一种密封接触器密封钎焊工艺技术研究

一种密封接触器密封钎焊工艺技术研究

周成龙 朱志强 程蕾 陈哲 焦阳

陕西群力电工有限责任公司 陕西省宝鸡市 721300

摘要：由于密封接触器的主要特点是负载大（额定负载在50A～400A），环境适用性好，因此被广泛的用于航空、兵器等领域强功率负载的切换电路中。同时在使用过程中，为保证密封接触器安装后使用的可靠性和电气绝缘性，密封接触器引出端在采用螺柱式安装时，引出端与底板间会使用陶瓷管提高绝缘性能。本文以某密封型接触器产品研制过程中对引出端、陶瓷管、底板、外壳的密封钎焊设计及工艺研究为例，对接触器密封钎焊技术解决方案进行说明。

关键词：密封接触器；钎焊工艺；连接可靠性；电气绝缘性

一、问题描述

1、结构简述

现有某密封型接触器，该产品底板部分由触点、引出端、陶瓷管、底板四种零件焊接而成（如图1所示），触点与铜引出端钎焊连接，陶瓷管分别与引出端、底板钎焊连接，底板和外壳采用锡封。

图1 底板部分焊接示意图

2、原设计方案

底板和外壳材料均为铝材（板6061）、引出端为纯铜（T2）材料，触点材料为AgCdO15；先将引出端与陶瓷管钎焊连接（焊料为BAg72Cu），然后将触点钎焊在引出端上（焊料HP521），形成引出端部分，最后使用高温焊膏（OM338）将引出端部分钎焊在底板上，其焊接工艺流程如图2所示。

图2 底板部分焊接流程示意图

3、出现问题：

① 纯铜引出端发生退火现象，引出端强度降低（歪斜、滑丝），无法满足产品性能要求。

② 陶瓷管松动、脱落等现象，并且铝底板与外壳锡封后密封性较差。

结合该产品结构特点，既要保证焊接的牢靠性、电气连接绝缘性，又要保证引出端强度及产品的密封性，因此如何改进接触器底板部分的设计及钎焊工艺，提高底板与陶瓷管焊接可靠性、底板与外壳之间密封性成为当务之急。

2. 原因分析

① 引出端初始设计材料为纯铜（T2），退火温度：550℃~650℃，引出端与陶瓷管使用BTU炉高温钎焊，焊接温度在780℃~830℃，造成铜引出端发生退火现象。

② 为了便于焊接铝底板与铝外壳表面均进行电镀处理Ni3 Sn60-Pb7f，铝底板与陶瓷管采用高温焊膏焊接，焊接温度在280℃~300℃；铝底板与铝外壳采用锡封密封，封接温度350℃±10℃；由于铝材热传导性能好，并且被焊零件散热面积大，为了使焊锡在焊件之间填充均匀，因此底板与外壳锡封搭焊时间较长；在焊接过程中通过铝底板的热传导作用，底板与陶瓷绝缘子钎焊部位出现焊膏软化，造成陶瓷管松动、脱落和底板与外壳密封性较差等现象。

三、改进方案

通过对失效产品的讨论和分析，重新制定设计及工艺方案，具体方案如下。

方案一：通过改进钎焊工艺，制定合适的低温钎焊工艺，保证在底座（铝板6061）与引出端（铜棒T2）、底座与外壳之间的钎焊牢固性、可靠性、密封性的同时，铝、铜等材料不会发生退火，满足产品性能。

方案二：通过设计改进及钎焊工艺的调整，提高底板与陶瓷管、外壳等零件间的可焊性，保证焊件之间钎焊的牢固性、可靠性、密封性，满足产品性能。

四、实施过程：

1、方案一的实施过程：使用低温焊料钎焊底板部分

① 我们首先将该产品引出端与触点使用大功率交流钎焊机焊接，形成引出端组件，焊接温度在550℃~650℃。

② 铝底板与铝外壳表面镀层均Ni3Sn60-Pb7f，使用焊料Sn10Pb88Ag2将引出端组件、陶瓷管钎焊在底板上。该焊料熔点为270℃~290℃，焊接炉温度应控制在330℃~370℃之间。该焊料的优点：软化温度与熔点非常接（即温度未达到270℃时，该焊料不会出现软化现象）。

图3 底板部分焊接流程示意图（方案一）

③ 观察焊接后的底板部分，出现焊件氧化、浸润性差、焊接不牢靠等现象，焊接效果不理想；并且由于该焊料Sn10Pb88Ag2熔点为270℃~290℃，与外壳封接温区（350℃±10℃）较近，底板与外壳锡封过程中，由于铝底板的热传导性能良好，底板与陶瓷绝缘子钎焊部位依然有焊料软化、陶瓷管松动、脱落等隐患，因此该方案淘汰。

2、方案二的实施过程：

① 将底板材料更换为定膨胀封接铁镍钴合金4J33，表面镀层Ni5，外壳仍采用铝材，表面镀层为Ni3Sn60-Pb7f，引出端材料改为无氧铜TU1，引出端、底板与陶瓷管真空钎焊连接。将引出端、底板与陶瓷管真空钎焊连接，然后再将触点逐一焊接在引出端上，焊接流程图见图4。

② 使用快速冷却真空钎焊炉完成真空钎焊试制，钎焊温度840℃，保温时间15min，真空度5.0×10^-2~2.0×10^-1

Pa，充氮气保护，焊件之间焊料熔化均匀、浸润性好、焊接牢靠（如图5所示）。

图4 底板部分焊接流程示意图（方案二）

图5 底板部分真空钎焊 （方案二）

③ 锡封底板部分与外壳，焊锡填充均匀，浸润性好、焊接牢靠，测试密封性达到设计要求。

测试引出端拉力、扭矩符合设计要求，（M5引出端强度：拉力156±5N，扭矩2.3±0.5N.m；M3引出端强度：拉力22±1N，扭矩0.5±0.05N.m。）。对试件破坏性检验其焊接质量，焊接部位有明显金属转移，焊料与焊件浸润性较好，并且分布均匀。

五、试验验证

装配某型密封接触器50只，将改进后的底板部分装入，完成后随机抽取10只于进行了振动、冲击、电寿命、盐雾、湿热、密封等试验，未出现引出端歪斜、滑丝、松动、脱落等现象，且试验结束后各项参数测试合格，说明改进措施实施后可以满足产品性能的要求。

六、结束语

通过本次针对密封接触器底板部分钎焊工艺的研究和改进，根本解决了相同结构引出端歪斜、滑丝、脱落等问题，具有很好的应用和推广价值，取得了良好的效果。同时对低温、真空钎焊工艺的优缺点和使用条件也进行了有益的探索，积累了宝贵的经验，对今后在设计过程中选择合适的钎焊工艺提供了积极的理论和数据支持，有利于进一步优化密封接触器设计。

参考文献：

【1】《钎焊与陶瓷-金属封接》国防工业出版社。

【2】SJ287-1974《电磁继电器试验方法》。

个人简介：周成龙，1989年2月，男，汉，河南人，本科，工程师。研究方向:继电器、接触器设计及工艺研究。

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