CN102069275B - 隔离开关导电臂软连接的焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
一种离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤：制作焊接接头；焊前处理；焊接；焊后检验。其优点为，该焊接工艺操作简单、使用方便；使用该焊接工艺焊接隔离开关导电臂软连接时，不会出现夹渣、气孔和裂纹等缺陷，也不容易烧损铝合金材料，并且能够保证铝合金焊接接头的强度和质量，是一种理想的隔离开关导电臂软连接的焊接工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，特别是一种隔离开关导电臂软连接的焊接工艺。
背景技术
目前，导电臂是隔离开关的重要组成部件，其导电棒与导电座的导电连接大都采用软连接。虽然软连接体积较大、不易封闭，但是其结构简单、制造容易、成本低廉、接触可靠，所以仍然被广泛应用。然而，隔离开关导电臂软连接在焊接时，由于其是铝合金材料之间的焊接，铝合金材料对氧的亲和力很大，且铝合金材料的导热率和线膨胀系数比铁大一倍多，另外，铝合金在焊接接头金属中形成结晶裂纹的倾向性较大；因此铝合金材料之间的焊接容易出现夹渣、气孔和裂纹等缺陷。如果采用常规的焊接工艺焊接软连接，非常容易烧损铝合金材料，而采用等离子弧焊或真空电子束焊焊接软连接，又需要专用的设备且工艺要求也很复杂。
发明内容
本发明的目的是：设计一种隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，该焊接工艺操作简单、使用方便；使用该焊接工艺焊接隔离开关导电臂软连接时，不会出现夹渣、气孔和裂纹等缺陷，也不容易烧损铝合金材料，并且能够保证铝合金焊接接头的强度和质量，用以克服现有技术的不足。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：
一种隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤：
（Ⅰ）制作焊接接头：首先将两套每套20片、每片厚度为0.2mm、长度依次长1mm的铝箔叠放组成导电带，并保证叠放的每片铝箔的两端对齐；然后将制作好的两套导电带的两端分别插入铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板的相应插槽中，并保证每套导电带的铝箔对齐端面与导电棒和软连接焊板的表面齐平；最后将导电带两侧与导电棒及软连接焊板的接头间隙定为0.1～0.2mm；
（Ⅱ）焊前处理：严格清除焊接接头母材表面、边缘和焊接材料表面的氧化膜和油污，其操作步骤为：
（A）铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板的母材表面及边缘20mm内的范围使用机械方法清理氧化膜和油污，机械清理后用丙酮擦拭清除其表面剩余的油污；
（B）叠放在一起组成两套导电带的全部铝箔单片，其插入到导电棒和两个软连接焊板插槽中30mm内的范围用丙酮擦拭清洗干净，自然干燥后，戴干净的手套将其按照步骤（Ⅰ）所述的步骤组装到导电棒和两个软连接焊板的插槽中，等待焊接；
（C）焊丝用砂纸打磨至露出金属光泽后，再用丙酮擦拭清洗干净；
（Ⅲ）焊接：其具体工艺步骤为：
焊接设备调节→焊接位置调节→施焊；
所述的焊接设备调节步骤中，焊接设备选用逆变式交直流脉冲氩弧焊机；调节该氩弧焊机的工作条件为：
控制方式： 交流恒流、四步氩弧焊控制方式；
提前送气时间： 0.1～1s；
电流衰减时间： 0.2～5s；
延气时间： 5～15s；
清理比例： 20～25％；
所述的焊接位置调节步骤中，焊接位置采用平焊位置，调节时将导电带与导电棒及两个软连接焊板装配后夹在台虎钳上，使待焊部位处于平焊位置；
所述的施焊步骤中，焊丝选用硅铝合金焊丝；所述硅铝合金焊丝中各成分的百分含量为：Mn 0.02～0.05%、Ti 0.2～0.5%、Si 5～10%、Al 89.45～94.78%；施焊的工作条件为：
焊接方式： 手工钨极氩弧焊（TIG）；
焊丝直径： φ3.2mm；
施焊氩气纯度： 99.9％以上；
施焊氩气流量： 15～20L/min；
钨极类型： φ3mm铈钨极，钨极端部磨成圆球形或圆锥形；
钨极伸出长度： 6～8mm；
喷嘴内直径： φ20mm；
钨极喷嘴与焊件之间的距离： 8～14mm；
引弧方式： 高频引弧；
所述的施焊步骤，通过高频引弧起弧后，待钨极端部被加热到380～460℃后，先利用电弧将待焊部位长度方向上预热40～50mm，预热电流为90～100A，预热速度为10～15cm/min；之后将焊机焊枪退回到起弧部位，加焊丝进行焊接，焊接时焊丝倾角为8°～12°，焊机焊枪的位置与焊丝互相垂直；焊接导电带与导电棒接头的焊接电流为190～210A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为28～32V；焊接两个导电带与软连接焊板接头的焊接电流为170～180A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为26～30V；
（Ⅳ）焊后检验：（A）焊接完成后焊接接头余高应控制在2～2.5mm；（B）对焊接接头表面做5倍放大镜目视检验和液体渗透（PT）检测，保证表面未发现夹渣、气孔、裂纹以及边缘未熔合缺陷；（C）对焊接接头进行破坏性试验，测定接头熔合深度为3～5mm；（D）在实验室对焊接接头进行受力方向拉伸试验，断裂部位均在铝箔母材部位，焊接接头没有丝毫的坏损，应认为焊接接头强度满足要求。
本发明组成导电带的铝箔为3003铝箔，其材质为Al-Mn合金，其中各成分的百分含量为Cu 0.005%、Mn 0.03%、Fe 0.61%、Ti 0.02%、Si 0.61%、Zn 0.005%、Al 98.72%。
本发明所述铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板均选用101A铸铝，所述101A铸铝中各成分的百分含量为Mn 0.36%、Fe 0.12%、Ti 0.14%、Si 7.26%、Al 92.12%。
本发明的优点是：该焊接工艺操作简单、使用方便；使用该焊接工艺焊接隔离开关导电臂软连接时，不会出现夹渣、气孔和裂纹等缺陷，也不容易烧损铝合金材料，并且能够保证铝合金焊接接头的强度和质量，是一种理想的隔离开关导电臂软连接的焊接工艺。
附图说明
图1是隔离开关导电臂软连接的整体结构示意图；
图2是导电带与导电棒接头的放大结构示意图；
图3是导电带与软连接焊板接头的放大结构示意图；
图4是焊丝的倾角为10°、焊机焊枪的倾角为80°时的倾角位置示意图。
图中：1、导电带与导电棒接头；2、软连接焊板；3、导电棒；4、导电带；5、导电带与软连接焊板接头；6、接头间隙；7、焊丝；8、焊机焊枪。
具体实施方式
如图1——4所示，一种隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤：
（Ⅰ）制作焊接接头：首先将两套每套20片、每片厚度为0.2mm、长度依次长1mm的铝箔叠放组成导电带4，并保证叠放的每片铝箔的两端对齐；然后将制作好的两套导电带4的两端分别插入铝合金材质的导电棒3和两个铝合金材质的软连接焊板2的相应插槽中，并保证每套导电带4的铝箔对齐端面与导电棒3和软连接焊板2的表面齐平；最后将导电带4两侧与导电棒3及软连接焊板2的接头间隙6定为0.1～0.2mm，用以避免高温时铝合金强度低造成塌漏，同时又具有一定的熔深从而保证焊接接头强度；
（Ⅱ）焊前处理：严格清除焊接接头母材表面、边缘和焊接材料表面的氧化膜和油污，其操作步骤为：
（A）铝合金材质的导电棒3和两个铝合金材质的软连接焊板2的母材表面及边缘20mm内的范围使用机械方法（如锉刀、刮刀和钢刷等）清理氧化膜和油污，机械清理后用丙酮擦拭清除其表面剩余的油污；
（B）叠放在一起组成两套导电带4的全部铝箔单片，其插入到导电棒3和两个软连接焊板2插槽中30mm内的范围用丙酮擦拭清洗干净，自然干燥后，戴干净的手套将其按照步骤（Ⅰ）所述的步骤组装到导电棒3和两个软连接焊板2的插槽中，等待焊接；
（C）焊丝7用砂纸打磨至露出金属光泽后，再用丙酮擦拭清洗干净；
（Ⅲ）焊接：其具体工艺步骤为：
焊接设备调节→焊接位置调节→施焊；
所述的焊接设备调节步骤中，焊接设备选用山大奥太生产的型号为WSMEII的逆变式交直流脉冲氩弧焊机；调节该氩弧焊机的工作条件为：
控制方式： 交流恒流、四步氩弧焊控制方式；
提前送气时间： 0.1～1s；
电流衰减时间： 0.2～5s；
延气时间： 5～15s；
清理比例： 20～25％；
所述的焊接位置调节步骤中，焊接位置采用平焊位置，调节时将导电带4与导电棒3及两个软连接焊板2装配后夹在台虎钳上，使待焊部位处于平焊位置；
所述的施焊步骤中，焊丝7选用美国万能生产的型号为M55的硅铝合金焊丝；所述硅铝合金焊丝中各成分的百分含量为：Mn 0.02～0.05%、Ti 0.2～0.5%、Si 5～10%、Al 89.45～94.78%；施焊的工作条件为：
焊接方式： 手工钨极氩弧焊（TIG）；
焊丝直径： φ3.2mm；
施焊氩气纯度： 99.9％以上；
施焊氩气流量： 15～20L/min；
钨极类型： φ3mm铈钨极，钨极端部磨成圆球形或圆锥形；
钨极伸出长度： 6～8mm；
喷嘴内直径： φ20mm；
钨极喷嘴与焊件之间的距离： 8～14mm；
引弧方式： 高频引弧；
所述的施焊步骤，通过高频引弧起弧后，待钨极端部被加热到380～460℃后，先利用电弧将待焊部位长度方向上预热40～50mm，预热电流为90～100A，预热速度为10～15cm/min；之后将焊机焊枪8退回到起弧部位，加焊丝7进行焊接，焊接时焊丝7倾角为8°～12°，焊机焊枪8的位置与焊丝7互相垂直；焊接导电带与导电棒接头1的焊接电流为190～210A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为28～32V；焊接两个导电带与软连接焊板接头5的焊接电流为170～180A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为26～30V；
（Ⅳ）焊后检验：（A）焊接完成后焊接接头余高应控制在2～2.5mm；（B）对焊接接头表面做5倍放大镜目视检验和液体渗透（PT）检测，保证表面未发现夹渣、气孔、裂纹以及边缘未熔合缺陷；（C）对焊接接头进行破坏性试验，测定接头熔合深度为3～5mm；（D）在实验室对焊接接头进行受力方向拉伸试验，断裂部位均在铝箔母材部位，焊接接头没有丝毫的坏损，应认为焊接接头强度满足要求。
本隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，组成导电带4的铝箔为3003铝箔，其材质为Al-Mn合金，其中各成分的百分含量为Cu 0.005%、Mn 0.03%、Fe 0.61%、Ti 0.02%、Si 0.61%、Zn 0.005%、Al 98.72%。所述铝合金材质的导电棒3和两个铝合金材质的软连接焊板2均选用101A铸铝，所述101A铸铝中各成分的百分含量为Mn 0.36%、Fe 0.12%、Ti 0.14%、Si 7.26%、Al 92.12%。
Claims (3)
1.一种隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于包括顺序进行的以下工艺步骤：
（Ⅰ）制作焊接接头：首先将两套每套20片、每片厚度为0.2mm、长度依次长1mm的铝箔叠放组成导电带，并保证叠放的每片铝箔的两端对齐；然后将制作好的两套导电带的两端分别插入铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板的相应插槽中，并保证每套导电带的铝箔对齐端面与导电棒和软连接焊板的表面齐平；最后将导电带两侧与导电棒及软连接焊板的接头间隙定为0.1～0.2mm；
（Ⅱ）焊前处理：严格清除焊接接头母材表面、边缘和焊接材料表面的氧化膜和油污，其操作步骤为：
（A）铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板的母材表面及边缘20mm内的范围使用机械方法清理氧化膜和油污，机械清理后用丙酮擦拭清除其表面剩余的油污；
（B）叠放在一起组成两套导电带的全部铝箔单片，其插入到导电棒和两个软连接焊板插槽中30mm内的范围用丙酮擦拭清洗干净，自然干燥后，戴干净的手套将其按照步骤（Ⅰ）所述的步骤组装到导电棒和两个软连接焊板的插槽中，等待焊接；
（C）焊丝用砂纸打磨至露出金属光泽后，再用丙酮擦拭清洗干净；
（Ⅲ）焊接：其具体工艺步骤为：
焊接设备调节→焊接位置调节→施焊；
所述的焊接设备调节步骤中，焊接设备选用逆变式交直流脉冲氩弧焊机；调节该氩弧焊机的工作条件为：
控制方式： 交流恒流、四步氩弧焊控制方式；
提前送气时间： 0.1～1s；
电流衰减时间： 0.2～5s；
延气时间： 5～15s；
清理比例： 20～25％；
所述的焊接位置调节步骤中，焊接位置采用平焊位置，调节时将导电带与导电棒及两个软连接焊板装配后夹在台虎钳上，使待焊部位处于平焊位置；
所述的施焊步骤中，焊丝选用硅铝合金焊丝；所述硅铝合金焊丝中各成分的百分含量为：Mn 0.02～0.05%、Ti 0.2～0.5%、Si 5～10%、Al 89.45～94.78%；施焊的工作条件为：
焊接方式： 手工钨极氩弧焊（TIG）；
焊丝直径： φ3.2mm；
施焊氩气纯度： 99.9％以上；
施焊氩气流量： 15～20L/min；
钨极类型： φ3mm铈钨极，钨极端部磨成圆球形或圆锥形；
钨极伸出长度： 6～8mm；
喷嘴内直径： φ20mm；
钨极喷嘴与焊件之间的距离： 8～14mm；
引弧方式： 高频引弧；
所述的施焊步骤，通过高频引弧起弧后，待钨极端部被加热到380～460℃后，先利用电弧将待焊部位长度方向上预热40～50mm，预热电流为90～100A，预热速度为10～15cm/min；之后将焊机焊枪退回到起弧部位，加焊丝进行焊接，焊接时焊丝倾角为8°～12°，焊机焊枪的位置与焊丝互相垂直；焊接导电带与导电棒接头的焊接电流为190～210A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为28～32V；焊接两个导电带与软连接焊板接头的焊接电流为170～180A，焊接速度为10～15cm/min，电弧电压为26～30V；
（Ⅳ）焊后检验：（A）焊接完成后焊接接头余高应控制在2～2.5mm；（B）对焊接接头表面做5倍放大镜目视检验和液体渗透（PT）检测，保证表面未发现夹渣、气孔、裂纹以及边缘未熔合缺陷；（C）对焊接接头进行破坏性试验，测定接头熔合深度为3～5mm；（D）在实验室对焊接接头进行受力方向拉伸试验，断裂部位均在铝箔母材部位，焊接接头没有丝毫的坏损，应认为焊接接头强度满足要求。
2.根据权利要求1所述的隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于：组成导电带的铝箔为3003铝箔，其材质为Al-Mn合金，其中各成分的百分含量为Cu 0.005%、Mn 0.03%、Fe 0.61%、Ti 0.02%、Si 0.61%、Zn 0.005%、Al 98.72%。
3.根据权利要求1所述的隔离开关导电臂软连接的焊接工艺，其特征在于：所述铝合金材质的导电棒和两个铝合金材质的软连接焊板均选用101A铸铝，所述101A铸铝中各成分的百分含量为Mn 0.36%、Fe 0.12%、Ti 0.14%、Si 7.26%、Al 92.12%。
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