CN112091398B - 一种高压开关支架的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钨支架制备技术领域，提供一种高压开关支架的制备方法，具体步骤为：通过整体烧结的方式来获得铜钨80合金；通过铸造的方式来获得CuSn12；铜钨80合金通过机加工的方式得到预焊接件导电柱，CuSn12通过机加工的方式得到预焊接件支撑板；彻底清理机加工出的导电柱和支撑板中的油液；用焊接夹具对导电柱和支撑板进行固定装配；抽取真空，设定焊接参数，包括：电子束加速电压、聚焦电流、焊接高度及灯丝电流；采用电子束焊接方式对导电柱和支撑板进行预热处理；用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流向导电柱侧偏移，进行焊接；焊接完成后在焊接室进行保温。

Description

一种高压开关支架的制备方法
技术领域
本发明属于铜钨合金支架制备技术领域，特别提供一种高压开关支架的制备方法。
背景技术
随着高压开关行业不断的发展，对高压开关中的一些组件提出了更高的要求，其中铜钨80钨支架就是重要一个接触元件，铜钨支架的结构包括CuW合金和CuSn12。目前，使得两者成为一个整体的方式可以为钎焊或者整体烧结，但是这两种工艺均有不同的不足。钎焊法焊接这种类型结构的零件，选用银基钎料，焊接时由于没法满足定向凝固条件，在焊接面处易出现焊接气孔、焊接夹层等缺陷，焊接后的性能只能达到母体的70％左右，焊接结合率只能达到75％,并且该问题长期存在。在使用整体烧结方式时，很难获得没有缺陷的结合面良好的钨支架，由于烧结时Sn元素在结合面析出从而影响结合面强度。
综上所述，上述两种方法制备钨支架时均有一定的局限性。因此，需一种新的制造方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压开关支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一：通过整体烧结的方式来获得铜钨80合金；
步骤二：通过铸造的方式来获得CuSn12；
步骤三：铜钨80合金通过机加工的方式得到预焊接件导电柱，CuSn12通过机加工的方式得到预焊接件支撑板；
步骤四：彻底清理机加工出的导电柱和支撑板中的油液；
步骤五：用焊接专用工装对导电柱和支撑板进行固定装配；
步骤六：采用电子束焊接方式对导电柱和支撑板进行预热处理；
步骤七：用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流向导电柱侧偏移，进行焊接；
步骤八：焊接完成后在焊接室进行保温。
步骤九：焊接后对焊缝进行着色探伤检测。
进一步地，所述铜钨80合金其成分的重量比：W:78％-82％，Cu:18％-22％，其中杂质<0.5％。
进一步地，所述CuSn12的分组成为：Cu:85-88.5％，Sn:11-13％，Ni≤2％，其余杂质。
进一步地，步骤四中清理油液的方法为：使用280#对导电柱焊接端表面进行打磨处理，使用400#砂纸对分别对支撑板焊接表面分别进行打磨处理；打磨之后用酒精将导电柱和支撑板擦拭干净，并将导电柱和支撑板放入酒精里浸泡3-5分钟。
进一步地，步骤五中装配间隙小于0.05，错位小于0.2mm。
进一步地，步骤六中的真空度为6×10-2Pa；
进一步地，在步骤六预热和步骤七焊接时，真空度为6×10-2Pa；
预热参数：加速电压：85kV；聚焦：420-450mA；焊接束流：20-30mA；焊接速度：7-10mm/s；
焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：40-70mA；焊接速度：11-14mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
进一步地，步骤八中的偏移距离为0.3mm-0.5mm。
进一步地，步骤九中的最短保温时间为5分钟。
进一步地，通过所述方法制备的高压开关支架的具体结构，导电柱的主体呈圆柱形结构，且沿主体的切线方向设置有长方体凸起；且支撑板为折线结构，折线的角大于90°；支架由导电柱的长方体凸起和支撑板焊接而成。
在对导电柱和支撑板进行焊接时，在导电柱焊接面外侧各设置一小块紫铜，通过在两侧紫铜上进行起弧和收弧，能够有效避免焊缝端头的焊接缺陷。
本发明有益效果:
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明通过用铜钨合金与铸造铜锡进行电子束焊接方法，该方法能够高效率的制备由铜钨合金材料与CuSn12构成的铜钨支架，且在制备过程中不改变铜钨合金材料与CuSn12材料的理化性能，以使焊接结合率能够到达98％。焊接后的无气孔、焊接夹层等缺陷。并且工艺方法简单，效率高，低成本，便于批量生产。
附图说明
图1为本发明提供的导电柱的结构示意图。
图2为本发明提供的支架的剖视图。
图3为本发明提供的夹具的第一视角结构示意图。
图4为本发明提供的夹具的第一视角A-A方向剖视图。
图5为本发明提供的夹具的第三视角结构示意图。
具体实施方式
实施例1
结合附图和具体实施说明能更好的了解本发明。
本发明通过整体烧结的方式获得铜钨80和紫铜的毛坯，通过机加工的方式对毛坯进行加工，继而获得铜钨合金待焊接件导电柱；通过铸造的方式来获得CuSn12原材料，通过机加工的方式获得CuSn12待焊接件支撑板。并将铜钨合金和CuSn12通过加工的方式来满足焊接的形状。
其中，进一步地，所述铜钨80合金其成分的重量比：W:78％-82％，Cu:18％-22％，其中杂质<0.5％。
进一步地，所述CuSn12的分组成为：Cu:85-88.5％，Sn:11-13％，Ni≤2％，其余杂质。
彻底清理机加工出的导电柱和支撑板中的油液；对焊接前的待焊接件进行打磨处理，使焊接表面光滑钨氧化。
需要用280#400#砂纸对分别对铜钨合金紫铜焊接端表面和CuSn12焊接表面分别进行打磨处理，打磨之后用酒精擦拭干净，并且放入酒精里浸泡3-5分钟。通过酒精的浸泡使机加工中的切削液和加工油能彻底的从铜钨合金和CuSn12中彻底清除干净。能避免焊接时的挥发物而产生的气孔。
对铜钨合金和CuSn12焊接件进行装配，保证装配间隙小于0.05，错位小于0.2mm。装配的方式是通过焊接专用工装进行固定，这样不仅能够保证焊接位置的精确，而且更好的保证了间隙和错位。
将装配好的焊接件放入真空焊接室内抽真空，使焊接室内真空度达到6×10-2Pa进行焊接预热。
具体预热参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：20mA；焊接速度：10mm/s。
预热位置为离焊缝处3mm。靠近铸造锡铜12处。并且上聚焦方法进行预热，在CuSn12处直线运动一次。
通过预热能时焊接温度可以提高焊接件温度，降低焊后热量冷却速度，缓解焊缝处应力释放的速度。
对焊接预热完的待焊接件进行焊接，用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流偏向紫铜端0.3mm侧，聚焦表面下聚焦，进行焊接。
具体焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：40mA；焊接速度：14mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
通过下聚焦的方式结合焊接束流对工件焊接，能使小束流的焊接深度达到大束流效果一致，但小束流焊接的好处能是焊接温度低，能更好的避免焊接温度对焊接后的性能的影响。焊接过程中的偏离0.3mm-0.5mm,是为了保证紫铜能够与铸造锡铜融合的过程中铸造锡铜不会出现焊接气孔、焊接断层等缺陷。下聚焦的好处，有利于焊缝成型，焊缝成型表面无凹陷，不需要进行焊缝修饰。高真空焊接也是有利于焊缝成型。
焊接后再焊接室内保留5分钟再取出；能避免焊接后高温快速降低，使焊接后的温度逐步降低，能更好的保证焊接后性能。
最终焊接得到的支架，导电柱的主体呈圆柱形结构，且沿主体的切线方向设置有长方体凸起；且支撑板为折线结构，折线的角大于90°；支架由导电柱的长方体凸起和支撑板焊接而成。
在对导电柱和支撑板进行焊接时，可以直接对两者的焊接面进行焊接，也可以在导电柱焊接面外设置一小块紫铜，通过紫铜到达导电柱和支撑板焊接在一起的目的。
实施例2
与实施1的不同之处在于具体的焊接参数。
本实施例中将装配好的焊接件放入真空焊接室内抽真空，使焊接室内真空度达到6×10-2Pa进行焊接预热。
具体预热参数：加速电压：85kV；聚焦：425mA；焊接束流：23mA；焊接速度：9mm/s。
预热位置为离焊缝处3mm。靠近铸造锡铜12处。并且上聚焦方法进行预热，在CuSn12处直线运动一次。
对焊接预热完的待焊接件进行焊接，用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流偏向紫铜端0.3mm侧，聚焦表面下聚焦，进行焊接。
具体焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：45mA；焊接速度：13mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
实施例3
与实施1的不同之处在于具体的焊接参数。
本实施例中将装配好的焊接件放入真空焊接室内抽真空，使焊接室内真空度达到6×10-2Pa进行焊接预热。
具体预热参数：加速电压：85kV；聚焦：430mA；焊接束流：25mA；焊接速度：8mm/s；
靠近铸造锡铜12处。并且上聚焦方法进行预热，在CuSn12处直线运动一次。
对焊接预热完的待焊接件进行焊接，用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流偏向紫铜端0.3mm侧，聚焦表面下聚焦，进行焊接。
具体焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：50mA；焊接速度：12mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
实施例4
与实施1的不同之处在于具体的焊接参数。
本实施例中将装配好的焊接件放入真空焊接室内抽真空，使焊接室内真空度达到6×10-2Pa进行焊接预热。
具体预热参数：加速电压：85kV；聚焦：440mA；焊接束流：28mA；焊接速度：8mm/s。
靠近铸造锡铜12处。并且上聚焦方法进行预热，在CuSn12处直线运动一次。
对焊接预热完的待焊接件进行焊接，用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流偏向紫铜端0.3mm侧，聚焦表面下聚焦，进行焊接。
具体焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：60mA；焊接速度：12mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
实施例5
与实施1的不同之处在于具体的焊接参数。
本实施例中将装配好的焊接件放入真空焊接室内抽真空，使焊接室内真空度达到6×10-2Pa进行焊接预热。
具体预热参数：加速电压：85kV；聚焦：450mA；焊接束流：30mA；焊接速度：7mm/s。
靠近铸造锡铜12处。并且上聚焦方法进行预热，在CuSn12处直线运动一次。
对焊接预热完的待焊接件进行焊接，用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流偏向紫铜端0.3mm侧，聚焦表面下聚焦，进行焊接。
具体焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：70mA；焊接速度：11mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高压开关支架的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一：通过整体烧结的方式来获得铜钨80合金；
步骤二：通过铸造的方式来获得CuSn12；
步骤三：铜钨80合金通过机加工的方式得到预焊接件导电柱，CuSn12通过机加工的方式得到预焊接件支撑板；
步骤四：导电柱和支撑板焊前处理；
步骤五：用焊接夹具对导电柱和支撑板进行固定装配；
步骤六：采用电子束散焦的方式对导电柱和支撑板进行预热处理；
步骤七：用直线焊接方式进行焊接，焊接工件不动，焊接束流向导电柱侧偏移，进行焊接；
步骤八：焊接完成后在焊接室进行保温；
步骤九：焊接后对焊缝进行着色探伤检测；
在步骤六预热和步骤七焊接时，真空度为6×10-2Pa；
预热参数：加速电压：85kV；聚焦：420-450mA；焊接束流：20-30mA；焊接速度：7-10mm/s；
焊接参数：加速电压：85kV；聚焦：420mA；焊接束流：40-70mA；焊接速度：11-14mm/s；波形：三角波，幅值：1.5mm，频率：20Hz。
2.按照权利要求1所述用于高压开关支架的制备方法，其特征在于，所述铜钨80合金其成分的重量比：W:78％-82％，Cu:18％-22％，其中杂质<0.5％。
3.按照权利要求1所述用于高压开关支架，其特征在于，所述CuSn12的组成为：Cu:85-88.5％，Sn:11-13％，Ni≤2％，其余杂质。
4.按照权利要求1所述用于高压开关支架的制备方法，其特征在于，步骤四中焊前处理为清理油液，其具体方法为：使用280#对导电柱焊接端表面进行打磨处理，使用400#砂纸对支撑板焊接表面分别进行打磨处理；打磨之后用酒精将导电柱和支撑板擦拭干净，并将导电柱和支撑板放入酒精里浸泡3-5分钟。
5.按照权利要求1所述用于高压开关支架的制备方法，其特征在于：步骤五中装配间隙小于0.05mm，错位小于0.2mm。
6.按照权利要求1所述用于高压开关支架的制备方法，其特征在于：步骤七中的偏移距离为0.3mm-0.5mm。
7.按照权利要求1所述用于高压开关支架的制备方法，其特征在于：步骤八中的最短保温时间为5分钟。
8.一种按照用于权利要求1-7任一项所述方法制备的高压开关支架，其特征在于：导电柱的主体呈圆柱形结构，且沿主体的切线方向设置有长方体凸起；且支撑板为折线结构，折线的角大于90°；支架由导电柱的长方体凸起和支撑板焊接而成。
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