鋁線電機(jī)關(guān)鍵質(zhì)量控制工藝分析及改進(jìn)

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

近年來(lái)，受銅價(jià)不斷上漲和節(jié)能減排政策的影響，電機(jī)繞組“鋁代銅”的發(fā)展趨勢(shì)將越來(lái)越顯著，鋁漆包線因材料成本優(yōu)勢(shì)在電機(jī)行業(yè)已占有不可替代的地位。但由于鋁線具有機(jī)械性能差及在空氣中極易氧化等特點(diǎn)，大家對(duì)鋁線的壽命可靠性存有較大疑慮。真可謂：銅也憂，鋁也憂。

1 鋁線繞組存在不足

（1）電阻率較大、溫升相對(duì)高。鋁導(dǎo)線的電阻率是銅導(dǎo)線的1.582倍，因此用鋁線或銅包鋁線，其缺點(diǎn)是溫升高，對(duì)有些電機(jī)其振動(dòng)會(huì)變大，最終導(dǎo)致電機(jī)壽命短。

（2）機(jī)械性能差別。硬度比銅線小、易傷，如產(chǎn)生小缺口又會(huì)產(chǎn)生氧化，運(yùn)轉(zhuǎn)容易過(guò)熱燒斷；漆皮附著力比銅線差，折幾下易脫漆皮、產(chǎn)生匝間不良；抗拉強(qiáng)度小，機(jī)器繞線時(shí)易斷易損易拉細(xì)。

（3）接頭焊接困難。鋁的耐腐蝕性不好且金屬鋁極其活波、容易氧化，尤其高溫下會(huì)生成三氧化二鋁導(dǎo)致上錫困難，接頭或焊接處電阻變大甚至過(guò)熱燒斷。

2 鋁線電機(jī)設(shè)計(jì)方案合理性

銅改鋁漆包線，需保證鋁線電機(jī)溫升與銅線電機(jī)水平相當(dāng)，按照電阻率比把鋁線的線徑加大（鋁線電阻接近銅線電阻）。在同等溫度下，鋁線截面積需為銅線1.58倍，即鋁線線徑為銅線1.27倍。

導(dǎo)體線徑增大，在一定程度上增大了電機(jī)繞組的槽滿率，考慮控制槽滿率問(wèn)題則需要重新設(shè)計(jì)電機(jī)沖片、加大槽型，但直接加大槽型會(huì)導(dǎo)致鐵心磁力流通面積減小。因此，一般同步采用增加鐵心疊高或加大整個(gè)鐵芯面積或采用高磁感應(yīng)的硅鋼片，減少勵(lì)磁電流的辦法來(lái)解決。

上述的一系列連鎖變化，是電機(jī)銅線改鋁線的技術(shù)關(guān)鍵所在。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，鋁線在溫升、電流、能效等各個(gè)方面都不會(huì)比銅線差，但前提是要增加鐵的用量。另外，電機(jī)改鋁線設(shè)計(jì)僅適用于原來(lái)的銅線電機(jī)設(shè)計(jì)還有余量的情況，并要求電機(jī)設(shè)計(jì)鋁線溫升不能使用到F級(jí)以上[1]。

3 鋁線電機(jī)關(guān)鍵生產(chǎn)工藝

要消除鋁線電機(jī)在使用過(guò)程中過(guò)早失效問(wèn)題，接頭連接工序最為關(guān)鍵。相對(duì)于銅，鋁非常容易氧化，焊接非常困難，銅線和鋁線不宜直接連接，原因包括：銅鋁金屬連接后通電會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋁線逐漸被氧化；銅、鋁電阻率不同，通過(guò)相同電流時(shí)鋁線發(fā)熱量大于銅線，接頭處易接觸不良故障；銅、鋁線硬度不同，直接連接的結(jié)合力差，導(dǎo)線受力較大時(shí)容易從連接處斷開。所以鋁漆包線焊接必須采用鋁漆包線專用焊錫材料及工藝，具體可分為兩個(gè)過(guò)程論述。

（1）脫漆工序：普遍的是用高溫錫燙，燙完后鋁線就發(fā)黃變黑，無(wú)法焊錫；也有機(jī)械打磨脫漆的，脫漆后鋁線線徑損傷，同時(shí)鋁線表面變黑氧化，極難上錫。本文從漆包線類型陳述兩種脫漆皮方法。

第1種：化學(xué)脫漆粉脫漆（適用于QZ漆包線）

①脫漆爐溫度控制在350-380℃，時(shí)間2-3S（指深入脫漆液面的操作時(shí)間），脫漆長(zhǎng)度控制在35-45mm；②使用鋁線專用清洗劑清理，清洗浸泡時(shí)間3s以上，浸泡過(guò)程中需在清洗液內(nèi)輕微晃動(dòng)1-2次，并使用純棉抹布將清洗劑擦干凈；③脫漆與纏線崗位之間只允許預(yù)留3臺(tái)定子，當(dāng)班必須確保脫漆后定子焊點(diǎn)熱縮完畢方可離開；④測(cè)試清洗液、助焊劑、脫漆粉PH值，并做好記錄。

第2種：直焊型脫漆（適用于QA漆包線）

A使用焊錫爐高溫進(jìn)行脫漆，脫漆溫度420-450℃，脫漆時(shí)間2-3S,單次脫漆抽頭線數(shù)量≤4根。脫完后直接用干凈的進(jìn)行擦拭干凈；②物料要求：脫漆粉、清洗劑必須使用鋁線專用廠家物料。

（2）焊接工序：目前國(guó)內(nèi)有用端子鉚接、用焊錫絲焊接、銅引線把鋁線包住再焊接等方式。端子鉚接的方式，鋁線氧化很快，另外銅鋁電位相差大，通電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，連接點(diǎn)電阻會(huì)逐漸變大，溫升變高，最終導(dǎo)致不通電。焊錫絲焊接的方式，電烙鐵的溫度不可能很大，很容易產(chǎn)生堆焊假焊問(wèn)題，另外助焊劑沒(méi)有辦法短時(shí)間汽化掉，焊點(diǎn)里面會(huì)有很多炭化助焊劑殘留，也不可靠。鋁線多折容易折斷和脫漆，所以鋁線線頭連接盡量不打折彎。由于易氧化，鋁線的接頭焊接和防護(hù)成了行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。目前，鋁線線頭連接工藝較為成熟的有以下4種：①刺破型的壓接：已經(jīng)開發(fā)出了大壓力的刺破型壓接端子來(lái)解決傳導(dǎo)和氧化問(wèn)題。這種連接方式只能在φ1.0mm以上鋁線電機(jī)上使用，實(shí)際上壽命還是比銅線要短。鋁線與銅引線接觸長(zhǎng)度和面積要比傳統(tǒng)單純銅線大些，保證在5mm以上[2]。②刮漆皮+銅引線鉚接：使用脫漆機(jī)效率高，但由于鋼絲刷輪高速摩擦，脫漆后線徑損傷，同時(shí)鋁線表面易變黑易氧化難上錫，生產(chǎn)控制難度大。端子鉚接后還要套上熱縮管，隔絕空氣，防止氧化。③刮漆皮+銅引線鉚接后鍍錫：采用脫漆機(jī)去漆皮，與銅引線在銅帶機(jī)鉚接一次后，用沾鋁焊劑鋁焊條在浸錫爐上浸錫，套一熱縮管熱縮即可。浸錫爐上浸錫的優(yōu)點(diǎn)是：比電烙鐵的溫度高且均勻穩(wěn)定，焊錫均勻滲透性強(qiáng)。另外，鋁助焊劑成分多易炭化，在錫爐中析出，不會(huì)在焊點(diǎn)處殘留。④去漆皮+銅引線后浸錫再封膠：去漆皮工藝采用的是漆包線專用脫漆粉（見(jiàn)前文述兩種脫漆皮方法），在不銹鋼爐中將其溶化，鋁線接頭處浸在溶液中，大概2s-3s就可脫漆，用濕布揩干凈，去漆后既干凈又不傷線。接銅引線是直接纏繞后用沾鋁焊劑鋁焊條在浸錫爐中浸錫，再用高收縮比的帶膠雙層熱縮管，里面層有硅膠，完全杜絕氧化的問(wèn)題。此工藝是最合理可靠的，值得推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

從能源、成本、工藝等方面來(lái)講銅線電機(jī)向鋁線電機(jī)轉(zhuǎn)變是一個(gè)可行性的方案。但銅線改鋁線不是簡(jiǎn)單的替代，需要有理論上的計(jì)算和關(guān)鍵工藝上的支持，更要加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量管理，才能有效解決鋁線電機(jī)存在的溫升、效率、槽滿率、壽命、工藝以及接頭故障等方面的問(wèn)題。