CN1885685B - 耐裂缝腐蚀液体冷却的电枢杆夹具到线的连接及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及耐裂缝腐蚀液体冷却的电枢杆夹具到线的连接及相关方法。一种在电枢杆线封装和端部配件(16)之间的钎焊接点包括以排的阵列布置且形成线封装的多个线(18、20)；在端部配件中的腔(28)，多个线的自由端延伸通过开口(21)且容纳在腔中；以及相互连接多个线的自由端，以及连接到端部配件的内表面的基本没有磷的铜-银钎焊合金(26)。

Description

耐裂缝腐蚀液体冷却的电枢杆夹具到线的连接及相关方法

技术领域

本发明总的涉及发电机的制造，尤其是，涉及改进液压集管夹具或者配件和液体冷却的电枢杆之间的接点。

背景技术

大蒸汽涡轮发电机的电枢绕组通常是水冷却的。电枢绕组由通过铜或者不锈钢配件和水冷却的连接环在每端连接的半线圈或者电枢杆构成，以形成连续的液压回路。液压绕组回路通常通过提供电绝缘的塑料软管连接到入口和出口水歧管。歧管连接到定子水冷却系统，其冷却、过滤和去离子水，以及将水泵送回电枢绕组。电枢杆由以矩形束布置的矩形铜线构成。所有的线可以是空心的，或者束可以包括实心和空心线的混合物。这样，空心线具有用于传导冷却水的导管。钎焊合金将线相互连接，以及在电枢杆之一的每一端连接到水箱集管夹具。夹具的功能为输送水到空心线和从空心线收集水。夹具通过铜或者不锈钢配件连接到第二电枢杆，以形成绕组的完整的电枢线圈元件。

线之间以及线和夹具之间的钎焊接点必须在绕组的预期的寿命保持液压和电完整性。连接线和将线连接到夹具的钎焊合金或者填充金属目前为自熔铜磷合金，也称为BCuP合金。合金族通常包含3

-7重量百分比的磷。钎焊接点的表面经常暴露到去离子的、氧化的水环境。

明显的，在夹具到线的钎焊接点中支持裂缝腐蚀机制所需的因素为磷、铜、合适的腐蚀开始位置和水。如果消除了这些因素的任何一个，裂缝腐蚀不会出现。在一定的条件下，会出现包含磷的钎焊合金和连接铜线表面的腐蚀，特别是如果满足临界裂缝几何形状和裂缝水化学要求。如果接点表面包含任何表面裂缝、针孔或者在接点表面处或者附近的多孔性，以及如果在这些位置内发展了支持腐蚀的临界水化学条件，那么会开始腐蚀过程。腐蚀过程会通过钎焊接点进行，只要存在临界裂缝几何形状和水化学条件。另外，钎焊接点内的多孔性会加速总的外观腐蚀率。最后，腐蚀通道会导致通过整个有效钎焊接点长度的水泄漏，破坏夹具到线接点的液压完整性。

美国专利5796189披露了一种布置，其中，所有的线切割成相同的长度，且铜磷(BCuP)钎焊合金预先放置为与线的端部齐平。在空心线的端部上使用钎焊合金耐湿剂，以防止空心线的堵塞，以及在钎焊周期期间使用惰性清洗气体。使用耐湿剂，尽管有效地防止了空心线堵塞，但是可能导致线接合表面污染和差的有效钎焊接点长度。

2003年4月18日提交的最近的悬而未决的和共同拥有的专利申请序列号No.10/418296教示了使用延伸的空心线结合使用去氧化气体作为清洗气体。延伸的空心线消除了在空心线的端部上使用耐湿剂的需要，以及去氧化清洗气体在钎焊周期期间限制了氧化，在合金熔化前去氧化线表面和钎焊合金，以及改进了钎焊合金变湿和流动。然而，该实践继续使用包含磷的钎焊合金，因此，尽管由于表面开始位置的极大的减小或者在大多数情况下消除了，所以裂缝腐蚀的可能性大大最小化了，但是这种可能性仍然存在。

发明内容

本发明涉及液体冷却的电枢杆线封装到液压集管夹具的钎焊连接，其不容易开始裂缝腐蚀，以及涉及制造该连接的相关的方法。

通常，本发明提供了一种使用钎焊合金的无裂缝腐蚀的夹具到线的钎焊接点，该钎焊合金基本没有磷，这是已知的裂缝腐蚀机制的一个关键因素。基本没有磷的钎焊合金具有足够低的磷含量，使得不能形成易于裂缝腐蚀的包含磷的冶金阶段。通常，为了讨论的目的，具有小于500ppm(或者0.05重量百分比)的磷的合金被认为是基本没有磷的。好处是期望改进发电机的实用性和可靠性。

特别地，本发明使用了延伸的空心线(相对于实心线)，以避免在空心线的端部上的钎焊合金耐湿剂的需要。卷起的基本没有磷的铜-银钎焊合金的条放置在线的排之间，以及线和集管夹具的内表面之间。由铜或者其它合适的金属构成的另外的金属垫片可以放置在排之间，以辅助钎焊合金保持。为了进一步辅助钎焊合金保持，临时的难熔套筒可以在线到夹具界面处围绕线封装放置，以及使用弹簧加载的冷的夹子。在控制的气氛下在腔中钎焊接点，以避免需要钎焊焊剂。可选的，棒形的铜-银合金可以用于在钎焊过程期间将另外的填充金属加入钎焊接点。

钎焊接点可以制成为使得电枢杆的轴线在水平或者垂直定向。然而，垂直定向是优选的，因为其辅助接点中的合金保持，以及允许合金的块更容易预先放置在液压集管夹具内的组件的表面上，从而提供另外的填充金属源，其在表面上熔化和流动，以产生比在水平定向中的电枢杆可能的更厚的填充金属层。

铜-银合金可以包含一种或者多种其它元素，诸如锡、锌或者镍，其能够导致固态线和液态线修改，以适应特殊应用。在制造方法的不太优选的实施例中，在需要避免在具有受控气氛的腔中钎焊时，可以在空气或者诸如氮气或者氩气之类的惰性气体的气氛中，连同使用钎焊焊剂进行钎焊。

因此，一方面，本发明涉及一种在电枢杆线封装和端部配件之间的钎焊接点，其包括以排的阵列布置且形成线封装的多个实心线和多个空心线，多个空心线具有自由端，其轴向延伸超过实心线的相应的自由端；在端部配件中的腔，多个空心线的自由端和实心线的相应的自由端延伸通过开口且容纳在腔中；以及相互连接多个空心线的自由端和多个实心线的相应的自由端，以及连接到端部配件的内表面的基本没有磷的铜-银钎焊合金。

在另一方面，本发明涉及一种在电枢杆和端部配件之间的钎焊接点，其包括通过开口可到达的在端部配件中的腔；容纳在开口中且以排的阵列布置的实心和空心线的阵列；以及相互连接实心线和空心线，以及连接到端部配件的内表面的基本没有磷的铜-银钎焊合金，该钎焊合金覆盖实心线的自由端，但是使得空心线的自由端敞开和不被阻碍。

在还有一个方面，本发明涉及一种形成电枢杆和端部配件之间的钎焊接点的方法，其包括：a)在端部配件中的腔内定位多个空心线和多个实心线的端部，使得空心线的自由端轴向延伸超过实心线的自由端；以及b)围绕空心线和实心线端部以及在空心线和实心线端部之间预先放置基本没有磷的铜-银钎焊合金，使得钎焊合金不轴向延伸超过空心线的自由端。

在还有一个方面，本发明涉及一种电枢杆线封装和端部配件之间的钎焊接点，其包括以排的阵列布置且形成线封装的多个线；在端部配件中的腔，多个线的自由端延伸通过开口且容纳在腔中；以及相互连接多个线的自由端，以及连接到端部配件的内表面的基本没有磷的铜-银钎焊合金。

附图说明

图1是电枢杆和集管夹具组件的侧视图；

图2是沿着图3中的线2-2截取的根据本发明的典型实施例的集管夹具到线连接的侧部截面；

图3是图2中所示的连接的端视图；以及

图4是在排之间具有金属垫片的夹具到线连接的部分端视图。

具体实施方式

现在参考图1，用于典型的液体冷却的发电机的液体冷却的定子绕组包括多个电枢杆10(显示了一个)，其中间部分12适于通过在定子芯(没有显示)中的径向延伸的槽，在相对端分别终止于通常由诸如铜之类的导电材料形成的液压端部配件或者集管夹具14和16。入口软管(没有显示)将集管夹具14、16连接到入口或者出口冷却剂集管(也没有显示)。

也参考图2，电枢杆10分别由很多小的矩形实心和空心铜线18、20(图2)构成，其钎焊到集管夹具14、16的内部，如下进一步描述的。可以理解的，线18、20也可以由除了铜以外的金属构成，诸如铜镍合金或者不锈钢。由于夹具16、20是相同的，所以只详细描述夹具16。

如图2和3最好地看出，实心和空心铜线18、20以通常矩形的多排阵列并排且相互重叠地设置。该阵列可以通过装配在集管夹具的类似成形的“窗”切口内的侧部塞子22(图3)在液压端部配件或者集管夹具16内压缩。在定子杆内的线18、20的行或者排使用填充金属或者钎焊合金阻挡层26来相互钎焊，以及钎焊到端部配件的内表面24。钎焊合金26最好包括以卷起的条的形式的基本没有磷的铜-银合金。后者促进合金放置在线的排之间和线和端部配件或者集管夹具的内表面之间。

封装内的实心线18和空心线20的具体的结构可以改变。例如，根据在发电机运转期间杆设计为去除热量的性能，可以是实心线与空心线为1∶1的比例，直到例如6∶1的比例或者更高的比例。相反的，封装可以包含所有的空心线。在阵列内的实心线和空心线的布置也可以改变。因此，虽然在图2和3中显示了两排阵列，可以理解，四排和六排或者更多排是可能的。

空心线20的自由端轴向延伸超过实心线18的相应自由端，伸入开口腔或者歧管28中。实心线和空心线的长度差可以通过任何合适的方式来实现，包括使用专门的工具来弄短实心线。填充金属或者钎焊合金26预先放置在集管夹具16内，使得围绕空心线和实心线的封闭端，但是不延伸轴向超过空心线20。如图2最好的看出，钎焊合金阻挡层26沿着成阵列的线18、20的每一个的所有侧和在沿着成阵列的线18、20的每一个的所有侧之间轴向延伸，以及也覆盖实心线18的端部(或者接合面)，同时使空心线20的端部敞开和不被阻碍，以自由流动冷却剂通过空心线。

参考图4，示出了多排布置，显示了由铜或者其它合适金属构成的金属垫片30如何放置在排之间，以辅助钎焊合金保持。这些垫片30轴向延伸到大致与夹具的后壁齐平的位置。临时的难熔套筒(没有显示)可以在线到夹具界面处围绕线封装放置。此外，弹簧加载的冷的夹子(没有显示)可以用于进一步辅助钎焊合金保持。特别地，冷的夹子正好在夹具16后面围绕线应用，以在夹具内的线和夹具外的线之间建立温差。温差辅助将钎焊合金的流包含到夹具内的区域，即，其充分防止钎焊合金沿着线逸出夹具的后壁32。接点组件可以在受控的气氛下(例如，包含氮气、氢气和微量氧气的气体，或者100％氢气)在腔中钎焊，以避免焊剂的需要。如果需要，棒形的铜-银合金可以在钎焊过程期间用于将另外的填充金属加入钎焊接点。

当加热到其熔化温度，钎焊合金26流动且填充实心线和空心线18、20之间以及线和集管夹具的内表面24之间的空间，包括在线插入的集管夹具的开口处。在其熔化温度下，合金26保持足够的粘性，其大致不流到空心线20的自由端。换句话说，空心线20的延伸的长度提供了安全限度，使得过度的合金材料不会流到空心线的端部，排除了堵塞空心线中的冷却通道的可能性。

钎焊接点可以制成为使得电枢杆的轴线为水平定向或者垂直定向。垂直定向是优选的，因为其辅助接点中的合金保持，以及允许合金的块预先放置在液压集管夹具内的组件的表面上，从而提供另外的填充金属源，其在表面上熔化和流动，以导致比在水平定向中的电枢杆可能的更厚的填充金属层。

基本没有磷的铜-银合金可以包含一种或者多种其它元素，诸如锡、锌或者镍，其能够导致固态线和液态线修改，以适合应用。在制造方法的不太优选的实施例中，通过使用钎焊焊剂，可以在空气或者诸如氮气或者氩气之类的惰性气体的气氛中进行钎焊，以避免需要在具有受控气氛的腔中钎焊。

虽然结合当前认为是最实际和优选的实施例描述了本发明，但是可以理解，本发明不限于披露的实施例，相反，本发明意在覆盖包括在后附的权利要求书的精神和范围内的各种修改和等价的布置。

电枢杆                      10

中间部分                    12

端部配件或者集管夹具        14、16

线                          18、20

开口                        21

侧部塞子                    22

内表面                      24

填充金属或者钎焊合金阻挡层  26

开口腔或者歧管              28

金属垫片                    30

后壁                        32

Claims (20)

1.一种在电枢杆线封装和端部配件之间的钎焊接点，其包括：

以排的阵列布置且形成线封装的多个实心线和多个空心线，所述多个空心线具有自由端，其轴向延伸超过所述实心线的相应的自由端；

在端部配件中的腔，所述多个空心线的所述自由端和所述实心线的所述相应的自由端延伸通过所述端部配件中的开口且容纳在所述腔中；以及

相互连接所述多个空心线的所述自由端和所述多个实心线的所述相应的自由端，以及连接到所述端部配件的内表面的含有小于0.05重量百分比的磷的铜-银钎焊合金。

2.如权利要求1所述的钎焊接点，其特征在于，所述钎焊合金覆盖所述实心线的所述自由端。

3.如权利要求1所述的钎焊接点，进一步包括布置在所述排的阵列的一个或者多个排之间的金属垫片。

4.如权利要求3所述的钎焊接点，其特征在于，所述金属垫片由铜构成。

5.如权利要求1所述的钎焊接点，其特征在于，所述多个实心线和空心线由铜构成。

6.如权利要求1所述的钎焊接点，其特征在于，所述多个实心线由铜构成，和空心线由不锈钢构成。

7.一种电枢杆和端部配件之间的钎焊接点，其包括：

通过开口可到达的在端部配件中的腔；

容纳在所述开口中且以排的阵列布置的实心线和空心线的阵列；以及

相互连接所述实心线和空心线，以及连接到所述端部配件的内表面的含有小于0.05重量百分比的磷的铜-银钎焊合金，所述钎焊合金覆盖所述实心线的自由端，但是使得所述空心线的自由端敞开和不被阻碍。

8.如权利要求7所述的钎焊接点，进一步包括布置在所述排的阵列的一个或者多个排之间的金属垫片。

9.如权利要求8所述的钎焊接点，其特征在于，所述金属垫片由铜构成。

10.如权利要求7所述的钎焊接点，其特征在于，所述多个实心线和空心线由铜构成。

11.如权利要求7所述的钎焊接点，其特征在于，所述多个实心线由铜构成，并且空心线由不锈钢构成。

12.一种形成电枢杆和端部配件之间的钎焊接点的方法，其包括：

a)在端部配件中的腔内定位多个空心线和多个实心线的端部，使得所述空心线的自由端轴向延伸超过所述实心线的自由端；以及

b)围绕所述空心线和所述实心线的所述端部以及在所述空心线和所述实心线的所述端部之间预先放置含有小于0.05重量百分比的磷的铜-银钎焊合金，使得所述钎焊合金不轴向延伸超过所述空心线的所述自由端。

13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：

c)在受控气氛下在腔内将多个空心线和实心线钎焊到端部配件。

14.如权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述排的至少一些之间添加金属垫片。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述垫片由铜构成。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个实心线和空心线由铜构成。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述多个实心线由铜构成，和空心线由不锈钢构成。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述气体包括氮气、氢气和微量氧气，或100％氢气。

19.一种电枢杆线封装和端部配件之间的钎焊接点，其包括：

以排的阵列布置且形成线封装的多个线；

在端部配件中的腔，所述多个线的自由端延伸通过所述端部配件中的开口且容纳在所述腔中；以及

相互连接所述多个线的所述自由端，以及连接到所述端部配件的内表面的含有小于0.05重量百分比的磷的铜-银钎焊合金。

20.如权利要求19所述的钎焊接点，其特征在于，所述多个线全是空心线。

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