專利名稱：耐裂縫腐蝕液體冷卻的電樞桿夾具到線的連接及相關方法
技術領域：
本發(fā)明總的涉及發(fā)電機的制造，尤其是，涉及改進液壓集管夾具或者配件和液體冷卻的電樞桿之間的接點。
背景技術：
大蒸汽渦輪發(fā)電機的電樞繞組通常是水冷卻的。電樞繞組由通過銅或者不銹鋼配件和水冷卻的連接環(huán)在每端連接的半線圈或者電樞桿構成，以形成連續(xù)的液壓回路。液壓繞組回路通常通過提供電絕緣的塑料軟管連接到入口和出口水歧管。歧管連接到定子水冷卻系統(tǒng)，其冷卻、過濾和去離子水，以及將水泵送回電樞繞組。電樞桿由以矩形束布置的矩形銅線構成。所有的線可以是空心的，或者束可以包括實心和空心線的混合物。這樣，空心線具有用于傳導冷卻水的導管。釬焊合金將線相互連接，以及在電樞桿之一的每一端連接到水箱集管夾具。夾具的功能為輸送水到空心線和從空心線收集水。夾具通過銅或者不銹鋼配件連接到第二電樞桿，以形成繞組的完整的電樞線圈元件。
線之間以及線和夾具之間的釬焊接點必須在繞組的預期的壽命保持液壓和電完整性。連接線和將線連接到夾具的釬焊合金或者填充金屬目前為自熔銅磷合金，也稱為BCuP合金。合金族通常包含3-7重量百分比的磷。釬焊接點的表面經(jīng)常暴露到去離子的、氧化的水環(huán)境。
明顯的，在夾具到線的釬焊接點中支持裂縫腐蝕機制所需的因素為磷、銅、合適的腐蝕開始位置和水。如果消除了這些因素的任何一個，裂縫腐蝕不會出現(xiàn)。在一定的條件下，會出現(xiàn)包含磷的釬焊合金和連接銅線表面的腐蝕，特別是如果滿足臨界裂縫幾何形狀和裂縫水化學要求。如果接點表面包含任何表面裂縫、針孔或者在接點表面處或者附近的多孔性，以及如果在這些位置內發(fā)展了支持腐蝕的臨界水化學條件，那么會開始腐蝕過程。腐蝕過程會通過釬焊接點進行，只要存在臨界裂縫幾何形狀和水化學條件。另外，釬焊接點內的多孔性會加速總的外觀腐蝕率。最后，腐蝕通道會導致通過整個有效釬焊接點長度的水泄漏，破壞夾具到線接點的液壓完整性。
美國專利5796189披露了一種布置，其中，所有的線切割成相同的長度，且銅磷(BCuP)釬焊合金預先放置為與線的端部齊平。在空心線的端部上使用釬焊合金耐濕劑，以防止空心線的堵塞，以及在釬焊周期期間使用惰性清洗氣體。使用耐濕劑，盡管有效地防止了空心線堵塞，但是可能導致線接合表面污染和差的有效釬焊接點長度。
2003年4月18日提交的最近的懸而未決的和共同擁有的專利申請序列號No.10/418296教示了使用延伸的空心線結合使用去氧化氣體作為清洗氣體。延伸的空心線消除了在空心線的端部上使用耐濕劑的需要，以及去氧化清洗氣體在釬焊周期期間限制了氧化，在合金熔化前去氧化線表面和釬焊合金，以及改進了釬焊合金變濕和流動。然而，該實踐繼續(xù)使用包含磷的釬焊合金，因此，盡管由于表面開始位置的極大的減小或者在大多數(shù)情況下消除了，所以裂縫腐蝕的可能性大大最小化了，但是這種可能性仍然存在。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及液體冷卻的電樞桿線封裝到液壓集管夾具的釬焊連接，其不容易開始裂縫腐蝕，以及涉及制造該連接的相關的方法。
通常，本發(fā)明提供了一種使用釬焊合金的無裂縫腐蝕的夾具到線的釬焊接點，該釬焊合金基本沒有磷，這是已知的裂縫腐蝕機制的一個關鍵因素?；緵]有磷的釬焊合金具有足夠低的磷含量，使得不能形成易于裂縫腐蝕的包含磷的冶金階段。通常，為了討論的目的，具有小于500ppm(或者0.05重量百分比)的磷的合金被認為是基本沒有磷的。好處是期望改進發(fā)電機的實用性和可靠性。
特別地，本發(fā)明使用了延伸的空心線(相對于實心線)，以避免在空心線的端部上的釬焊合金耐濕劑的需要。卷起的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金的條放置在線的排之間，以及線和集管夾具的內表面之間。由銅或者其它合適的金屬構成的另外的金屬墊片可以放置在排之間，以輔助釬焊合金保持。為了進一步輔助釬焊合金保持，臨時的難熔套筒可以在線到夾具界面處圍繞線封裝放置，以及使用彈簧加載的冷的夾子。在控制的氣氛下在腔中釬焊接點，以避免需要釬焊焊劑?？蛇x的，棒形的銅-銀合金可以用于在釬焊過程期間將另外的填充金屬加入釬焊接點。
釬焊接點可以制成為使得電樞桿的軸線在水平或者垂直定向。然而，垂直定向是優(yōu)選的，因為其輔助接點中的合金保持，以及允許合金的塊更容易預先放置在液壓集管夾具內的組件的表面上，從而提供另外的填充金屬源，其在表面上熔化和流動，以產(chǎn)生比在水平定向中的電樞桿可能的更厚的填充金屬層。
銅-銀合金可以包含一種或者多種其它元素，諸如錫、鋅或者鎳，其能夠導致固態(tài)線和液態(tài)線修改，以適應特殊應用。在制造方法的不太優(yōu)選的實施例中，在需要避免在具有受控氣氛的腔中釬焊時，可以在空氣或者諸如氮氣或者氬氣之類的惰性氣體的氣氛中，連同使用釬焊焊劑進行釬焊。
因此，一方面，本發(fā)明涉及一種在電樞桿線封裝和端部配件之間的釬焊接點，其包括以排的陣列布置且形成線封裝的多個實心線和多個空心線，多個空心線具有自由端，其軸向延伸超過實心線的相應的自由端；在端部配件中的腔，多個空心線的自由端和實心線的相應的自由端延伸通過開口且容納在腔中；以及相互連接多個空心線的自由端和多個實心線的相應的自由端，以及連接到端部配件的內表面的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種在電樞桿和端部配件之間的釬焊接點，其包括通過開口可到達的在端部配件中的腔；容納在開口中且以排的陣列布置的實心和空心線的陣列；以及相互連接實心線和空心線，以及連接到端部配件的內表面的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金，該釬焊合金覆蓋實心線的自由端，但是使得空心線的自由端敞開和不被阻礙。
在還有一個方面，本發(fā)明涉及一種形成電樞桿和端部配件之間的釬焊接點的方法，其包括a)在端部配件中的腔內定位多個空心線和多個實心線的端部，使得空心線的自由端軸向延伸超過實心線的自由端；以及b)圍繞空心線和實心線端部以及在空心線和實心線端部之間預先放置基本沒有磷的銅-銀釬焊合金，使得釬焊合金不軸向延伸超過空心線的自由端。
在還有一個方面，本發(fā)明涉及一種電樞桿線封裝和端部配件之間的釬焊接點，其包括以排的陣列布置且形成線封裝的多個線；在端部配件中的腔，多個線的自由端延伸通過開口且容納在腔中；以及相互連接多個線的自由端，以及連接到端部配件的內表面的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金。


圖1是電樞桿和集管夾具組件的側視圖；圖2是沿著圖3中的線2-2截取的根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的集管夾具到線連接的側部截面；圖3是圖2中所示的連接的端視圖；以及圖4是在排之間具有金屬墊片的夾具到線連接的部分端視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1，用于典型的液體冷卻的發(fā)電機的液體冷卻的定子繞組包括多個電樞桿10(顯示了一個)，其中間部分12適于通過在定子芯(沒有顯示)中的徑向延伸的槽，在相對端分別終止于通常由諸如銅之類的導電材料形成的液壓端部配件或者集管夾具14和16。入口軟管(沒有顯示)將集管夾具14、16連接到入口或者出口冷卻劑集管(也沒有顯示)。
也參考圖2，電樞桿10分別由很多小的矩形實心和空心銅線18、20(圖2)構成，其釬焊到集管夾具14、16的內部，如下進一步描述的?？梢岳斫獾模€18、20也可以由除了銅以外的金屬構成，諸如銅鎳合金或者不銹鋼。由于夾具16、20是相同的，所以只詳細描述夾具16。
如圖2和3最好地看出，實心和空心銅線18、20以通常矩形的多排陣列并排且相互重疊地設置。該陣列可以通過裝配在集管夾具的類似成形的“窗”切口內的側部塞子22(圖3)在液壓端部配件或者集管夾具16內壓縮。在定子桿內的線18、20的行或者排使用填充金屬或者釬焊合金阻擋層26來相互釬焊，以及釬焊到端部配件的內表面24。釬焊合金26最好包括以卷起的條的形式的基本沒有磷的銅-銀合金。后者促進合金放置在線的排之間和線和端部配件或者集管夾具的內表面之間。
封裝內的實心線18和空心線20的具體的結構可以改變。例如，根據(jù)在發(fā)電機運轉期間桿設計為去除熱量的性能，可以是實心線與空心線為1∶1的比例，直到例如6∶1的比例或者更高的比例。相反的，封裝可以包含所有的空心線。在陣列內的實心線和空心線的布置也可以改變。因此，雖然在圖2和3中顯示了兩排陣列，可以理解，四排和六排或者更多排是可能的。
空心線20的自由端軸向延伸超過實心線18的相應自由端，伸入開口腔或者歧管28中。實心線和空心線的長度差可以通過任何合適的方式來實現(xiàn)，包括使用專門的工具來弄短實心線。填充金屬或者釬焊合金26預先放置在集管夾具16內，使得圍繞空心線和實心線的封閉端，但是不延伸軸向超過空心線20。如圖2最好的看出，釬焊合金阻擋層26沿著成陣列的線18、20的每一個的所有側和在沿著成陣列的線18、20的每一個的所有側之間軸向延伸，以及也覆蓋實心線18的端部(或者接合面)，同時使空心線20的端部敞開和不被阻礙，以自由流動冷卻劑通過空心線。
參考圖4，示出了多排布置，顯示了由銅或者其它合適金屬構成的金屬墊片30如何放置在排之間，以輔助釬焊合金保持。這些墊片30軸向延伸到大致與夾具的后壁齊平的位置。臨時的難熔套筒(沒有顯示)可以在線到夾具界面處圍繞線封裝放置。此外，彈簧加載的冷的夾子(沒有顯示)可以用于進一步輔助釬焊合金保持。特別地，冷的夾子正好在夾具16后面圍繞線應用，以在夾具內的線和夾具外的線之間建立溫差。溫差輔助將釬焊合金的流包含到夾具內的區(qū)域，即，其充分防止釬焊合金沿著線逸出夾具的后壁32。接點組件可以在受控的氣氛下(例如，包含氮氣、氫氣和微量氧氣的氣體，或者100％氫氣)在腔中釬焊，以避免焊劑的需要。如果需要，棒形的銅-銀合金可以在釬焊過程期間用于將另外的填充金屬加入釬焊接點。
當加熱到其熔化溫度，釬焊合金26流動且填充實心線和空心線18、20之間以及線和集管夾具的內表面24之間的空間，包括在線插入的集管夾具的開口處。在其熔化溫度下，合金26保持足夠的粘性，其大致不流到空心線20的自由端。換句話說，空心線20的延伸的長度提供了安全限度，使得過度的合金材料不會流到空心線的端部，排除了堵塞空心線中的冷卻通道的可能性。
釬焊接點可以制成為使得電樞桿的軸線為水平定向或者垂直定向。垂直定向是優(yōu)選的，因為其輔助接點中的合金保持，以及允許合金的塊預先放置在液壓集管夾具內的組件的表面上，從而提供另外的填充金屬源，其在表面上熔化和流動，以導致比在水平定向中的電樞桿可能的更厚的填充金屬層。
基本沒有磷的銅-銀合金可以包含一種或者多種其它元素，諸如錫、鋅或者鎳，其能夠導致固態(tài)線和液態(tài)線修改，以適合應用。在制造方法的不太優(yōu)選的實施例中，通過使用釬焊焊劑，可以在空氣或者諸如氮氣或者氬氣之類的惰性氣體的氣氛中進行釬焊，以避免需要在具有受控氣氛的腔中釬焊。
雖然結合當前認為是最實際和優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是可以理解，本發(fā)明不限于披露的實施例，相反，本發(fā)明意在覆蓋包括在后附的權利要求書的精神和范圍內的各種修改和等價的布置。
電樞桿 10中間部分12端部配件或者集管夾具14、16線 18、20開口21側部塞子22內表面 24填充金屬或者釬焊合金阻擋層 26開口腔或者歧管 28金屬墊片30后壁3權利要求
1.一種在電樞桿線封裝和端部配件(16)之間的釬焊接點，其包括以排的陣列布置且形成線封裝的多個實心線(18)和多個空心線(20)，所述多個空心線(20)具有自由端，其軸向延伸超過所述實心線(18)的相應的自由端；在端部配件(16)中的腔(28)，所述多個空心線的所述自由端和所述實心線的所述相應的自由端延伸通過所述開口(21)且容納在所述腔中；以及相互連接所述多個空心線的所述自由端和所述多個實心線的所述相應的自由端，以及連接到所述端部配件的內表面(24)的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金(26)。
2.如權利要求1所述的釬焊接點，其特征在于，所述釬焊合金(26)覆蓋所述實心線(18)的所述自由端。
3.如權利要求1所述的釬焊接點，進一步包括布置在所述排的陣列的一個或者多個排之間的金屬墊片(30)。
4.如權利要求3所述的釬焊接點，其特征在于，所述金屬墊片(30)由銅構成。
5.如權利要求1所述的釬焊接點，其特征在于，所述多個實心線和空心線(18、20)由銅構成。
6.如權利要求1所述的釬焊接點，其特征在于，所述多個實心線(18)由銅構成，空心線(20)由不銹鋼構成。
7.一種電樞桿(10)和端部配件(16)之間的釬焊接點，其包括通過開口(21)可到達的在端部配件中的腔(28)；容納在所述開口中且以排的陣列布置的實心和空心線(18、20)的陣列；以及相互連接所述實心線和空心線，以及連接到所述端部配件的內表面(24)的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金(26)，所述釬焊合金覆蓋所述實心線的自由端，但是使得所述空心線的自由端敞開和不被阻礙。
8.一種形成電樞桿(10)和端部配件(16)之間的釬焊接點的方法，其包括a)在端部配件(16)中的腔(20)內定位多個空心線(18)和多個實心線(20)的端部，使得所述空心線(18)的自由端軸向延伸超過所述實心線(20)的自由端；以及b)圍繞所述空心線和所述實心線的所述端部以及在所述空心線和所述實心線的所述端部之間預先放置基本沒有磷的銅-銀釬焊合金(26)，使得所述釬焊合金不軸向延伸超過所述實心線的所述自由端。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括c)在受控氣氛下在腔內將多個空心線和實心線(18、20)釬焊到端部配件(16)。
10.一種電樞桿線封裝和端部配件(16)之間的釬焊接點，其包括以排的陣列布置且形成線封裝的多個線(18、20)；在端部配件中的腔(28)，所述多個線的自由端延伸通過所述開口且容納在所述腔(28)中；以及相互連接所述多個線的所述自由端，以及連接到所述端部配件的內表面(24)的基本沒有磷的銅-銀釬焊合金(26)。
全文摘要
一種在電樞桿線封裝和端部配件(16)之間的釬焊接點包括以排的陣列布置且形成線封裝的多個線(18、20)；在端部配件中的腔(28)，多個線的自由端延伸通過開口(21)且容納在腔中；以及相互連接多個線的自由端，以及連接到端部配件的內表面的基本沒有磷的銅－銀釬焊合金(26)。
文檔編號B23K1/20GK1885685SQ200510080919
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2005年6月24日
發(fā)明者J·M·布雷茲納克, A·M·艾弗森, J·F·霍佩克 申請人:通用電氣公司