CN105057874A - 一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法 - Google Patents
一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法，属高压开关电触头生产制造领域。该触头一侧母材为CuW/Cu，另一侧母材为40CrNiMoA；按照以下步骤进行：(1)采用烧结方法连接制成电触头一侧母材为CuW/Cu；(2)将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrNiMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理。与已有技术相比，本发明不仅能提高铬铜高温机械性能，获得很高的焊接强度，而且又能保证Cu底座不退火软化，同时垂直焊缝热影响区受力小，分瓣的触头经过多次插拔后不会产生变形，触指力稳定。
Description
技术领域
本发明属高压开关电触头生产制造领域，具体涉及一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法。
背景技术
目前已有的高压开关用铜钨合金电触头，多采用整体烧结工艺方法将导电端支撑材料(大部分为铜合金材料)与CuW材料连接在一起，，但对于导电端支撑材料是40CrNiMoA的CuW触头电触头，整体烧结工艺无法制造，主要原因之一是烧结技术改变了钢材料的组织和机械性能。
已有的烧结技术方法无法制造CuW和钢的整体电触头，因此本专利采用电子束焊接工艺制造CuW和钢(40CrNiMoA)的整体电触头。
发明内容
针对上述问题，本发明针对高压开关的核心部件——导电端支撑材料是钢的触头制造过程中的异种材料连接问题，开发的高真空电子束焊接工艺方法，实现了异种材料之间可靠的冶金连接。
本发明一种一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法，该触头一侧母材为CuW/Cu，另一侧母材为40CrNiMoA；按照以下步骤进行：，
(1)采用烧结方法连接制成电触头一侧母材为CuW/Cu；
(2)将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrNiMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理；焊接参数范围如下：
上升梯度：0.3s,
下降梯度：0.6-1s,
旋转速度：4r/min
焊接时间：15-16s，
灯丝：15.5-23.3A，
聚焦：440-455mA，
焊接束流：88-92mA；
高压：85Kv，
偏压：400-600V,
扫描：X10mA,Y5mA,
频率：300-600Hz；
所述采用烧结方法连接制成电触头一侧母材为CuW/Cu，具体为先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120℃，使Cu熔化；当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
触头尾端采用40CrNiMoA使得触头在高温下保持良好的进行性能，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，并对电子束焊接熔化的铸态组织采用机械强化方法，使得自力型触头的触指力达到较高要求且不会因为插拔次数增加而降低触指力。
与已有技术相比，本发明不仅能提高铬铜高温机械性能，获得很高的焊接强度，而且又能保证Cu底座不退火软化，同时垂直焊缝热影响区受力小，分瓣的触头经过多次插拔后不会产生变形，触指力稳定。
本发明针对高压开关的核心部件——触头制造过程中的异种材料连接问题开发的高真空电子束焊接工艺方法，实现了异种材料之间可靠的冶金连接，取代了传统的整体烧结的工艺方法，采用这一工艺方法的Cu/40CrNiMoA电子束焊接连接界面平整，组织均匀，不会产元素的偏析及晶粒粗大，可以改善触头的高温导电性能，提高触头的高温机械性能；同时采用电子束焊接方法，对电触头尾端的尺寸没有限制，各种型号规格的电触头均可以制造，拓宽了产品类型；与液相整体烧结工艺制造方法相比，电子束焊接自动化程度较高，焊接过程简单，工艺稳定性好，可以确保产品质量稳定可靠，成品率提高5％左右；材料利用率提高20％以上，生产效率提高5倍以上，降低成本，节约能源，具有非常明显的经济效益；同时焊接过程清洁，无烟雾和焊渣，减少对环境产生的污染，是一种环保的加工工艺，具有明显的社会效益。
附图说明
图1为实施例1的金属焊接界面。
图2为实施例2的金属焊接界面。
图3为实施例3的金属焊接界面
具体实施方式
下面通过实施例对本发明具体实施方式进行进一步的说明。
本发明使用设备：THDW-15电子束焊机；
本发明采用烧结方法连接制成电触头一侧母材为CuW/Cu，具体为先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120℃，使Cu熔化；当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
实施例1
将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理，
电子束焊接使用设备：THDW-15电子束焊机；
焊接参数：上升梯度：0.3s,
下降梯度：1s,
旋转速度：4r/min
焊接时间：15s，
灯丝：23.3A，
聚焦：440mA，
焊接束流：90mA；
高压：85Kv，
偏压：500V,
扫描：X10mA,Y5mA,
频率：500Hz.
焊接后对焊接接头进行观测，图1为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
检验项目：Cu-40CrMoA电子束焊接接头拉伸强度检测
性能：接头拉伸强度为321.9MPa，断裂位置为铜一侧母材。
实施例2
将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理，
电子束焊接使用设备：THDW-15电子束焊机；
焊接参数：上升梯度：0.3s,
下降梯度：0.6s,
旋转速度：4r/min
焊接时间：15.5s，
灯丝：20.0A，
聚焦：449mA，
焊接束流：88mA；
高压：85Kv，
偏压：400V,
扫描：X10mA,Y5mA,
频率：300Hz.
焊接后对焊接接头进行观测，图2为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
检验项目：Cu-40CrMoA电子束焊接接头拉伸强度检测
性能：接头拉伸强度为335.4MPa，断裂位置为铜一侧母材。
实施例3
将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理
电子束焊接使用设备：THDW-15电子束焊机；
焊接参数：上升梯度：0.3s,
下降梯度：0.6s,
旋转速度：4r/min
焊接时间：16s，
灯丝：15.5A，
聚焦：455mA，
焊接束流：92mA；
高压：85Kv，
偏压：600V,
扫描：X10mA,Y5mA,
频率：600Hz.
焊接后对焊接接头进行观测，图3为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
检验项目：Cu-40CrNiMoA电子束焊接接头拉伸强度检测
性能：接头拉伸强度为309.6MPa，断裂位置为铜一侧母。
Claims (2)
1.一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法，其特征在于该触头一侧母材为CuW/Cu，另一侧母材为40CrNiMoA；按照以下步骤进行：，
(1)采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu；
(2)将烧结处理的CuW/Cu与40CrNiMoA直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与40CrNiMoA，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈90度角的对接焊缝，焊后无需进行热处理；焊接参数范围如下：
上升梯度：0.3s,
下降梯度：0.6-1s,
旋转速度：4r/min,
焊接时间：15-16s，
灯丝：15.5-23.3A，
聚焦：440-455mA，
焊接束流：88-92mA；
高压：85Kv，
偏压：400-600V,
扫描：X10mA,Y5mA,
频率：300-600Hz。
2.按照权利要求1所述的一种CuW/Cu/40CrNiMoA整体触头的电子束焊接制备方法，其特征在于所述采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu，具体为：先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120℃，使Cu熔化；当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
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2015
- 2015-07-20 CN CN201510426941.6A patent/CN105057874A/zh active Pending
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