负荷开关的新型焊接工艺制造技术

本发明专利技术是负荷开关的新型焊接工艺，其包括以下步骤：1)制作铜铬触头：铜铬层的厚度为5.5mm；按重量百分比取47％～50％的铜粉和50％～53％的铬粉，铜粉的粒径为260～265目，铬粉的粒径为5.0～5.2μm，铜粉在氢气氛中经350℃～450℃还原2.5h，铬粉在高纯氢气氛中经1000℃～1200℃还原2.5h。本发明专利技术通过调整了铜铬层的原料的比例和原料粒径，使铜铬触头表面更加光滑和均一，使用寿命更长。

【技术实现步骤摘要】
负荷开关的新型焊接工艺
本专利技术涉及负荷开关焊接领域，尤其涉及负荷开关的新型焊接工艺。
技术介绍
整体式电触头广泛应用于各种中高压断路器中，是各种电力开关的核心部件，目前，一般采用整体液相烧结工艺制造整体式电触头。整体式触头是由两种不同材质组成的一种特殊零件，它的头部是铜铬合金，用于灭弧，尾部一般是铜合金QCr0.5，它的主要作用是具备一定弹性和良好的导电性能，就整体式电触头而言，两种材质结合面的结合强度、电导率是影响整体式电触头综合性能的最关键的因素。常用的银合金或铜合金钎焊的方法，其界面电导率和结合强度均小于母材，焊后铜尾端退火软化，界面性能成为电触头的薄弱环节，在使用中易发热，开焊脱落；另一种方法为经液相烧结的电触头，其界面强度可接近母材强度(铜尾)，电性能达到铜铬合金水平，但是加工周期长，费料。原有的铜铬负荷开关主要是采用熔炼工艺制造铬铜触头再与加工成型的铜杆通过真空钎焊制备成导电杆。其焊接抗拉强度一般在170-230MPa，与操作人员的熟练度有直接关系，其直接影响最后铬铜合金的质量，且采用银焊片，焊料成本大概为4元/件，成本较高。中国专利201511019258.7，涉及一种铜铬负荷开关组件的焊接方法，焊接效率高，焊接强度高，抗拉强度可达240～280MPa，更适合连续生产，降低制造成本，缩短制造周期，提高成品率；该制造方法工艺可控性强，提高了焊接质量，零件质量稳定，满足了使用要求；且与焊接人员经验接经验无关，无需添加焊料，便于推广使用。为此，设计负荷开关的新型焊接工艺，解决以上问题；但是存在的问题是，铜铬触头表面不够均匀。为克服以上不足，提供负荷开关的新型焊接工艺。
技术实现思路
本专利技术为克服以上不足，提供负荷开关的新型焊接工艺，采用摩擦焊的工艺取代真空钎焊工艺，将构成开关的两种金属焊接在一起，然后经适当的热处理，消除焊接内应力，及整体加工，可获得比其它方法在结合面的抗拉强度和硬度都更优良的整体式负荷开关。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是负荷开关的新型焊接工艺，其包括以下步骤：1)制作铜铬触头：铜铬层的厚度为5.5mm；按重量百分比取47％～50％的铜粉和50％～53％的铬粉，铜粉的粒径为260～265目，铬粉的粒径为5.0～5.2μm，铜粉在氢气氛中经350℃～450℃还原2.5h，铬粉在高纯氢气氛中经1000℃～1200℃还原2.5h；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬粉料；装入压制模具中，以3.5～4.5kg/cm2的预压力压实，静置40min，然后在800MPa～1000Mpa压力下成型为坯料，从模具中脱出；将坯料在950℃～1050℃温度下烧结1.5～2.5h，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在1000MPa～1200Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在900℃～950℃温度下进行退火处理；冷以后，在纯度为99.995％的Ar气保护反应容器内，采用激光器进行激光快速扫描处理，激光处理工艺参数为：功率为3.5～4.0kW；光斑直径为5.5～6.5mm；扫描速率为220～250mm/min；2)对所述铜铬触头和铜尾进行相应的切削加工，两者的接头部分设计成平面接触，焊件外圆为圆柱形，其平面度、垂直度不大于0.2mm，焊前接头部分的表面用锉刀或砂纸打磨，去除氧化物，然后经酒精或乙醚清洗2min～2.5min，以防掺入其它离子或杂质；采用车刀在铜尾要进行焊接的接头部分的圆周上加工两圈螺旋形焊接花纹；3)准备好摩擦焊机的工装设备，调试到相应的工艺参数，进行焊接；将所述铜铬触头和铜尾分别夹持于摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，对准夹紧；所述旋转夹具由电机通过动力传动机构带动旋转轴旋转而被带动，所述移动夹具由液压系统驱动液压油缸的活塞杆收缩而被带动；所述旋转夹具和移动夹具中的夹紧元件是夹紧块，由酚醛塑料制成的；夹紧块直接分别夹紧铜铬触头和铜尾的外圆表面，夹紧块上用于夹紧的面是圆弧面，这样可以使夹紧力均匀分散作用在铜铬触头和铜尾的外圆表面上，使得单位面积上的压力变小；之后调整摩擦焊机的相应转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、刹车时间和顶锻变形量进行摩擦焊接，以转速1450rpm～1500rpm，起始摩擦压力30MPa～35MPa摩擦焊接0.8s～1s；再以转速2300rpm～2500rpm，摩擦压力120MPa～130MPa进行稳定摩擦焊接6s～8s后刹车，刹车0.4s～0.6s时施加200MPa～210MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力4s；4)去除焊瘤，并进行焊缝质量检测，采用超声波或X射线探伤，对焊接结合面纵深处检测有无焊接裂纹或未焊透的缺陷；进行X射线探伤时，选用高能小焦点X射线探伤机、优质X光胶片和钛丝透度计，曝光电压根据曝光曲线选择，曝光量为30～40mAmin，用铅板制作屏蔽板，厚度为5～8mm，结构尺寸为矩形，使用两层屏蔽法进行屏蔽：第一屏蔽板在靠近焊件面对射线源的一侧放置，第二屏蔽板，靠近焊件背对射线源的一侧放置，所述屏蔽板由两侧挡板侧面遮盖；然后用X光照射焊缝，获得X射线底片，曝光后的底片按要求手工自动冲洗，不允许有划伤、水渍等伪缺陷；对获得的X射线底片根据材料厚度按标准规定的方法进行质量等级评定，从而实现对焊缝的检测；5)时效处理：将经过步骤4)处理后的焊件放入高低温试验箱中，加热到450～460℃，保温7～8小时，然后随炉冷却至室温，完成高温时效；然后再将温度调至-20℃～-10℃，保持2小时，完成低温时效；最后在空气中自然冷却至室温；6)机械加工：按设计要求加工成为产品待用。特别的，所述步骤1)中可在混合铜铬粉料时加入其重量的0.4％的金属La和Si混合物，两者的重量比为1.5:1，激光处理工艺的搭接率为37～39％。优选的是，所述步骤2)中铜尾为铜杆；该铜杆的直径为28mm～32mm，长度为38mm～40mm；优选的是，所述步骤3)中摩擦焊接的摩擦进给速度为1.4Mm/s，顶锻变形量4mm。优选的是，所述步骤3)中夹紧块上用于夹紧的圆弧面的尺寸分别与铜铬触头和铜尾外的圆表面尺寸一致。优选的是，所述步骤4)中焊瘤用车或铣的机械方法去除。优选的是，所述步骤4)中进行X射线探伤的相对灵敏度为1.5％～1.8％。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过调整了铜铬层的原料的比例和原料粒径，使铜铬触头表面更加光滑和均一，使用寿命更长。具体实施方式以下将结合本专利技术的实施例进行详细叙述。负荷开关的新型焊接工艺，其包括以下步骤：1)制作铜铬触头：铜铬层的厚度为5.5mm；按重量百分比取47％～50％的铜粉和50％～53％的铬粉，铜粉的粒径为260～265目，铬粉的粒径为5.0～5.2μm，铜粉在氢气氛中经350℃～450℃还原2.5h，铬粉在高纯氢气氛中经1000℃～1200℃还原2.5h；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬粉料；装入压制模具中，以3.5～4.5kg/cm2的预压力压实，静置40min，然后在800MPa～1000Mpa压力下成型为坯料，从模具中脱出；将坯料在950℃～1050℃温度下烧结1.5～2.5h，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.负荷开关的新型焊接工艺，其特征在于，其包括以下步骤：1)制作铜铬触头：铜铬层的厚度为5.5mm；按重量百分比取47％～50％的铜粉和50％～53％的铬粉，铜粉的粒径为260～265目，铬粉的粒径为5.0～5.2μm，铜粉在氢气氛中经350℃～450℃还原2.5h，铬粉在高纯氢气氛中经1000℃～1200℃还原2.5h；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬粉料；装入压制模具中，以3.5～4.5kg/cm2的预压力压实，静置40min，然后在800MPa～1000Mpa压力下成型为坯料，从模具中脱出；将坯料在950℃～1050℃温度下烧结1.5～2.5h，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在1000MPa～1200Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在900℃～950℃温度下进行退火处理；冷以后，在纯度为99.995％的Ar气保护反应容器内，采用激光器进行激光快速扫描处理，激光处理工艺参数为：功率为3.5～4.0kW；光斑直径为5.5～6.5mm；扫描速率为220～250mm/min；2)对所述铜铬触头和铜尾进行相应的切削加工，两者的接头部分设计成平面接触，焊件外圆为圆柱形，其平面度、垂直度不大于0.2mm，焊前接头部分的表面用锉刀或砂纸打磨，去除氧化物，然后经酒精或乙醚清洗2min～2.5min，以防掺入其它离子或杂质；采用车刀在铜尾要进行焊接的接头部分的圆周上加工两圈螺旋形焊接花纹；3)准备好摩擦焊机的工装设备，调试到相应的工艺参数，进行焊接；将所述铜铬触头和铜尾分别夹持于摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，对准夹紧；所述旋转夹具由电机通过动力传动机构带动旋转轴旋转而被带动，所述移动夹具由液压系统驱动液压油缸的活塞杆收缩而被带动；所述旋转夹具和移动夹具中的夹紧元件是夹紧块，由酚醛塑料制成的；夹紧块直接分别夹紧铜铬触头和铜尾的外圆表面，夹紧块上用于夹紧的面是圆弧面，这样可以使夹紧力均匀分散作用在铜铬触头和铜尾的外圆表面上，使得单位面积上的压力变小；之后调整摩擦焊机的相应转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、刹车时间和顶锻变形量进行摩擦焊接，以转速1450rpm～1500rpm，起始摩擦压力30MPa～35MPa摩擦焊接0.8s～1s；再以转速2300rpm～2500rpm，摩擦压力120MPa～130MPa进行稳定摩擦焊接6s～8s后刹车，刹车0.4s～0.6s时施加200MPa～210MPa的顶锻压力，并保持顶锻压力4s；4)去除焊瘤，并进行焊缝质量检测，采用超声波或X射线探伤，对焊接结合面纵深处检测有无焊接裂纹或未焊透的缺陷；进行X射线探伤时，选用高能小焦点X射线探伤机、优质X光胶片和钛丝透度计，曝光电压根据曝光曲线选择，曝光量为30～40mAmin，用铅板制作屏蔽板，厚度为5～8mm，结构尺寸为矩形，使用两层屏蔽法进行屏蔽：第一屏蔽板在靠近焊件面对射线源的一侧放置，第二屏蔽板，靠近焊件背对射线源的一侧放置，所述屏蔽板由两侧挡板侧面遮盖；然后用X光照射焊缝，获得X射线底片，曝光后的底片按要求手工自动冲洗，不允许有划伤、水渍等伪缺陷；对获得的X射线底片根据材料厚度按标准规定的方法进行质量等级评定，从而实现对焊缝的检测；5)时效处理：将经过步骤4)处理后的焊件放入高低温试验箱中，加热到450～460℃，保温7～8小时，然后随炉冷却至室温，完成高温时效；然后再将温度调至‑20℃～‑10℃，保持2小时，完成低温时效；最后在空气中自然冷却至室温；6)机械加工：按设计要求加工成为产品待用。...

【技术特征摘要】
1.负荷开关的新型焊接工艺，其特征在于，其包括以下步骤：1)制作铜铬触头：铜铬层的厚度为5.5mm；按重量百分比取47％～50％的铜粉和50％～53％的铬粉，铜粉的粒径为260～265目，铬粉的粒径为5.0～5.2μm，铜粉在氢气氛中经350℃～450℃还原2.5h，铬粉在高纯氢气氛中经1000℃～1200℃还原2.5h；还原后的铜粉和铬粉分别经破碎筛分后，按所述重量配比在真空混料机中经充分混合即得铜铬粉料；装入压制模具中，以3.5～4.5kg/cm2的预压力压实，静置40min，然后在800MPa～1000Mpa压力下成型为坯料，从模具中脱出；将坯料在950℃～1050℃温度下烧结1.5～2.5h，烧结气氛为还原性气氛或真空烧结；烧结坯料在1000MPa～1200Mpa压力下复压，进一步提高密度和强度；复压后的材料在900℃～950℃温度下进行退火处理；冷以后，在纯度为99.995％的Ar气保护反应容器内，采用激光器进行激光快速扫描处理，激光处理工艺参数为：功率为3.5～4.0kW；光斑直径为5.5～6.5mm；扫描速率为220～250mm/min；2)对所述铜铬触头和铜尾进行相应的切削加工，两者的接头部分设计成平面接触，焊件外圆为圆柱形，其平面度、垂直度不大于0.2mm，焊前接头部分的表面用锉刀或砂纸打磨，去除氧化物，然后经酒精或乙醚清洗2min～2.5min，以防掺入其它离子或杂质；采用车刀在铜尾要进行焊接的接头部分的圆周上加工两圈螺旋形焊接花纹；3)准备好摩擦焊机的工装设备，调试到相应的工艺参数，进行焊接；将所述铜铬触头和铜尾分别夹持于摩擦焊机的旋转夹具和移动夹具上，对准夹紧；所述旋转夹具由电机通过动力传动机构带动旋转轴旋转而被带动，所述移动夹具由液压系统驱动液压油缸的活塞杆收缩而被带动；所述旋转夹具和移动夹具中的夹紧元件是夹紧块，由酚醛塑料制成的；夹紧块直接分别夹紧铜铬触头和铜尾的外圆表面，夹紧块上用于夹紧的面是圆弧面，这样可以使夹紧力均匀分散作用在铜铬触头和铜尾的外圆表面上，使得单位面积上的压力变小；之后调整摩擦焊机的相应转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、刹车时间和顶锻变形量进行摩擦焊接，以转速1450rpm～1500rpm，起始摩擦压力30MPa～35MPa摩擦焊接0.8s～...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，
申请(专利权)人：天津市中顺机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12