni na Sl. 6 i 7

Sl.6 Sl.7

Fazite na zbivawe se dadeni na Sl.8 i 9

Sl.8 Sl.9 Prikaz na zavarenite probi po ciklusi e pretstaven na Sl.10:

P21-09 9/13

Sl. 10 4.2 Ispituvawa na zavarenite probi od bakar i aluminium

Na zavarenite probi od bakar i aluminium izvr{eni se slednite ispituvawa: 4.2.1 Mehani~ki

Ispituvawata na dijametrite na vleznite i na izvle~enite materijali od bakar i aluminium, se izvr{eni na mikrometar Urbanec Fm10 ,(sl.11).

Sl.11

Ispituvawata na silata na kinewe, cvrstinata na prekin i izdolùva-weto se izvr{eni na dinamometar : TINIUS OLSEN CAPTUM,(sl.12).

a) b)

Sl.12 4.2.2 Tehnolo{ki ispituvawa na plasti~na deformacija so izvlekuvawe

Ispituvawata se izvr{eni na ma{ina za priprema na izvlekuvawe na bakarni i aluminiumski sprovodnici. 4.2.3 Metalografski

Ispituvawata na primeroci pred i po nagrizuvaweto, se analizirani i fotografirani so svetlosni mikroskopi: Stereo Wild Heerbrugg Leica MPS 32 (sl.13).

a) b)

Sl. 13

P21-09 10/13

Metalografskite ispituvawa na mikrostrukturata i na mikrohemiskiot sostav se vr{eni so raster elektronski mikroskop S-2700 Quantum Widow Serial No 408.30A „KEVEX“ (SL.14).

Sl.14

Ispituvawata na mikrotvrdosta vr{eni se so ured Leica-MD 4000E koj e povrzan so smeta~ (sl.15).

Sl. 15

4.2.4 Elektri~ni. Ispituvawata na elektri~nata otpornost se izvr{eni na Kelvinov most BIDDLE

72–439,Sl.15.

Sl.14

Rezultatite od ispituvawata dadeni se vo trudot[52 ]

5.ZAKLUÔK Pove}eì~enite provodnici, pojaèni elektri~ni provodnici naj~esto se

spojuvaat so ~elno elektrootporno zavruvawe so ili bez iskrewe. Ednoì~enite, polni elektri~ni provodnici naj~esto se spojuvaat so ~elno i

mnogu poretko so preklopno ladno zavaruvawe pod pritisok. Postapkite na ladno zavaruvawe so: triewe, ultrazvuk, difuzno i eksplozija, poradi ograni~enosta na primenata samo vo pogonski rabotni uslovi, a ne i na teren i poradi sloènata oprema za zavaruvawe {to ja namaluva produktivnosta, se upotrebuvaat poretko. Druga pri~ina za pomalata primena na ovie postapki e opasnosta od pojava na intermetalni soedinenija i fazi vo cvrsta sostojba poradi zagrevaweto na povisoki temperaturi vo procesot na

P21-09 11/13

spojuvawe vo zonata na varot, {to ne e slu~aj kaj ladnoto zavaruvawe pod pritisok, koe se izveduva bez predgrevawe i na sobna temperatura.

Kvaliteten spoj so ~elnoto ladno zavaruvawe pod pritisok se postignuva podednakvo vo rabotni uslovi vo pogon ili na teren.

Utvrduvaweto na kvalitetot na ~elno ladno zavarenite elektri~ni provodnici pod pritisok od Cu-Cu, Al-Al i Cu-Al naj~esto se vr{i vrz osnova na mehani~ki ispituvawa (na zategnuvawe, kinewe, uvrtuvawe i svitkuvawe), a mnogu retko vrz osnova na elektri~ni ispituvawa (merewe na elektri~niot otpor) .

Za mehani~kite ispituvawa obi~no se koristat voobi~aeni uredi i standardni postapki, pri {to ispituvanite epruveti se od tehni~ki vid.

Za elektri~nite ispituvawa na merewe na elektri~niot otpor, vo mal broj na slu~ai se dadeni i {emite na mernata instalacija, koi merni uredi i kade i kako se povrzani. Ova proizleguva od tamu {to ovie ispituvawa ne se standardizirani, pa sekoj avtor dava svoi objasnuvawa za izbranata merna {ema.

Ispituvawa vo eksploatacioni uslovi skoro i da ne se sproveduvani. Rezultati od ispituvawe na vlijanieto na rabotnata temperatura izneseni se vo (13;35;36;48;50), dodeka ispituvawa vo agresivni ekspoatacioni uslovi voop{to ne se publikuvani.

Metalografski ispituvawa na strukturata na zavareniot spoj i difuznite procesi vo istiot mnogu retko se vr{eni. Publikuvani se mal broj na rezultati od ispituvawata so svetlosen (11;13;21;27) i elektronski mikroskop (51).

LITERATURA [1] Balevski A: Metaloznanie, Tehnika, SofiÔ 1972 [2] Schuman H.: Metalografija, Tehni~ka kniga, Beograd, 1965 [3] NN: IT Prirucnik, VI, RAD Beograd, 1970 [4] NN: Kljuc za aluminium, Metalbiro Zagreb,1963 [5] NN: Zbornik radova, Savetovanje o energetskim kablima, Novi Sad 1971 [6] NN: Zbornik radova, Savetovanje o energetskim kablima, Zagreb 1969 [7] NN: Zbornik radova, Simpozij o energetskim kablima, Vrnjacka Banja 1978 [8] Anik. S; Dorn. L.:Metallphysikalische Vorgänge beim Schweißen von Alluminiumwerkstoffen Schweissen und Schneiden, 43/4/1991, S. 210-215 [9] Dorn. L: Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen,Schweissen und Schneiden, 40/4/19990, S. 170 [10] Anik. S; Dorn. L.:Metallphysikalische Vorgänge beim Schweißen von Kupferlegierungen Schweissen und Schneiden, 40/9/1988, S. 440-446 [11] Baljic. N; Semjan. V:Izrada bimetala Cu-Al zavarivanjem i njihova primena u elektronici Savetovanje, JSZ, Zagreb 1987, s. 73-78 [12] H. Manko:Solders and soldering,McGraw-Hill Book Company, New York, 1976, pp. 141-168 [13] Velikonja. M.: Eksperimentalno difuziono zavarivanje Al-legure sa Cu-legurom i bakrom Savetovanje, JSZ, Budva144- 146, 1976 [14] Moll. A.:Hinweise zum Schweißen von Kabeln und Sammelschienen aus Aluminium Schweissen und Schneiden, 9/7/1957, S. 362-364 [15] Grix H H :Die Schweißung von Fahrdrähten aus Kupfer Schweissen und Schneiden, 1/7/1949, S. 109- 114 [16] Vrucinic. G.:Utjecaj poroznosti na elektricnu vodljivost E-Al zavarenih spojeva Savetovanje, JSZ, Zagreb 1987, s.23-29 [17] Papadopulos. M; Smee.G.: Oil-filled aluminium cable conductor connections Welding and Metal Fabrication N2/1971, pp 63-65

P21-09 12/13

[18] I.Nasov:êlno elektrootporno zavaruvawe na Cu i Al provodnici Magisterska rabota, Ma{inski fakultet Skopje, 1981 godina [19] Öhlschläger, E.: Untersuchung zum Laserpunktschweißvorgang und zur Tragfähigkeit lasergeschweißter Metallverbindungen,Dissertation an der TU Berlin, 1986. [20] Dorn, L.; E. Stöber:Möglichkeiten der Verschweißbarkeit unterschiedlicher Werkstoffe mittels Wiederstandsschweiß,Forschungsvorhaben, TU Berlin, S.1-141, 1982 [21] Dorn, L.; Grutzeck, H.; Jafari, S.: Schweißen und Löten mit Festkörperlasern Springer-Verlag, 1992. [22] Dorn. L:Jaresversamlung in Tel Aviv, Kommission IV „ Sonderschweißverfahren S&S, 27/8, 1324, 1975 [23] Fleming. D.:5 Tagung „Schweißtechnik und Metallpüfung“ in Rumänien S&S, 18/7 ,327, 1966 [24] Schur. H.-J.;d’Angelo. R.: Untersuchungen zur wirtschaftlichen Andwndung des Kaltpreßschweißen S&S, 25/1,27,1973 [25] Gumm. P.:Untersuchen zur Weiterentwicklung des Kaltpreßschweißens Schweissen und Schneiden, 19/12/1967, S. 584- 585 [26] Kirsch. J. :Zur Kenntnis und Deutung der Vorgänge beim Kaltpreßschweißen von Metallen Schweissen und Schneiden, 18/5/1966, S. 241-242 [27] Hofman W.; Ruge. J:Neuere Versuche zur Kaltpreßschweißung Schweissen und Schneiden, 4/1952, S. 160s- 163s [28] NN:Schweisstechnische Studienreise in die UdSSR,S&S, 17/11, 579-580, 1965 [29] NN:Cold pressure welding method and machine,World Patent Application, 1990 [30] NN:Pressure welding wedged metal bars,Patent Application, UK, 1978 [31] NN:Method of joining wire of compound material,Britisch patent, 1975 [32] NN:Cold pressure welding ,Wire industry, No 41/1974, pp 1008 [33] SahackiŸ G.P.:TehnologiÔ svarki metallov v holodnom sostoÔnii, Naukova dumka, Kiev 1979 [34] Behnisch. H:Technik und Wissenschaft in der UdSSR,Schweissen und Schneiden, 32/8/1980, S. 294-29 [35] NN:Schweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, DKI Berlin 1978, S. 201-204 [36] Hrestak. M:Hladno spanje aluminiuma pritiskom,Savetovanje, JSZ, Budva 1976, s. 140-143 [37] Stefanescu. A.:Some practical experience with the cold pressure welding of copper Schweissen und Schneiden, Vol 25 No 1/1973, pp 14-17 [38] Stefanescu. A; Woyding. S:Repair of copper conducting wires by cold pressure welding Schweissen und Schneiden, Vol 20 No 11/1968, pp 588-590 [39] Stefanescu. A.:Entwicklung und industielle Anwendung des Kaltpreßschweißens Schweissen und Schneiden, 19/9/1967, S. 444-448 [40] Knap. I.: Andventages of cold pressure welding when joining overhead contact wires Draht Weld, No 1/1987, pp 7-3 [41] Knap. I.: Cold pressure welding when joining contact wires Wire World Int Vol 29 No3/1987, pp 63-65 [42] Gursky, P.:Cold pressure welding of solid and tube sections made of aluminium and copper DVS Berichte No 10/1981, S.22-23 [43] Petzow, G.:Metallographisches Ätzen,Berlin, Stuttgard, 1994, S. [44] Good. W. E.:Cold pressure of wire, Nonferrous Wire Handbook Vol. 2. Ch. 9/1981, pp 121-131 [45] Prancs A.:Cold shear welding of stratified materials,JOM-5, Helsindor Denemark, 1991, pp 246-248 [46] Bay. N.: Cold presure welding: Basic parameters and aplications,JOM -1, Denemark 1981, pp 9-12

P21-09 13/13

[47] Bayer. W.:Kaltpressschweissen- Verfahrensvarianten Elektropraktiker Vol 29 No 1/1975, pp 6-9 [48] Rischka. D.:Untersuchungen zum Bindemehanismus beim Kaltpreßschweißen ausgewählter Metalle Schweissen und Schneiden, 36/4/1984, S.182 [49] Leont. Ev. D.V; Gurskii.P. I.:The strenght of cold welded joints in copper and bronze trolloey wires Avtom. Svarka Vol 31 No 8/1978, pp 29-31 [50] Ruge. J; Kloss. G:The tensile strenght of cold pressure welded copper wires Metall, Vol 29 No 11/1975, pp 1138-1140 [51] Kearns. W. H.:Welding handbook, Volume 3,AWS 1984, pp 405-415 [52] I.Nasov:Analiza na karakteristikite na spoj pome|u bakaren i

aluminiumski provodnik dobien so ~elno ladno zavaruvawe pod pritisok,Treto sovetuvawe na Mako Sigre

Documents

U BAKARNI I ALUMINIUMSKI SPROVODNICI · 2001. 9. 27. · sprovodlivost, so visoka sposobnost za obrabotka so plasti~na deformacija i so visoki mehani~ki osobini, se najupotrebuvanite