在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《輸變電設(shè)備用銅包鋁母線》DL/T247-2012中規(guī)定了銅鋁界面結(jié)合剪切強度不小于35MPa,這是Z低要求。通常固液復(fù)合的銅鋁復(fù)合母線在40MPa以上。如達到標(biāo)準(zhǔn)要求,在加工時,不會破壞銅鋁結(jié)合,在正常使用環(huán)境下,熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力也不會破壞銅鋁界面。
上海理工大學(xué)對HT-TLMY銅鋁復(fù)合母線做了0~200℃,100次熱循環(huán)試驗,測試了試驗前后界面剪切強度,熱循環(huán)后,界面結(jié)合強度不但沒有下降,而稍有提高,這是因為在這個溫度范圍內(nèi),消除了界面由于銅、鋁線脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力,同時也加強了銅鋁之間原子擴散(上海理工大學(xué)銅鋁復(fù)合母線技術(shù)研究報告)。
這說明在這個溫度范圍內(nèi)使用,熱脹冷縮應(yīng)力破壞不了銅鋁界面結(jié)合。在電控、配電設(shè)備中,正常使用溫度不會超出110℃.在短路瞬間,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的短路電流在4s之內(nèi)經(jīng)過試驗對銅鋁界面結(jié)合也沒有影響。
減小導(dǎo)電排兩支撐點之間的距離,增大導(dǎo)體截面,尤其是厚度,都可滿足動穩(wěn)定的要求。
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至于熱穩(wěn)定只與導(dǎo)體截面有關(guān),按經(jīng)濟電流密度選取截面S后,再校驗滿足熱穩(wěn)定的Z小截面都遠小于S.
在母線槽和低壓開關(guān)柜中,對不同額定電流規(guī)格的產(chǎn)品已做過30kA、50kA、65kA、80kA、100kA短路試驗,動熱穩(wěn)定都能滿足要求。
對于銅鋁復(fù)合導(dǎo)體,除了滿足溫升極限和動熱穩(wěn)定之外,還必須滿足使用要求和壽命要求,具體來說,在進行沖孔、剪切、折彎時銅鋁不分層,在使用環(huán)境下熱脹冷縮應(yīng)力不會破壞銅鋁之間的結(jié)合,銅鋁界面不會產(chǎn)生電化腐蝕等。這些問題都與銅鋁之間界面結(jié)合強度有關(guān),而界面結(jié)合強度與其制造工藝有直接關(guān)系,制造工藝方法不同,其界面結(jié)合強度不同。
銅和鋁在固態(tài)下復(fù)合,如包覆焊接工藝,軋制壓接工藝,穿套軋制工藝等都是用機械壓力將銅、鋁壓接在一起,通過壓力激活界面原子,形成原子鍵結(jié)合,再經(jīng)過熱處理擴散,使點結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼Y(jié)合,但這種擴散深度有限,復(fù)合層很薄,界面結(jié)合強度并不高。
銅和鋁固液熔合,即把液態(tài)的鋁澆鑄在固態(tài)的銅管中,通過銅、鋁接觸面上銅的熔化和銅與鋁之間的擴散實現(xiàn)復(fù)合,銅鋁界面形成一層較厚的復(fù)合層(約10多微米),達到較高的界面結(jié)合強度。