[发明专利]焊接铜的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及焊接铜例如铜导体段的端部的方法和设备。

背景技术

一种技术已在传统上用于焊接如由JIS(日本工业标准)规定的氧含量为10ppm以上的铜氧化物(韧铜)。在该技术中，将如氩气的惰性气体喷射到待焊接的铜氧化物部分以用喷射物覆盖该部分，因而喷射物为该部分提供针对氧的屏蔽。利用该屏蔽，防止铜被伴随焊接的热所氧化。

如J PA-A2001-054263所披露的那样，例如应用这种类型的焊接技术来焊接用于旋转电机的定子的铜导体段的端部。

在焊接铜的以上传统技术中，待焊接的铜氧化物部分覆有如上所述的惰性气体喷射物以进行焊接，正如应用于J PA-A2001-054263所披露的方法中那样。

然而，采用该焊接铜的技术，水分(如果包含于惰性气体中)被焊接的热(焊接热)分解并且分成氢和氧。

这两种元素中，如果氢(H)扩散进入熔融铜中，则其易于与铜氧化物(Cu₂O)中的氧(O)通过这些元素的性质结合，从而产生水(H₂O)，所产生的水进而蒸发生成湿气。

如果在熔融铜凝固之前不排出湿气，则湿气形成气孔，即空隙。

此外，如果如油之类的有机物质附着在铜氧化物的待焊接部分上，则由氢、氧和碳构成的有机物质会热分解产生碳。

然后放出的碳(C)与熔融铜中的氧(O)结合并且以二氧化碳(CO₂)的形式蒸发，再次导致气孔的形成。

铜氧化物的使用在待焊接部分形成大量气孔可能引起焊接强度劣化的问题。

参照图9A-9F的示意图，在下文中说明气孔在铜氧化物中形成的机制。

首先，如图9A所示，让我们假定在由例如钨制成的非消耗电极1和熔融铜池4之间产生电弧3。电极1具有产生电弧3的电弧产生部分。

电弧产生部分通过由电极1沿着其周边释放的保护气体2如氩气与空气屏蔽。保护气体2含有少量水分，同时空气中水分不知不觉地混入保护气体2的屏蔽空间内。

来自保护气体2和来自空气的水分被电弧3分解，产生了被吸入熔融铜池4中的氢5。

如图9B所示，氢5在熔融铜池4中形成气泡5a。然后，如图9C所示，在熔融铜池4的底部的熔融铜如附图标记6所示那样开始凝固。氢5在固相铜中的溶解度比在液相铜中的小。

相应地，如图9D所示，氢气泡5a通过凝固边界6a被排入液相铜中，通过熔融铜池4向上漂浮并被排放到外部。

然后，如图9E所示，熔融铜池4中的凝固6进行。同时，不能足够快速排放到外部的氢气泡5a保持在熔融铜池4内，形成如图9F所示的气孔7。

图9F示出熔融铜池4中的凝固6已经完全实现同时其内形成有气孔7的状态。

图10是说明如铝(A1)和铜(Cu)的各种金属原子的摩尔分数与温度(K)之间的关系的图。如图中线L3所示，当铝(或铝合金)凝固时，氢溶解度大幅下降。已知的是，由这种凝固产生的氢气形成气孔。

另一方面，如图中线L4所示，铜在凝固时具有低的氢溶解度，因此如果气孔随着氢气的放出而形成，则不会导致任何问题。

然而，在铜含有氧(铜氧化物(Cu₂O))的情况下，熔进熔融铜中的氢(H)或碳(C)与上述铜氧化物(Cu₂O)中的氧(O)结合，产生湿气(H₂O)或二氧化碳(CO₂)，这最终形成气孔并且成问题地降低焊接强度。

发明内容

本发明是根据上述形势进行的，其目的是提供焊接铜的方法和设备，该方法和设备能够在焊接铜时抑制在铜的待焊接部分中形成气孔以提高焊接强度。

在根据第一方面的焊接铜的方法中，所述焊接铜的方法包括将惰性气体喷射到作为焊接对象的铜上以用惰性气体覆盖铜上的待焊接部分，以及进行放电以焊接待焊接的部分的步骤。

覆盖待焊接部分的惰性气体进行去除惰性气体中所含水分的除湿过程。

采用该方法，惰性气体被除湿，随后从气体喷射装置喷射到铜的待焊接部分(下文中也称作“焊接部分”)。

因而，如果除湿后存在残余水分，则当残余水分由焊接热分解成氢和氧时，氢的量将减少。

水分量也将相应地减少，所述水是由焊接部分处铜氧化物中所含的氧与所分解的氢结合产生的。

因此，当焊接热使该减少量的水蒸发时，所形成的气孔的数目也将减少。

结果是，在焊接铜时抑制了气孔在铜的焊接部分中形成，从而提高焊接强度。

在根据第二方面的焊接铜的方法中，除湿过程对惰性气体除湿。