一種銅鉻負荷開關組件的焊接方法技術

本發明專利技術涉及一種銅鉻負荷開關組件的焊接方法，其包括以下步驟：1)制作銅鉻觸頭；2)對所述銅鉻觸頭和銅尾進行相應的切削加工；3)進行摩擦焊接；4)去除焊瘤，并進行焊縫質量檢測；5)時效處理；6)機械加工。本發明專利技術摩擦焊接工藝焊接效率高，焊接強度高，抗拉強度可達240～280MPa，更適合連續生產，降低制造成本，縮短制造周期，提高成品率；該制造方法工藝可控性強，提高了焊接質量，零件質量穩定，滿足了使用要求；且與焊接人員經驗接經驗無關，無需添加焊料，便于推廣使用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于真空開關觸頭材料領域，具體涉及。
技術介紹
整體式電觸頭廣泛應用于各種中高壓斷路器中，是各種電力開關的核心部件，目前，一般采用整體液相燒結工藝制造整體式電觸頭。整體式觸頭是由兩種不同材質組成的一種特殊零件，它的頭部是銅鉻合金，用于滅弧，尾部一般是銅合金QCr0.5，它的主要作用是具備一定彈性和良好的導電性能，就整體式電觸頭而言，兩種材質結合面的結合強度、電導率是影響整體式電觸頭綜合性能的最關鍵的因素。常用的銀合金或銅合金釬焊的方法，其界面電導率和結合強度均小于母材，焊后銅尾端退火軟化，界面性能成為電觸頭的薄弱環節，在使用中易發熱，開焊脫落；另一種方法為經液相燒結的電觸頭，其界面強度可接近母材強度(銅尾)，電性能達到銅鉻合金水平，但是加工周期長，費料。原有的銅鉻負荷開關主要是采用熔煉工藝制造鉻銅觸頭再與加工成型的銅桿通過真空釬焊制備成導電桿。其焊接抗拉強度一般在170-230MPa，與操作人員的熟練度有直接關系，其直接影響最后鉻銅合金的質量，且采用銀焊片，焊料成本大概為4元/件，成本較尚ο
技術實現思路
為解決上述問題，本專利技術提供了，采用摩擦焊的工藝取代真空釬焊工藝，將構成開關的兩種金屬焊接在一起，然后經適當的熱處理，消除焊接內應力，及整體加工，可獲得比其它方法在結合面的抗拉強度和硬度都更優良的整體式負荷開關。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是，其包括以下步驟:1)制作銅鉻觸頭:銅鉻層的厚度為5?6mm ;按重量百分比取45%?55%的銅粉和55%?45%的鉻粉，銅粉的粒徑為250?270目，鉻粉的粒徑為4.5?5.5 μ m，銅粉在氫氣氣氛中經350°C?450°C還原2?3h，鉻粉在高純氫氣氛中經1000°C?1200°C還原2?3h ;還原后的銅粉和鉻粉分別經破碎篩分后，按所述重量配比在真空混料機中經充分混合即得銅鉻粉料；裝入壓制模具中，以3.5?4.5kg/cm2的預壓力壓實，靜置30?50min，然后在800MPa?lOOOMpa壓力下成型為坯料，從模具中脫出；將坯料在950°C?1050°C溫度下燒結1.5?2.5h，燒結氣氛為還原性氣氛或真空燒結；燒結坯料在lOOOMPa?1200Mpa壓力下復壓，進一步提高密度和強度；復壓后的材料在900°C?950°C溫度下進行退火處理；冷卻以后，在純度為99.995 %的Ar氣保護反應容器內，采用激光器進行激光快速掃描處理，激光處理工藝參數為:功率為3.5?4.0kff ;光斑直徑為5.5?6.5mm ;掃描速率為220?250mm/min ；2)對所述銅鉻觸頭和銅尾進行相應的切削加工，兩者的接頭部分設計成平面接觸，焊件外圓為圓柱形，其平面度、垂直度不大于0.2_，焊前接頭部分的表面用銼刀或砂紙打磨，去除氧化物，然后經酒精或乙醚清洗2min?2.5min，以防摻入其它離子或雜質；采用車刀在銅尾要進行焊接的接頭部分的圓周上加工兩圈螺旋形焊接花紋；3)準備好摩擦焊機的工裝設備，調試到相應的工藝參數，進行焊接；將所述銅鉻觸頭和銅尾分別夾持于摩擦焊機的旋轉夾具和移動夾具上，對準夾緊；所述旋轉夾具由電機通過動力傳動機構帶動旋轉軸旋轉而被帶動，所述移動夾具由液壓系統驅動液壓油缸的活塞桿收縮而被帶動；所述旋轉夾具和移動夾具中的夾緊元件是夾緊塊，由酚醛塑料制成的；夾緊塊直接分別夾緊銅鉻觸頭和銅尾的外圓表面，夾緊塊上用于夾緊的面是圓弧面，這樣可以使夾緊力均勻分散作用在銅鉻觸頭和銅尾的外圓表面上，使得單位面積上的壓力變小；之后調整摩擦焊機的相應轉速、摩擦壓力、摩擦時間、摩擦變形量、剎車時間和頂鍛變形量進行摩擦焊接，以轉速1450rpm?1500rpm，起始摩擦壓力30MPa?35MPa摩擦焊接0.8s?Is ;再以轉速2300rpm?2500rpm，摩擦壓力120MPa?130MPa進行穩定摩擦焊接6s?8s后剎車，剎車0.4s?0.6s時施加200MPa?210MPa的頂鍛壓力，并保持頂鍛壓力4s ；4)去除焊瘤，并進行焊縫質量檢測，采用超聲波或X射線探傷，對焊接結合面縱深處檢測有無焊接裂紋或未焊透的缺陷；進行X射線探傷時，選用高能小焦點X射線探傷機、優質X光膠片和鈦絲透度計，曝光電壓根據曝光曲線選擇，曝光量為30?40mAmin，用鉛板制作屏蔽板，厚度為5?8mm，結構尺寸為矩形，使用兩層屏蔽法進行屏蔽:第一屏蔽板在靠近焊件面對射線源的一側放置，第二屏蔽板，靠近焊件背對射線源的一側放置，所述屏蔽板均由兩側擋板側面遮蓋；然后用X光照射焊縫，獲得X射線底片，曝光后的底片按要求手工或自動沖洗，不允許有劃傷、水漬等偽缺陷；對獲得的X射線底片根據材料厚度按標準規定的方法進行質量等級評定，從而實現對焊縫的檢測；5)時效處理:將經過步驟4)處理后的焊件放入高低溫試驗箱中，加熱到450?460°C，保溫7?8小時，然后隨爐冷卻至室溫，完成高溫時效；然后再將溫度調至-20°C?_10°C，保持2小時，完成低溫時效；最后在空氣中自然冷卻至室溫；6)機械加工:按設計要求加工成為產品待用。優選的，所述步驟1)中可在混合銅鉻粉料時加入其重量的0.4%的金屬La和Si的混合物，兩者的重量比為1.5:1，激光處理工藝的搭接率為37?39%。在上述任一方案中優選的是，所述步驟2)中銅尾為銅桿；該銅桿的直徑為28mm?32mm,長度為 38mm ?40mm ；在上述任一方案中優選的是，所述步驟3)中摩擦焊接的摩擦進給速度為1.4Mm/s，頂鍛變形量4_。在上述任一方案中優選的是，所述步驟3)中夾緊塊上用于夾緊的圓弧面的尺寸分別與銅鉻觸頭和銅尾外的圓表面尺寸一致。在上述任一方案中優選的是，所述步驟4)中焊瘤用車或銑的機械方法去除。在上述任一方案中優選的是，所述步驟4)中進行X射線探傷的相對靈敏度為1.5%?1.本專利技術的有益效果:1.摩擦焊接工藝焊接效率高，焊接強度高，抗拉強度可達240_280MPa，更適合連續生產，降低制造成本，縮短制造周期，提高成品率；且與焊接人員經驗接經驗無關，無需添加焊料。2.該制造方法工藝可控性強，提高了焊接質量，零件質量穩定，滿足了使用要求。3.本專利技術使產品的力學物理性能和電性能得到更有效的保證，在提高整體連接強度的同時，也提高了整體電觸頭的導電性。4.該制造方法焊接精度高，能夠極大地焊接過程中的焊蝕問題，該方法實用性強，使用效果好，便于推廣使用?！揪唧w實施方式】下面結合【具體實施方式】對本專利技術作進一步說明。實施例1—種銅鉻負荷開關組件的焊接方法，其包括以下步驟:1)制作銅鉻觸頭:銅鉻層的厚度為5mm ;按重量百分比取55%的銅粉和45%的鉻粉，銅粉的粒徑為270目，鉻粉的粒徑為4.5 μ m，銅粉在氫氣氣氛中經450°C還原2h，鉻粉在高純氫氣氛中經1200°C還原2h ;還原后的銅粉和鉻粉分別經破碎篩分后，按所述重量配比在真空混料機中經充分混合即得銅鉻粉料；裝入壓制模具中，以4.5kg/cm2的預壓力壓實，靜置30min，然后在lOOOMpa壓力下成型為坯料，從模具中脫出；將坯料在950°C溫度下燒結2.5h，燒結氣氛為還原性氣氛或真空燒結；燒結坯料在lOOOMPa壓力下復壓，進一步提高密度和強度；復壓后的材料在950°C溫度下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅鉻負荷開關組件的焊接方法，其特征在于，包括以下步驟：1)制作銅鉻觸頭：銅鉻層的厚度為5～6mm；按重量百分比取45％～55％的銅粉和55％～45％的鉻粉，銅粉的粒徑為250～270目，鉻粉的粒徑為4.5～5.5μm，銅粉在氫氣氣氛中經350℃～450℃還原2～3h，鉻粉在高純氫氣氛中經1000℃～1200℃還原2～3h；還原后的銅粉和鉻粉分別經破碎篩分后，按所述重量配比在真空混料機中經充分混合即得銅鉻粉料；裝入壓制模具中，以3.5～4.5kg/cm2的預壓力壓實，靜置30～50min，然后在800MPa～1000Mpa壓力下成型為坯料，從模具中脫出；將坯料在950℃～1050℃溫度下燒結1.5～2.5h，燒結氣氛為還原性氣氛或真空燒結；燒結坯料在1000MPa～1200Mpa壓力下復壓，進一步提高密度和強度；復壓后的材料在900℃～950℃溫度下進行退火處理；冷卻以后，在純度為99.995％的Ar氣保護反應容器內，采用激光器進行激光快速掃描處理，激光處理工藝參數為：功率為3.5～4.0kW；光斑直徑為5.5～6.5mm；掃描速率為220～250mm/min；2)對所述銅鉻觸頭和銅尾進行相應的切削加工，兩者的接頭部分設計成平面接觸，焊件外圓為圓柱形，其平面度、垂直度不大于0.2mm，焊前接頭部分的表面用銼刀或砂紙打磨，去除氧化物，然后經酒精或乙醚清洗2min～2.5min，以防摻入其它離子或雜質；采用車刀在銅尾要進行焊接的接頭部分的圓周上加工兩圈螺旋形焊接花紋；3)準備好摩擦焊機的工裝設備，調試到相應的工藝參數，進行焊接；將所述銅鉻觸頭和銅尾分別夾持于摩擦焊機的旋轉夾具和移動夾具上，對準夾緊；所述旋轉夾具由電機通過動力傳動機構帶動旋轉軸旋轉而被帶動，所述移動夾具由液壓系統驅動液壓油缸的活塞桿收縮而被帶動；所述旋轉夾具和移動夾具?中的夾緊元件是夾緊塊，由酚醛塑料制成的；夾緊塊直接分別夾緊銅鉻觸頭和銅尾的外圓表面，夾緊塊上用于夾緊的面是圓弧面，這樣可以使夾緊力均勻分散作用在銅鉻觸頭和銅尾的外圓表面上，使得單位面積上的壓力變?。恢笳{整摩擦焊機的相應轉速、摩擦壓力、摩擦時間、摩擦變形量、剎車時間和頂鍛變形量進行摩擦焊接，以轉速1450rpm～1500rpm，起始摩擦壓力30MPa～35MPa摩擦焊接0.8s～1s；再以轉速2300rpm～2500rpm，摩擦壓力120MPa～130MPa進行穩定摩擦焊接6s～8s后剎車，剎車0.4s～0.6s時施加200MPa～210MPa的頂鍛壓力，并保持頂鍛壓力4s；4)去除焊瘤，并進行焊縫質量檢測，采用超聲波或X射線探傷，對焊接結合面縱深處檢測有無焊接裂紋或未焊透的缺陷；進行X射線探傷時，選用高能小焦點X射線探傷機、優質X光膠片和鈦絲透度計，曝光電壓根據曝光曲線選擇，曝光量為30～40mAmin，用鉛板制作屏蔽板，厚度為5～8mm，結構尺寸為矩形，使用兩層屏蔽法進行屏蔽：第一屏蔽板在靠近焊件面對射線源的一側放置，第二屏蔽板，靠近焊件背對射線源的一側放置，所述屏蔽板均由兩側擋板側面遮蓋；然后用X光照射焊縫，獲得X射線底片，曝光后的底片按要求手工或自動沖洗，不允許有劃傷、水漬等偽缺陷；對獲得的X射線底片根據材料厚度按標準規定的方法進行質量等級評定，從而實現對焊縫的檢測；5)時效處理：將經過步驟4)處理后的焊件放入高低溫試驗箱中，加熱到450～460℃，保溫7～8小時，然后隨爐冷卻至室溫，完成高溫時效；然后再將溫度調至?20℃～?10℃，保持2小時，完成低溫時效；最后在空氣中自然冷卻至室溫；6)機械加工：按設計要求加工成為產品待用。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉凱，王小軍，王楨，郭創立，周寧，趙偉鵬，王文斌，
申請(專利權)人：陜西斯瑞工業有限責任公司，
類型：發明
國別省市：陜西;61