CN1118106A - 真空断流器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

真空断流器及其制造方法，该真空断流器包括：一真空壳，有绝缘管，固定侧和活动侧突缘，绝缘管两端由金属突缘密封，真空壳中有固定和活动电极，触点与电极相连，固定和活动导电轴，导电轴一端与电极接通，另一端处于真空壳外，该方法包括：制作一固定侧分组件，制作一活动侧分组件，制作一缘管分组件，制作一组件，将焊料插入分组件之间，和触点和电极之间，使分组件叠置；对组件进行加热和抽气，并用焊料进行焊接，由此制成一真空断流器。

Description

真空断流器及其制造方法

本发明涉及一种真空断流器及其制造方法，更具体地说，是涉及一种提高了其生产率和可靠性的真空断流器及其制造方法。

图10显示了一种普通的用于真空电流断路器的真空断流器。如图中所示，一真空断流器10有一固定电极14和一活动电极15，它们能接通和断开，其位于一真空壳中，其布置使一陶瓷绝缘管11的两端由固定侧突缘12和活动侧突缘13密封。一触点22与固定电极14的前表面相连，固定电极14后表面固定于一固定导电轴16的前端。通过固定导电轴16，固定电极14与真空壳外部接通。同样，一触点23与活动电极15前表面相连，活动电极15后表面固定于活动导电轴17的前端。通过活动导电轴17，活动电极15与真空壳的外部接通。另外，活动导电轴17通过波纹管18连接于活动侧突缘13，通过一操纵机构能使固定电极14和活动电极15之间的触点接触和断开，而真空壳内侧保持真空。一电弧罩20连接于绝缘管11内侧，围绕电极14和15。19为一波纹管盖。

应注意到，因为其应用了存在于真空中的良好的绝缘强度，所以与使用其他绝缘介质的例如SF6气体电路断流器相比，真空断流器在电极之间有较小的距离，和有较小的尺寸。另外，通过改进电极结构，能提高其断流能力。

在真空断流器中，必须使用具有良好断路性能和抗焊性能的材料作为触点材料。例如，有良好断路性能的纯铜，但在有大电流通过时，其有严重的焊接倾向，所以，通常使用合金。通常作为触点材料，合金包括导电成份：铜(或银)，并使用防电弧材料，以提高断路性能和耐压性能。典型的防电弧材料包括铬(Cr)，钨(W)，碳化钨(WC)，典型的合金包括Cu—Cr合金，Cu—W合金，和Ag—WC合金，近年已发展了采用钽(Ta)和类似物的合金。另外，作为其他通用的触点材料，有例如含有能减小焊接倾向的添加剂的铜和银等导电成分。典型的添加剂包括铋(Bi)，碲(Te)，硒(Se)和锑(Sb)。典型的合金包括Cu—Bi合金，Cu—Te—Se合金。

制造这种真空断流器的方法可主要分为下面两种类型(1)和(2)。(1)是一种方法，其中，使用软焊等方法用分组装部分地形成一真空断流器，然后通过软焊等方法形成真空壳。然后通过一连接于真空壳上的抽气管进行抽气，并整体加热。然后整体保持真空进行冷却，并将抽气管压入而形成一真空断流器。(2)是一种已知的真空密封的方法，其中，使用软焊等方法用分组装部分地形成一真空断流器，然后于真空炉中在各分组件之间用焊料使其相互叠置，将其整体置于真空加热炉中，在真空壳内抽气的同时进行加热，并进行气密焊。由于下面的原因，真空密封方法近年来已被广泛采用：其在真空壳上不需要抽气管，而使真空断流器易于运送；能在真空炉中同时以数十个单元进行批量生产，因为真空炉易于控制，而能可靠地进行气密焊，从而提高了其可靠性。

近年来，采用真空断流器的电路断路器已被广泛使用，有时甚至使用在大型系统中。所以，必须提高其断路能力和电流传送能力，因需求增加，所以要能批量生产。为了满足这种需要，所以要改进电极材料和触点材料。

特种合金，例如Cu—Cr等已被采用作为触点材料，其提高了断路性能。特种合金，例如Cu—Bi等已被采用作为触点材料，当切断一大电流时，其提高了抗焊性。

同时，作为磁埸强度和电弧电压之间关系的调查结果，并研究了平行于触点间所产生电弧所产生磁埸的轴向磁埸电极结构，已经清楚，在一定的磁埸强度，电弧电压显示了一最小值。通过在电弧电压显示最小值时作用一磁埸强度，而使触点之间消耗的能量最少。所以能增加断路能力。这种改进使断路能力得到增加。作为制造真空断流器的方法，上述的真空密封方法使其能达到批量生产。

当上述的Cu—Cr或其他此类合金用于触点时，Cr比Cu有更大的氧化物形成能力，以致在制造中必须注意氧化问题。在Cu的情况下，在焊接温度(700℃或以上)下，表面氧化物被分解。然而，在普通的焊接温度时，具有大的氧化物形成能力的金属，例如Cr的氧化物和与氧分解相比有一个更强的与氧结合的倾向，所以在一些情况下，形成Cr氧化物。于是，在制造工序之后，有时会存在大量的Cr氧化物。电流断路时所产生的电弧的热能使Cr氧化物中的氧气分解并成为气体，其降低了断路性能。当装配真空断流器而焊接触点和电极——其包含了有较大氧化物形成能力的金属材料——时，焊接必须在高真空或发生氧气分解的高温下进行，以不使金属氧化。然而，当在高真空下进行焊接时，该步骤——其保持一高真空——所需的时间被加长。特别是，为了在焊接工序后在真空下进行冷却，一个慢的冷却率就要求长的时间。另外，当在高温下进行焊接时，达到高温就要求长的时间。另外，因为结构元件处于高温下，就必须考虑到高温过程中的影响，例如机械强度的减小，以致要使用大尺寸的部件。

另外，当触点采用合金——例如上面提到的Cu—Bi——时，Bi的熔点比Cu低，所以必须考虑到制造时的挥发。对于Cu，因为其在焊接温度(700℃或以上)时不熔化，所以没有问题。然而，熔点较低的金属，例如Bi，在正常的焊接温度就熔化。当在真空中进行焊接时，一些金属在真空中作为金属蒸气而挥发。所以，在分组件上触点的低熔点材料的损失就要求必须考虑一个方法，使之能在这种损失之后，可满意地防止触点的熔合。触点上低熔点金属的选择性的挥发可在焊接之后降低这种低熔点金属的含量，而增加熔合的倾向。在这种情况下，必须采取对抗措施，例如在焊接之前，增加触点中低熔点金属的量，并增加用于开闭真空断流器的操纵机构的开关力。

采用了这种方法，在触点表面和内部之间的金属成分不同。所以，在一些情况下，其导致了电流开闭特性的变化。另外，因为合金含有大量的低熔点材料，易于发生低熔点材料的分离。焊接时，当这种材料分散在焊接部分以致进入焊料时，焊接强度就降低了。所以必须要求对抗措施以解决上述问题。

所以，本发明的目的是提供一种真空断流器及其制造方法，其能提高真空断流器的制造生产率。

本发明的另一目的是提供一种真空断流器及其制造方法，该真空断流器的断路性能是稳定的。

本发明的另一目的是提供一种真空断流器及其制造方法，其中，能减少为制造真空断流器而施加到触点上的热处理次数。

本发明的再一目的是提供一种真空断流器及其制造方法，其中，能减少触点的氧化和降低抗熔合性，由此而提高真空断流器的可靠性。

本发明的这些和其他目的能通过一种制造真空断流器的方法达到，该真空断流器包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，绝缘管两端分别由金属突缘密封，真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离，至少一个触点与至少一个电极端面相连，和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与一对电极中之一的背面接通，其另一端处于真空壳之外，分别将一对电极中之一与外面接通；该方法包括下述步骤：

制作一固定侧分组件，其包括一固定电极，固定侧导电轴，和一固定侧突缘，它们连接为一单元；

制作一活动侧分组件，其包括一活动电极，活动侧导电轴，和一活动侧突缘，它们连接为一单元；

制作一绝缘管分组件，其包括至少一个绝缘管；

制作一组件，将用于气密密封的第一焊料插入活动侧分组件和绝缘管分组件一端面之间，以及绝缘管分组件另一端面和固定侧分组件之间，将至少一种用于触点焊接的第二焊料插入至少一个触点和至少一个电极之间，使活动侧分组件，绝缘管分组件和固定侧分组件叠置；

在真空炉中对组件进行加热和抽气，使真空壳内侧排空，并由第一焊料和第二焊料进行焊接，由此制成一真空断流器；

由此，在加热和抽气步骤中同时进行绝缘管和金属突缘的气密焊和至少一个触点和至少一个电极的焊接。

按照本发明的另一方面，提供了制造真空断流器的一种方法，该真空断流器包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，绝缘管两端分别由金属突缘密封，真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离，至少一个触点与至少一个电极端面相连，和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与一对电极中之一的背面接通，其另一端处于真空壳之外，分别将一对电极中之一与外面接通；该方法包括下述步骤：

制作一固定侧分组件，其包括固定侧导电轴，和一固定侧突缘，它们连接为一单元；

制作一活动侧分组件，其包括活动侧导电轴，和一活动侧突缘，它们连接为一单元；

制作一绝缘管分组件，其包括至少一个绝缘管；

制作一固定电极分组件，包括至少一个固定电极；

制作一活动电极分组件，包括至少一个活动电极；

制作一组件，将用于气密密封的第一焊料插入活动侧分组件和绝缘管分组件一端面之间，以及绝缘管分组件另一端面和固定侧分组件之间，将用于电极焊接的第二焊料插入活动侧分组件和活动电极分组件以及固定电极分组件和固定侧分组件之间，使活动侧分组件，活动电极分组件，绝缘管分组件，固定电极分组件和固定侧分组件叠置；

在真空炉中对组件进行加热和抽气，使真空壳内侧排空，并由第一焊料和第二焊料进行焊接，由此制成一真空断流器；

由此，在加热和抽气步骤中同时进行绝缘管和金属突缘的气密焊和电极和导电轴的焊接。

按照本发明的另一方面，提供了一种真空断流器，包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，绝缘管两端分别由金属突缘密封；

真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离；

至少一个触点与至少一个电极端面相连；

和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与一对电极中之一的背面接通，其另一端处于真空壳之外，分别将一对电极中之一与外面接通；

电极和朝向所述电极的导电轴中之一在其焊接面中部有一高度为L1的凸部，另一电极和朝向所述电极的导电轴在其焊接面中部有一深度为L2的与所述凸部对应的凹部，所述高度L1和深度L2之间的差L为0.05—0.3mm。

按照本发明的另一方面，提供了一种真空断流器，包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，绝缘管两端分别由金属突缘密封；

真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离；

至少一个触点与至少一个电极端面相连；

和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与一对电极中之一的背面接通，其另一端处于真空壳之外，分别将一对电极中之一与外面接通；

电极和朝向所述电极的导电轴中之一在其焊接面中部有一高度为L1的第一凸部，另一电极和朝向所述电极的导电轴在其焊接面中部有一深度为L2的与所述凸部对应的第一凹部，第一凸部和第一凹部的至少一个上有一第二凹部，其深度不小于0.5mm，其底面积不大于第一凹部底面积的一半。

下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。

图1是本发明第一实施例的真空断流器分组件的剖视图；

图2是本发明第五实施例的真空断流器分组件的剖视图；

图3是图2中电极焊接部分细节的剖视图；

图4是图2中绝缘管端部细节的剖视图；

图5是本发明第七实施例的真空断流器的焊接状况的视图；

图6是本发明第八实施例的电极焊接部分细节的剖视图；

图7是本发明第九实施例的电极焊接部分细节的剖视图；

图8是本发明第九实施例的电极另一焊接部分细节的剖视图；

图9是本发明第九实施例的电极再一焊接部分细节的剖视图；

图10是先有技术真空断流器的结构剖视图。

在附图中，同一标号表示相同或相应的部件。

图1显示了本发明第一实施例的真空断流器的分组装的步骤。因为真空断流器的结构在整体上实际上与图10中所示的相同，所以省略了对其的描述。

在图1中，真空断流器10的固定侧分组件31通过焊接而由一固定电极14，固定导电轴16和固定侧突缘12构成。真空断流器10的活动侧分组件32通过焊接由一活动电极15，活动导电轴17，波纹管盖19，波纹管18和活动突缘13构成。一绝缘管33包括一电弧罩20，其是通过支承件21和电弧罩20夹紧绝缘管11的突出部和焊接而安装在绝缘管11的内侧。部件材料的构成为：导电件主要采用无氧铜；突缘部分采用不锈钢合金；陶瓷绝缘管11的连接部由Fe—Ni合金或类似合金制造。至于用于分组件的焊料，采用比银和铜的共晶成分熔点(大约790℃)有更高熔点的焊料，例如，采用熔点大约为830℃的Ag(占重量的60％)—Cu(占重量的40％)合金。即，这样的焊料被应用，其在进行真空壳气密焊的最后步骤的温度中不熔化，以致在分组装步骤中分组件的连接部不会分离。

然后，将触点23叠放在活动侧分组件32的电极15上，它们中间放有用于触点焊接的银焊料。绝缘管分组件33叠放在用于与绝缘管11连接的活动侧分组件32的密封环13a上，它们中间放有用于焊接的银焊料。另外，将触点22叠放在固定侧分组件31的电极14上，并在其间放有用于焊接触点的银焊料，将由此形成的组件叠放在绝缘管分组件33上，并在其间于密封环12a处放有银焊料。至于触点22和23的材料，导电成分主要是银和铜；至于防电弧材料，采用例如含有铬的材料，其比导电成分有更大的氧化物形成能力。由中间放有银焊料的上述分组件31，32和33组装而形成的组件然后被放入真空炉。在例如在10-4Pa抽空真空炉之后，使该组件加热到焊接温度，例如800—820℃，而完成真空断流器的组装。当进行加热时，通过绝缘管11和固定侧与活动侧上的密封环12a和13a之间的银焊料进行真空壳的气密焊。在该步骤中，通过在电极14和15与触点22和23之间的银焊料分别完成触点22和23与对应电极14和15之间的焊接。在这种组装的情况下，采用由银和铜的共晶成分构成的焊料作为触点焊接和气密焊的焊料。

如上所述，在本实施例中，真空壳的气密焊和触点——作为真空断流器10的触点，其包括比铜有更大的氧化物形成能力的金属例如铬——的焊接同时进行，所以，施加到触点22和23上的高温处理只有一次。

在普通的分组装中，当在分组装步骤进行触点的焊接时，其必须减少分组件中触点的氧化程度。其典型的作法是：在高真空中进行分组装的方法，其在真空中进行这一工序直到冷却步骤。和在高温中进行这一工序的方法，以致其还原能力大于氧化物形成能力，等等。应用这些方法，该步骤所要求的时间必须延长。

相反，在本实施例中，能在还原气体气氛中，例如在氢气中，或在隋性气体，例如氮气中进行分组装步骤。因为热处理在气体中进行，炉子中的热分布更均匀，并且因为有好的热传导，升温和降温的周期能更快。所以能便于真空断流器的制造。另外，因为减少了氧化，所以能得到稳定和快速的断路性能。

另外，采用普通的方法，由于在要焊接的触点部分形成氧化膜，所以，其可焊性降低了。所以，在开闭期间受到负荷作用时，触点有时会从焊接部分分离。

在本实施例中，能防止触点的氧化，以致不会发生触点的分离等问题，所以能提高其可靠性。

下面描述本发明的第二实施例。至于该实施例的触点材料，导电成分主要是铜或银。选择Bi，Te，Se，和Sb——它们有比导电成分更低的熔点——中的至少一种作为添加剂，而降低熔合的倾向；在本实施例中，在触点材料中使用重量为0.1％或更多的这种添加剂。至于制造方法，与上述参照图1所描述的第一实施例的情况相同，制造固定侧分组件31，活动侧分组件32和绝缘管分组件33；然后将焊料放在分组件31，32和33和触点22，23之间，使它们组装，将形成的组件放入真空炉中。然后进行抽气并加热到焊接温度，以使电极14和15与对应的触点22和23焊接，并且，真空壳的最后的气密焊同时进行。

如上所述，在本实施例中，含有比铜的熔点更低的金属的触点的焊接和真空壳的气密焊同步进行，以致施加到触点上的高温热处理仅发生一次。在普通的分组装中，当在分组装步骤进行触点焊接时，分组件触点的低熔点材料的损失，使其必须考虑在这种损失之后要满意地保证触点抗熔合性的方法。达到这一目的的典型方法是增加触点低熔点材料的含量。

相反，在本实施例中，因为触点的焊接不在分组装时进行，所以分组装工序能在还原气体气氛，例如氢气，或隋性气体，例如氮气中，或在真空中进行，所以能自由地选择适于制造装配的焊接条件。并且，分组装是在比最后的气密焊更高的温度条件下进行的。在本实施例中，触点的焊接是与最后的气密焊同时进行的，而不是在分组装中焊接触点，所以施加在触点上的热处理次数少于普通的方法，也能使温度更低。所以能减少触点中含有的低熔点材料的挥发量，能形成一高可靠性的真空断流器。

现在描述本发明的第三实施例。一些触点材料有较差的可焊性。例如，根据制造条件，通过烧结工序由Cu—Cr制造的触点可能有许多孔，而导致差的可靠性。并且，在Cu—Bi合金中的铋含量如果超过重量的5％，在焊接时铋就混入焊料中，使焊接强度降低。在这种情况下，进行触点和电极的分组装。对于电极的分组装，可使用非软焊的方法，或用特定焊料，例如Ag—Cu焊料进行焊接。并且，通过导电轴没有电极和突缘或其他连接而分别进行固定侧分组件和活动侧分组件的分组装。在最后的整体组装工序中，进行固定侧和活动侧电极分组件与相应的固定侧和活动侧分组件的焊接，以及密封环和绝缘管的气密焊。因为，采用该步骤，在由电极和对应触点的焊接构成分组件的情况下，没有导电轴部分，所以每次能将其大量地装入真空炉中，以致能提高生产效率。在一些情况下，可能构成一种真空断流器，其只有一个触点，与固定侧或活动侧中的仅仅一个相连。在这种情况下，本实施例的方法可仅应用于与触点相连的那侧。

在这种情况下，本实施例的优点特别大：Cu—Cr作为触点材料，其含有大量的铬(多于重量的20％)，比铜有更大的氧化物形成能力。另外，如果比铬有更大的氧化物形成能力的钛，钒，钽和锆中的至少一种，其成分在触点材料中占重量的至少1％，通过采用本实施例的上述方法，能消除氧化，并能缩短制造工艺所需的时间。

现在描述本发明的第四实施例。在大额定电流的真空断流器的情况下，固定导电轴和活动导电轴必须有大的直径和大的热容量。在这种真空断流器的情况下，在进行上述的真空断流器的最后的气密焊的步骤中，触点焊接部分温度的上升迟于最后气密焊部分的温度。所以，如果作条件选择，以保证触点部分的适当焊接，就有可能使气密焊部分过热。所以，对于在最后气密焊工艺中进行触点部分焊接的焊料，这样的焊料被使用，其比用于真空断流器最后气密焊部分的焊料有更低的熔点。例如，对于最后的气密焊，使用熔点大约为790℃的Ag—Cu共晶焊料，而对于触点部分的焊接，使用熔点大约为720℃的Ag—Cu—In焊料。通过使用这种焊料，按照与第一实施例的焊接最后气密焊部分的相同条件，触点部分的焊接可以没有问题地达到。

另外，在将焊料插入触点和电极之间之后，可以在触点周边的电极部分上进行冲边，以分别保证电极和触点的机械连接。机械连接作为焊接的补充，其被进行以防止触点的位移。通过触点和电极的这种机械连接，能防止在最后的气密焊步骤中触点发生位移，而能提高其可靠性。

也可以在一对电极相互接触的条件下进行最后的气密焊。以这种方式，在触点接触定位的条件下从真空壳外侧加载，而使触点的焊接部分被加载，从而能提高焊接的可靠性。在完成了最后的气密焊步骤之后，真空断流器的触点被打开，并进行一个步骤：使一高于额定容许电压的电压穿过触点。执行这一步骤的原因是：因为在最后的气密焊步骤中，触点是在接触状态，物理地吸附在触点表面的气体可能不会充分地被驱除。当高于普通电压的电压通过触点时，这种气体的吸附通过触点进行放电。于是，通过这种放电能量，能除去吸附在触点表面的气体等，而使所生产的真空断流器有稳定的断路性能。

现在参照图2—4描述本发明的第五实施例。该真空断流器的整体结构与图10所示的相同，所以省略了对其的描述。

图2显示了该实施例的真空断流器的分组装步骤。首先，固定导电轴16和固定突缘12焊接形成真空断流器10的固定侧分组件31。活动导电轴17，波纹管盖19和波纹管18，和活动侧突缘13焊接形成真空断流器10的活动侧分组件32。陶瓷绝缘管11的突起11a由电弧罩20和支承部21夹住，并焊接，以使电弧罩20装在绝缘管11内部，而形成绝缘管分组件33。固定电极14和触点22，活动电极15和触点23分别焊接，而形成电极分组件34，35。在这种情况下，关于构成成分的材料，触点22和23以外的电流通路部分由无氧铜制造。突缘12和13的圆盘部分由不锈合金制造，与陶瓷绝缘管11相连的管形密封环12a和13a由Fe—Ni合金制造。并且，用于分组件的焊料，采用比银和铜共晶成分的熔点(大约790℃)有更高熔点的焊料，例如Ag(重量60％)—Cu(重量40％)合金。在真空密封工序中，使用由这种共晶成分组成的焊料。即，采用这样的焊料，其在真空密封工序(制造真空壳的最后步骤)的温度不熔化，以防止真空密封接合部的脱离。通过在真空下进行焊接使电极分组件34和35被组装，以防止触点的氧化等等。通过在氢气或隋性气体中焊接而使其他分组件被组装。

然后，将活动电极分组件35的活动电极15叠置在活动侧分组件32的活动导电轴17上，它们中间夹有用于焊接活动电极15的银焊料41。绝缘管分组件33叠置在活动分组件32的用于连接绝缘管11的密封环13a上，它们之间放有用于焊接的银焊料42。

将固定电极分组件34的固定电极14叠置在固定侧分组件31的固定导电轴16上，其间放有用于焊接固定电极14的银焊料41，而形成一组件。然后，将所形成的组件叠置在绝缘管分组件33上，在密封环12a和绝缘管11之间放有银焊料42。这里，将固定导电轴16和固定电极14压配合而连接，其中间放有银焊料41。进行压配合是为了当固定侧在上面而进行真空断流器10的整体焊接处理时，防止在处理步骤中电极脱落。当要倒转固定侧和活动侧而要进行整个组件的焊接工序时，活动导电轴17和处于上面的活动侧活动电极15的压配合如上述一样进行。虽然，在本实施例中，固定电极14和触点22是在固定电极分组件34的组装步骤连接，但它们也可以通过将银焊料插入触点22和固定电极14之间而组装，而不是进行固定电极分组件34的组装。用于触点22和固定电极14之间的银焊料由与上述银焊料41相同的材料构成，但形状可以根据触点22的焊接面的尺寸而变化。

图3显示了固定电极14和固定导电轴16焊接部分的大比例的视图。图4显示了真空壳气密焊焊接部分的大比例的视图。如图4所示，将银焊料42插入绝缘管11端部和固定侧与活动侧之间。在绝缘管11的端面进行金属化的处理。对于银焊料42，采用与绝缘管11端面同样内外径的并且厚度为0.3mm的环形银焊料。即，每个端面的焊接面上的银焊料42的量由0.3mm的厚度所确定。银焊料42为波纹形，以允许真空断流器10内部的抽气。相反，如图3所示，对于用于真空壳内部的焊接部分的银焊料41，采用与要焊接的导电轴同样外径的并且厚度为0.1mm的盘形银焊料。即，对于在真空断流器10的轴的垂直方向的焊接面，每个焊接面的银焊料厚度确定为0.1mm。

将由上述插入银焊料而组装各部分分组件而形成的真空断流器组件放入真空炉中。通过真空炉进行真空抽气，然后加热到焊接温度而制成真空断流器10。加热时，通过固定和活动密封环12a，13a和绝缘管11之间的银焊料42而完成真空壳的气密焊。另外，通过在导电轴16，17和电极14，15之间的银焊料41，导电轴16，17和电极14，15分别被焊接。

如上所述，在本实施例中，电极与真空断流器的触点进行分组装，触点由包括例如铬的金属材料组成，其比铜有更大的氧化物形成能力。以此方式，采用仅有电极和触点的分组装，与普通的各种固定侧和活动侧分组件的情况相比，这种分组件的部件数能做的更少，并能减少要进行真空焊的部件体积。由此，能提高真空炉的使用效率，并能保持高度的真空。并且能缩短分组装步骤所要求的时间，所以能减少氧化。于是，能提高真空断流器的制造生产率，并能生产出高可靠性的真空断流器。

并且，在还原能力高于氧化物形成能力的温度下进行分组装时，仅仅电极部分暴露于高温下。而没有结构部件例如轴和/或波纹管和突缘等暴露于高温下。这使其能在一更高的温度下对普通结构的真空断流器进行热处理。即，既使分组装在高温下进行，该步骤也仅对电极和触点进行。以致在不锈钢等部件的情况下，能防止例如降低材料强度等高温热处理的影响，而得到高可靠性的真空断流器。

并且，在不进行触点的分组装的情况下，施加到触点上的高温处理的次数仅有一次。

所以，当触点在最后的气密焊步骤中进行焊接时，真空断流器的制造是方便的。另外，因为触点只有少的氧化，所以断路性能能提高并且稳定。采用普通的方法，触点焊接部分氧化物的形成降低了焊接强度。采用上述的实施例，能防止触点的氧化，所以没有降低触点焊接强度的可能性，这就提高了其可靠性。

其次，在本实施例中，用于绝缘管11端面的银焊料42的厚度相对于绝缘管金属化的端面设定为0.3mm，并且，用于电极和导电轴之间的银焊料41的厚度设定为0.1mm。绝缘管11端面的焊料提供了最后的气密焊部分，用于保持真空壳内部的气密性。通过改变真空气密焊部分和内部的银焊料的量，在各焊接部分的银焊料的热容量能够改变。即，因为相同材料的热容量与质量成正比，所以，通过使用于内部的银焊料的量少于用于气密抽气部分的银焊料的量，能使其热容量少于用于气密抽气部分的银焊料的热容量。由此，在加热时，在内部的银焊料先熔化，在一些延时之后，气密焊部分的银焊料开始熔化。

另外，银焊料包含几十ppm气体，当银焊料熔化时，包含在银焊料中的气体成分作为气体排出。排出的气体排到真空壳内侧，所以其必须被排到真空壳外侧。采用本实施例，真空壳气密部分的银焊料的熔化比内部银焊料的熔化要晚，并且，由于银焊料42的波纹状，真空壳气密焊部分存在有孔。于是，排出的气体通过存在于真空壳气密焊部分的孔被抽出到真空壳的外面。如果真空气密焊部分的银焊料首先熔化而提供气密焊，然后内部的银焊料再熔化，真空壳内部的银焊料熔化所产生的气体将留在那里。为了保持真空壳内部的真空，这些残留的气体必须通过所有各部件进行渗透而被抽出，或必须被吸附在真空壳内的一个吸气器上。应用本实施例，能够达到真空壳内的高真空，而使可靠性得到提高。

下面，描述银焊料41和42的合适的量。如图4所示，在绝缘管11的端面上进行金属化的处理。银焊料42实际上有与金属化处理部分直径相同的尺寸，并有0.15—0.35mm的厚度。对于用于图3所示的电极和导电轴之间的银焊料41，实际上采用与垂直于真空断流器10中轴焊接面相同直径的尺寸。另外，银焊料41的厚度设定在0.02—0.1mm。这些量的设定是由于下述原因。如果在真空壳内银焊料41焊接面的厚度设为大于0.1mm，在焊接部分内易于形成孔隙。其原因如下，在普通的分组装步骤中，通过一夹具重量等所引起的大的压力施加在焊接部分。但是，根据本实施例，真空断流器10内部的轴部分的焊接是在最后的气密焊步骤中进行，以致这个大的重量不能被施加。这一结果显示了用于内部银焊料的合适厚度是0.02—0.1mm。另一方面，如果在绝缘管11两端的银焊料42的厚度少于0.15mm，各密封环12a，13a焊接部分的裙部是小的，其对机械强度有不利的影响。并且，如果其大于0.35mm，银焊料42在突缘12，13的方向从密封环12a，13a有较大的透入。其结果显示了绝缘管11端部的银焊料42厚度的最佳范围处于0.15—0.35mm的范围之中。通过保持在该实施例范围中的银焊料的量，能减少银焊料的缺点和提高可靠性。

下面，描述本发明的第六实施例。在进行气密焊的步骤中，当银焊料在熔化后冷却时，内部焊接部分的银焊料的固化比气密焊部分的银焊料固化更快。通过内部银焊料的固化而完成真空断流器的轴等的焊接。进一步抽空真空壳中的残留气体，直到气密焊部分的银焊料固化。这是因为气体穿过液体内部的穿透速度比穿过固体内部的速度更快。

作为气密焊部分银焊料的延迟固化的方法，陶瓷结构的绝缘管11被加热到与真空断流器10金属部分相同的温度。陶瓷的导热性较低，所以在冷却步骤中，其的冷却比金属慢。以此方法，能使气密焊部分的银焊料的固化迟于内部银焊料的固化。并且能在气密焊部分布置一大的金属质量，例如一夹具。以此方式，通过使用一大质量的夹具，该部分的热容量能更大，而使冷却能被减慢。即使银焊料的固化仅在绝缘管的一端减慢，也能达到与上述实施例几乎相同的好处。

采用本实施例，能容易地制造高真空的真空断流器，并能提高其可靠性。

下面，参照图5描述本发明的第七实施例。图5显示了在最后的气密焊步骤中，操作温度对于时间的变化。在将温度升到最后的气密焊温度之前，在满足例如下列关系的条件下进行预热：0.02×T×M＜H＜0.2×T×M，其中，H(分钟)是预热时间，T(℃)是预热炉温，M(kg)是要焊接的真空断流器的质量。如果预热时间少于上述公式规定的时间，预热时，真空断流器各部件的温度升高，并在最后的焊接工序中出现部分的不均匀。所以产生不充分的熔化部分。相反，如果在最后的焊接温度进行焊接直到所有的银焊料熔化的时间，首先加热到熔化温度的部分在银焊料的真空熔化状态下保持一长时间。当熔化的金属被保持在真空下时，就发生挥发，所以，如果其保持一长时间，银焊料的量就减少了，也就降低了焊接的强度。所以，其必须使焊料保持在最后焊接温度的时间很短。所以，其希望在银焊料熔化的温度下，使所有真空断流器的焊接部分为一均匀的温度。为此，要进行上述条件下的预热。

根据真空断流器的质量，真空断流器的热容量是不同的。其原因是，真空断流器的热容量实际上与真空断流器的质量成正比，因为导电轴部分是由铜构成，而绝缘壳由陶瓷构成。所以，为了在预热时，使真空断流器各部分的温度均匀，所以必须改变预热时间，使之与真空断流器的质量成正比。当质量为5kg和8.5kg的真空断流器在以750℃进行预热之后而被焊接时，就得到下面的结果。在预热时间为120分钟的情况下，真空断流器质量为5kg时，能得到好的焊接状况。然而，当真空断流器的质量为8.5kg时，在预热结束的时间点，真空断流器导电轴部分的温度(在与电极的焊接部分附近)仅达到大约700℃的值，其低于750℃的设定温度。于是，在真空断流器内的银焊接部分能看到大量的孔隙。但是，如果预热时间达到180分钟，在完成预热的时间点，真空断流器的导电轴部分的温度已达到750℃。于是，在真空断流器内的银焊接部分和绝缘管端部的银焊接部分能形成良好的状态。于是，如上所述，通过本实施例的预热时间，能使真空断流器各部件的温度均匀。将加热时间继续增加到上述条件规定的之外，将仅增加加工时间，而降低了工作效率。采用本实施例，能消除银焊接部分的缺陷，并提高可靠性。

下面参照图6描述本发明的第八实施例。图6显示了电极14和导电轴16的剖视图。导电轴16的顶部为一中央凸出形状。中央凸部16a的高度为L1。与之相对的电极14上有一中央凹部14a，其深度为L2。高度L1和深度L2的差选为L=L2—L1=0.1mm。将银焊料43插入凹部14a的底部，并且银焊料44围绕凸部16a的周边放置。银焊料43的厚度选为0.05mm，而银焊料44的厚度选为0.1mm。

在一些情况下，银焊料43厚度的增加使该焊料层变厚并降低焊接强度。另外，因为银焊料层比导电轴的铜有更低的导电性，所以，如果银焊料层太厚，将增加真空断流器端子之间的电阻。而增加导电的能量损失。并且，在设置银焊料的焊接处理之前，以及银焊处理之后，当银焊料熔化并透入周围区域时，使轴和电极的位置不同。在先有技术那样的分组装情况下，由于夹具或类似装置的重量，即使采用厚的银焊料，并在其熔化时渗入周围区域，所得到的银焊料层的厚度小于0.05mm，所以焊接银焊料层的实际上有恒定的尺寸。采用本实施例，因为重量，例如一夹具，不能被应用，所以，当使用普通厚度的银焊料时，由于焊接条件的可变性，就有发生焊接部分尺寸变化的危险。

采用本实施例，关于导电轴银焊料层的厚度，能将在凹部14a底部和凸部16a顶部之间端面(垂直于真空断流器导电轴的面)的部分制为0.05mm。另外，凸部16a的凸出部的周边(在真空断流器轴向的面)能由银焊料44的渗透而焊接。于是，通过凸部16a的顶部和周边的焊接，能提高可靠性，而不致降低焊接强度。

下面参照图7，8和9描述本发明的第九实施例。图7为电极和导电轴焊接部分的剖视图。在图7中，导电轴16的顶部有一中央的凸出部16a。在对面的电极14上，在其中部有一第一凹部14b，在第一凹部14b的中部有一第二凹部14c，第二凹部14c的深度大于0.05mm，其尺寸使第二凹部14c底面积相对于第一凹部14b的底面积的比小于1/2。将银焊料45布置在第二凹部14c并进行焊接。第二凹部14c的深度为0.08mm，所用的银焊料45的尺寸实际上与第二凹部14c尺寸相同，厚度为0.1mm。

采用本实施例，能使银焊料熔化之前和之后的尺寸差为最小。另外，由于布置于第二凹部14c的银焊料45的渗透，在第二凹部14c的周边区域能实现良好的银焊。另外，通过使第二凹部14c的面积小于第一凹部14b面积的1/2，能排除导电性和例如强度等性能变坏的可能性。所以，能容易和良好地进行焊接，以致能提高可靠性。

并且，采用第二凹部，以图8所示的结构能得到同样的好处，其中，在导电轴16顶端中部有一第二凹部16b，用于插入银焊料46。

另外，采用图9所示的结构，能得到同样的好处，其中，第二凹部16c不是形成在中部，而是形成在导电轴16的周边位置，用于放置银焊料47。

并且，通过使凸部和第一凹部的关系与图6的实施例所示的情况相同，除了图7的银焊料45之外，甚至采用图6的有银焊料43和44的结构，也能得到同样的好处。

如上所述，根据本发明，提供了一种真空断流器及其制造方法，其能提高真空断流器的制造生产率。

另外，提供了一种真空断流器及其制造方法，其中，能稳定真空断流器的断路性能。

根据本发明，提供了一种真空断流器及其制造方法，能减少为制造真空断流器而施加到触点上的热处理的次数。

其进一步提供了一种真空断流器及其制造方法，其中，能减少触点的氧化和抗熔合性的变差，由此而提高了真空断流器的可靠性。

本发明可有许多变型，都在本发明的精神范围之中。

Claims (16)

1.一种制造真空断流器的方法，该真空断流器包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，所述绝缘管两端分别由所述金属突缘密封，所述真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离，至少一个触点与至少一个所述电极端面相连，和一对导电轴，包括一固定侧导电轴和一活动侧导电轴，各所述导电轴的一端分别与所述一对电极中之一的背面电接通，其另一端处于所述真空壳之外，分别将所述一对电极中之一与外面接通；该方法包括下述步骤：

制作一固定侧分组件，其包括一所述固定电极，固定侧导电轴，和一固定侧突缘，它们连接为一单元；

制作一活动侧分组件，其包括一所述活动电极，活动侧导电轴，和一活动侧突缘，它们连接为一单元；

制作一绝缘管分组件，其至少包括所述绝缘管；

制作一组件，将用于气密密封的第一焊料插入所述活动侧分组件和绝缘管分组件一端面之间，以及所述绝缘管分组件另一端面和固定侧分组件之间，将至少一种用于触点焊接的第二焊料插入所述至少一个触点和至少一个电极之间，使所述活动侧分组件，绝缘管分组件和固定侧分组件叠置；

在真空炉中对所述组件进行加热和抽气，使所述真空壳内侧排空，并由所述第一焊料和第二焊料进行焊接，由此制成一真空断流器；

由此，在加热和抽气步骤中同时进行所述绝缘管和金属突缘的气密焊和所述至少一个触点和至少一个电极的焊接。

2.一种制造真空断流器的方法，该真空断流器包括：一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，所述绝缘管两端分别由所述金属突缘密封，所述真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离，至少一个触点与至少一个所述电极端面相连，和一对导电轴，包括一固定侧导电轴和一活动侧导电轴，各所述导电轴的一端分别与所述一对电极中之一的背面电接通，其另一端处于所述真空壳之外，分别将所述一对电极中之一与外面接通；该方法包括下述步骤：

制作一固定侧分组件，其包括所述固定侧导电轴，和一固定侧突缘，它们连接为一单元；

制作一活动侧分组件，其包括所述活动侧导电轴，和一活动侧突缘，它们连接为一单元；

制作一绝缘管分组件，其至少包括所述绝缘管；

制作一固定电极分组件，其至少包括所述固定电极；

制作一活动电极分组件，其至少包括所述活动电极；

制作一组件，将用于气密密封的第一焊料插入所述活动侧分组件和绝缘管分组件一端面之间，以及所述绝缘管分组件另一端面和固定侧分组件之间，将用于电极焊接的第二焊料插入所述活动侧分组件和活动电极分组件以及所述固定电极分组件和固定侧分组件之间，使所述活动侧分组件，活动电极分组件，绝缘管分组件，固定电极分组件和固定侧分组件叠置；

在真空炉中对所述组件进行加热和抽气，使真空壳内侧排空，并由所述第一焊料和第二焊料进行焊接，由此制成一真空断流器；

由此，在加热和抽气步骤中同时进行所述绝缘管和金属突缘的气密焊和所述电极和导电轴的焊接。

3.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述触点由主要包括铜和/或银的导电成分和氧化物形成能力大于所述导电成分的材料构成。

4.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述触点由主要包括铜和/或银的导电成分和比所述第二焊料熔点更低的附加成分构成。

5.如权利要求4所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述附加成分包括重量不少于0.1％的铋、碲、硒和锑中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述第二焊料包括熔点低于第一焊料的第二焊接材料。

7.如权利要求6所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述第一焊接材料包括由银和铜的共晶成分组成的合金；

所述第二焊接材料包括一种铟的含量不少于重量5％的合金，所述合金由所述银和铜的共晶成分构成。

8.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：在所述制造一组件的步骤中，将所述第二焊料插入所述触点、电极和导电轴的连接面之间，然后将所述触点、电极和导电轴机械连接。

9.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：每个触点和电极的垂直于导电轴的连接面的截面积上的第二焊料的量少于每个绝缘管和金属突缘连接面截面积上的第一焊料的量。

10.如权利要求9所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：所述第一焊料的量的厚度为0.15-0.35mm，第二焊料的量的厚度为0.02-0.1mm。

11.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：在所述制造一组件的步骤中，所述第二焊料在第一焊料固化之前固化。

12.如权利要求1或2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：在所述制作一组件的步骤中，在最后的气密焊之前进行预热；

进行所述的预热；

首先通过5℃/分钟—20℃/分钟的升温率A加热所述组件至550℃—760℃的预热温度T；

然后在所述预热温度T加热所述组件至一由下例公式确定的加热时间H(分钟)：

0.02×T×M＜H＜0.2×T×M

其中，M(Kg)是所述真空断流器的质量；

第三，通过以一大于所述升温率A的升温率B加热所述组件至一气密焊温度。

13.如权利要求2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：在所述真空断流器中，在所述电极和朝该向电极的导电轴中之一上的焊接表面中部有一凸部，其高度为L1，并在所述电极和朝向该电极的导电轴的另一个上的焊接表面中部有一与所述凸部相对应的凹部，其深度为L2，所述高度L1和深度L2之间的差L为0.05—0.3mm；

在所述制作一组件的步骤中，所述第二焊料包括厚度t1为0.02—0.1mm的第一银焊料，和一厚度t2小于(L＋t1)的第二银焊料；

将所述第二焊料插入，使：

在L1＞L2的情况下，所述第一银焊料布置在凸部的顶部，所述第二银焊料布置在所述凸部的周边部；

在L2＞L1的情况下，所述第一银焊料布置在所述凸部的周边部，所述第二银焊料布置在所述凸部的顶部。

14.如权利要求2所述的制造真空断流器的方法，其特征在于：在所述电极和朝该向电极的导电轴中之一上的焊接表面中部有一第一凸部，其高度为L1，并在所述电极和朝向该电极的导电轴的另一个上的焊接表面中部有一与所述凸部相对应的第一凹部，其深度为L2，所述第一凸部和第一凹部的至少一个有一第二凹部，其深度不小于0.5mm，其底面积不大于所述第一凹部面积的一半；

在所述制作一组件的步骤中，将所述第二焊料插入所述第二凹部中。

15.一种真空断流器，包括：

一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，所述绝缘管两端分别由所述金属突缘密封；

所述真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离；

至少一个触点与至少一个所述电极端面相连；

和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与一对所述电极中之一的背面电接通，其另一端处于所述真空壳之外，分别将所述一对电极中之一与外面接通；

所述电极和朝向所述电极的导电轴中之一在其焊接面中部有一高度为L1的凸部，另一电极和朝向所述电极的导电轴在其焊接面中部有一深度为L2的与所述凸部对应的凹部，所述高度L1和深度L2之间的差L为0.05—0.3mm。

16.一种真空断流器，包括：

一真空壳，其包括一绝缘管和一对金属突缘，包括一固定侧突缘和一活动侧突缘，所述绝缘管两端分别由所述金属突缘密封；

所述真空壳中有一对电极，包括一固定电极和一活动电极，它们能接触和分离；

至少一个触点与至少一个所述电极端面相连；

和一对导电轴，包括一固定导电轴和一活动导电轴，各导电轴的一端分别与所述一对电极中之一的背面电接通，其另一端处于所述真空壳之外，分别将所述一对电极中之一与外面接通；

所述电极和朝向所述电极的导电轴中之一在其焊接面中部有一高度为L1的第一凸部，另一个所述电极和朝向所述电极的导电轴在其焊接面中部有一深度为L2的与所述凸部对应的第一凹部，所述第一凸部和第一凹部的至少一个上有一第二凹部，其深度不小于0.5mm，其底面积不大于所述第一凹部底面积的一半。

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