Способ получения электропроводящего соединения

1 Область техники Настоящее изобретение касается способа получения электропроводящего соединения для токопроводящих рельсов. В устройствах, использующих электроэнергию высокого напряжения, используемые проводники, в основном, представляют собой токопроводящие рельсы, сделанные из меди или сплава меди. Токопроводящие рельсы имеют большую длину и обычно содержат стяжные соединения, сделанные с помощью крепежных деталей, таких как болты. Обычно в соединениях концы деталей перекрывают друг друга и в этом случае в деталях, которые необходимо соединить, в поперечном направлении сверлится,по крайней мере, одно отверстие. Отверстия делаются таким образом, чтобы подходить друг к другу таким образом, чтобы через них мог проходить крепящий элемент, такой как болт. Болт закрепляется с помощью своей дополняющей части, такой как гайка, так, что поверхности соединяющихся деталей прижимаются друг к другу. При применении болтового соединения электропроводность зависит от механического контакта между соединяемыми деталями. Эффективная и безопасная электропроводность гарантируется только тогда, когда механическое соединение находится в хорошем состоянии. Стяжные соединения обычно окисляются с течением времени, в этом случае в местах соединения возникают переходные сопротивления, в которых расходуется излишняя электрическая энергия. Единицами, которые потребляют большое количество электроэнергии, например,в металлургической промышленности, являются электролитические установки и электрические печи для обработки металлов. Из-за слабеющей со временем электропроводности болтовых соединений и возникновения переходных сопротивлений увеличивается потребление электроэнергии и возникают значительные экономические потери. Более того, ремонт соединений, где даже соединения десятилетней давности должны обновляться, требует больших затрат труда. Целью изобретения является создание способа и соединения, при которых недостатки существующих технологий были бы устранены. Другой целью изобретения является создание способа, при котором было бы возможно отремонтировать старые соединения, не говоря уже о новых соединениях. Раскрытие сущности изобретения Конструкция, при помощи которой осуществляют способ соединения токопроводящих рельсов, имеет несколько значительных преимуществ. Заявленный способ позволяет получить весьма надежные и долговечные соединения, электропроводность которых остается отличной с течением времени. Способ, описанный в изобретении, можно достаточно легко применять для различных конструкций токопроводящих рельсов. Соединение является быстрым в 2 изготовлении, и способ может быть применен в различных условиях. Заявленный способ позволяет также просто отремонтировать существующие механические соединения, которые находятся в плохом состоянии. При применении многослойной фольги в качестве вещества для пайки мягким/твердым припоем достигается чрезвычайно благоприятная комбинация веществ для пайки мягким/твердым припоем, которую легко использовать. Когда для ремонта старых соединений применяется способ, соответствующий изобретению, старый болт может быть оставлен на месте и заменен другим проводящим элементом, который, например, крепко припаивают к обеим сторонам старого соединения. Когда материалы, требующиеся для диффузионного соединения, представляют собой достаточно тонкие и оптимальные слои, то возможно получить с помощью диффузионных процессов, даже при низких рабочих температурах, в окончательной структуре соединения такие твердые материалы, которые будут иметь температуру плавления даже на сотни градусов выше, чем у первоначальных материалов, применяемых для соединения. Таким образом, соединение является, некоторым образом, саморегулирующимся, так как оно будет выдерживать более высокие температуры по сравнению с температурой, которую могут выдерживать чистые материалы. Теплота, необходимая для диффузионных процессов, имеющих место между материалами, применяемыми для соединения, и деталями, которые нужно соединить, может быть получена в процессе нагревания. Нагревание материалов в области соединения осуществляется каким-либо нагревательным прибором,например горелкой со сжиженным газом. Также могут использоваться другие подходящие нагревательные средства, такие как индукционное нагревание. На поверхность фольги, используемой для пайки мягким/твердым припоем, и/или по крайней мере на одну из поверхностей, которые надо соединить, до получения соединения наносится слой олова (Sn). Наличие олова снижает температуру, необходимую для изготовления соединения. При этом исключается окисление поверхностей, которые будут соединяться, и для изготовления соединения отпадает необходимость в мероприятиях с защитным газом. Для того, чтобы начать реакции фазового перехода,и для получения оптимальной структуры соединительного шва достаточно, чтобы поверхностным слоем вещества, используемого для пайки мягким/твердым припоем, был слой олова толщиной в несколько микрометров. Этот слой расположен между центральным слоем вещества, состоящим из сплава серебра и меди(Ag+Cu) и деталью, которую соединяют. Технология, соответствующая способу, не обязательно требует применения соединения Ag+Cu, может применяться даже фольга из почти чистого 3 серебра (Ag). Создание соединения происходит быстро и является результатом диффузии расплавленного и твердого материала и последующих реакций фазового перехода даже при сравнительно низких температурах. При этом вещество, используемое для пайки мягким/твердым припоем, приобретает сопротивляемость к различным условиям окисления. Что касается коррозии, имеющей место при рабочих условиях,олово в созданном сусальном золоте не приносит вреда, так как оно не сульфатируется, так же как цинк или медь. Что до серебра, которое расплавлено в материале соединительного шва, то оно помогает улучшить антикоррозионные свойства сусального золота. При применении данного способа получаются чрезвычайно хорошие соединения, которые поддерживают свои электропроводящие свойства и очень хорошо подходят для токопроводящих рельсов в устройствах, которые используют электроэнергию очень высокого напряжения. Изобретение иллюстрируется прилагаемыми рисунками, где наглядно представлена конструкция, при помощи которой осуществляется изобретение, а также образуемое соединение рельсов. Фиг. 1 иллюстрирует соединение, соответствующее изобретению. На этой фигуре изображено поперечное сечение до термической обработки. Фиг. 2 иллюстрирует другое применение способа, соответствующего изобретению. В заявленном способе токопроводящий рельс 1, в основном, сделанный из меди, соединяется с другим токопроводящим рельсом 2,также, в основном, сделанным из меди. Между соединяющимися поверхностями токопроводящих рельсов находится вещество 3 для пайки мягким/твердым припоем, температура плавления которого ниже, чем температура плавления частей 1 и 2, которые должны быть соединены вместе; т.е. область соединения нагревается как минимум до температуры плавления части вещества для пайки мягким/твердым припоем или до близкой температуры. Далее область соединения охлаждается и получается диффузионное соединение. Температуру можно повысить до высокого значения, так что в области соединения временно создается фаза плавления. Применяемое вещество для пайки мягким/твердым припоем является многослойной фольгой 3 для пайки мягким/твердым припоем, состоящей из поверхностных слоев 4, 6 и промежуточного слоя 5 между ними. Согласно способу область соединения нагревается так, что создается диффузионное соединение. С веществом для пайки мягким/твердым припоем легко обращаться, если оно представляет собой листы подходящей ширины, отрезанные до нужной длины. Оно может быть установлено заранее на место, планируемое для соединения, и в этом случае получаются очень 4 хорошие соединения по всей поверхности области соединения. Фольга для пайки мягким/твердым припоем располагается между деталями 1, 2, которые нужно соединить, и, таким образом, фольга 3 для пайки мягким/твердым припоем вместе с деталями, которые нужно соединить, представляет собой многослойную структуру. В случае, проиллюстрированном на фиг. 1, пропорции изменены ради большей ясности и вещество 3 для пайки мягким/твердым припоем показано гораздо более толстым по сравнению с реальностью. Промежуточный слой 5 вещества для пайки мягким/твердым припоем выбирается из следующей группы: смесь серебра и меди (Ag+Cu),смесь алюминия и меди (Al+Cu) или смесь олова и меди (Sn+Cu). Что касается их температуры плавления, соединения вещества для пайки мягким/твердым припоем с медью преимущественно составляют составы, плавящиеся при низкой температуре. Например, в случае вещества для пайки мягким/твердым припоем, сделанного из серебра и меди, состав, включающий в себя 71 мас.% серебра (Ag) и 29% меди (Сu), плавится при низкой температуре. Веществом для пайки мягким/твердым припоем может быть также чистое серебро (Ag) или алюминий (Аl). Поверхностные слои 4, 6 фольги 3 для пайки мягким/твердым припоем содержат олово(Sn) или какой-либо другой метал, который растворяется в меди и имеет низкую температуру плавления, тем самым может быть снижена температура, необходимая для пайки мягким/твердым припоем. Поверхностные слои 4, 6 могут формироваться, например, погружением вещества для пайки мягким/твердым припоем,состоящего из промежуточного слоя 5 фольги, в расплавленное олово и при необходимости с последующим разглаживанием поверхности фольги. Получаются чрезвычайно высококачественные соединения, если применять многослойную фольгу для пайки мягким/твердым припоем с промежуточным слоем 5, состоящим из серебра и меди (Ag+Cu) и имеющим толщину 50 мкм,и поверхностными слоями 4, 6, содержащими олово (Sn) и имеющими толщину, например, 510 мкм. Толщина фольги для пайки мягким/твердым припоем обычно составляет 10500 мкм, в наиболее благоприятном случае 20100 мкм. Когда слои олова нанесены на поверхность, толщина промежуточного слоя 5 фольги составляет 10-100 мкм и толщина поверхностных слоев 4, 6 составляет 1-20 мкм. Когда слой олова нанесен в качестве поверхностных слоев 4, 6 для пайки мягким/твердым припоем, то также можно использовать промежуточный слой, включающий в себя медь, содержание которой ниже, чем в составе, легко плавящемся при низкой температуре. Например, содержание меди в веществе для пайки мягким/твердым припоем может быть 0 5 29% по весу. При использовании слоев из олова состав не является критичным. На фиг. 2 иллюстрируется другое применение способа, соответствующего изобретению. Здесь около старого болтового соединения 8 делается новое соединение с существенно лучшими электропроводящими свойствами по сравнению со старым соединением. В данной реализации используется проводящий элемент 7, один конец которого соединяется с первой деталью 1 ремонтируемого соединения и второй конец соединяется со второй деталью 2 соединения, которое надо отремонтировать. Проводящий элемент 7 присоединяется к первой и/или второй детали с помощью диффузионного соединения 3. Конструкция проводящего элемента выбирается такой, чтобы подходить к соединению. Обычно соединение осуществляется с помощью жесткой пайки мягким/твердым припоем с использованием для пайки многослойной фольги. Пример 1. В данном примере медный объект соединялся с другим медным объектом с помощью вещества для пайки мягким/твердым припоем,состоящего из 71% серебра (Ag) и 29% меди(Сu) в массовом процентном отношении. Вещество для пайки мягким/твердым припоем представляло собой фольгу толщиной 50 мкм, и дополнительно на поверхность фольги нанесен слой олова толщиной порядка 5-10 мкм. Температура была поднята до примерно 600 С. Она поддерживалась примерно 5 мин. Получилось компактное и гладкое соединение, где олово,первоначально содержащееся как чистый элемент, образовало шов сусального золота вместе с медью. Получили высококачественное соединение образца. С помощью способа, соответствующего изобретению, могут соединяться токопроводящие рельсы, при этом поверхности соединений будут состоять из меди и/или сплавов меди с содержанием меди не меньше 50% (обычно). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения электропроводящего соединения токопроводящих рельсов, выполненных из меди или сплавов меди, в котором между соединяемыми токопроводящими рельсами располагают вещество для пайки, а, по меньшей мере, область, подлежащую соединению, нагревают, отличающийся тем, что в качестве вещества для пайки используют многослойную фольгу (3), состоящую из поверхностных слоев (4, 6) из олова или металла, хорошо 6 растворимого в меди при расплавлении и имеющего низкую температуру плавления, и расположенного между ними промежуточного слоя (5), материал которого в соединении с медью имеет низкую температуру плавления, при этом посредством нагрева области соединения формируют диффузионное соединение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный слой (5) многослойной фольги изготовлен из смеси серебра и меди (Ag+Cu),смеси алюминия и меди (Al+Cu) или смеси олова и меди (Sn+Cu). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем,что промежуточный слой (5) состоит из 71 мас.% серебра (Ag) и примерно 29 мас.% меди(Сu). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный слой (5), в основном, состоит из серебра (Ag). 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный слой (5), в основном, состоит из алюминия (Аl). 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что многослойная фольга (3) имеет толщину примерно 10-500 мкм, предпочтительно 20-100 мкм. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что промежуточный слой (5) имеет толщину 10-100 мкм, а поверхностные слои (4, 6) имеют толщину 1-20 мкм. 8. Способ получения электропроводящего соединения при ремонте соединений токопроводящих рельсов, выполненных из меди или сплава меди, в котором между соединяемыми элементами располагают вещество для пайки, а,по меньшей мере, область, подлежащую соединению, нагревают, отличающийся тем, что используют электропроводящий элемент (7), который огибает ремонтируемое место соединения, причем конец указанного элемента (7) соединяют с первым рельсом (1) ремонтируемого соединения, а другой конец указанного элемента (7) соединяют со вторым рельсом (2) ремонтируемого соединения при помощи диффузионных соединений, образующихся между соединяемыми частями при использовании в качестве вещества для пайки многослойной фольги (3),состоящей из поверхностных слоев (4, 6) из олова или металла, хорошо растворимого в меди при расплавлении и имеющего низкую температуру плавления, и расположенного между ними промежуточного слоя (5), материал которого в соединении с медью имеет низкую температуру плавления.