CN112908734A - 一种大电流断路器触头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大电流断路器触头及其制备方法，方法包括以下步骤：将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾利用电子束焊小功率预热，然后电子束焊焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。本发明提供的方法将石蜡、镍与钨粉混合，改变了粒度分布及提高了钨粉孔隙度，作为钨骨架坯，再渗入铜，制得铜钨合金作为焊头，经时效处理的铬锆铜合金为焊尾，采用电子束焊接方法，使得到的大电流断路器触头在焊缝处的硬度提高。
Description
技术领域
本发明属于电触头领域，尤其涉及一种大电流断路器触头及其制备方法。
背景技术
高压电触头是高压断路器、开关柜、隔离开关、接地开关的重要部件，其性能直接影响这些高压电器的质量及使用寿命。
目前使用的弧触头以CuW/T2和CuW/QCr0.5合金结构为主，而在大电流发电机断路器的触头中采用CuW/QCr0.5合金结构的触头，在高电压大电流实验过程中，明显有铬铜部分热膨胀大、高温软化，强度降低的现象，至使试验很难通过。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大电流断路器触头及其制备方法，该方法制备的触头具有较高的硬度。
本发明提供了一种大电流断路器触头的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；
将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热，然后电子束焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。
优选地，所述电子束焊接的电压为75～85V，电子束焊接的束流为110～130mA，电子束焊接的聚焦电流为520～600mA，电子束焊接的时间为30～45s。
优选地，所述烧结的温度为1340～1360℃；烧结的时间为11～13h。
优选地，所述预热的温度为200～300℃。
优选地，所述时效处理的温度为400～500℃；时效处理的时间为110～130min。
优选地，所述预热的过程包括：
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾的非焊缝处采用焊接电压45～60V，焊接束流55～70mA下焊接20～45秒。
优选地，所述钨粉与石蜡、镍的质量比为1000～2000：15～40：3～7。
本发明提供了一种上述技术方案所述制备方法制备的大电流断路器触头。
本发明提供了一种大电流断路器触头的制备方法，包括以下步骤：将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾利用电子束焊小功率预热，然后电子束焊焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。本发明提供的方法将石蜡、镍与钨粉混合，改变了粒度分布及提高了钨粉孔隙度，作为钨骨架坯，再渗入铜，制得铜钨合金作为焊头，经时效处理的铬锆铜合金为焊尾，采用电子束焊接方法，使得到的大电流断路器触头在焊缝处的硬度提高。实验结果表明：本发明提供的方法制备的触头的焊缝处的硬度≥90HB。
附图说明
图1为本发明提供的大电流断路器触头外观照片图。
具体实施方式
本发明提供了一种大电流断路器触头的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与丁石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；
将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热，然后电子束焊焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。
本发明提供的方法将石蜡、镍与钨粉混合，改变了粒度分布及提高了钨粉孔隙度，作为钨骨架坯，再渗入铜，制得铜钨合金作为焊头，经时效处理的铬锆铜合金为焊尾，采用电子束焊接方法，使得到的大电流断路器触头在焊缝处的硬度提高。
本发明将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头。
在本发明中，所述钨粉、石蜡和镍的质量比优选为1000～2000：15～40：3～7；具体实施例中，钨粉、石蜡和镍的质量比具体为1000:26.5：3。石蜡和镍的加入改变了钨粉的粒度分布及提高了钨粉孔隙度，利于后期铜渗入，提高铜钨合金性能，使其符合国标GB8320要求。高熔点的钨骨架保证触头的耐磨强度、抗电弧烧蚀，铜不仅提高导电、导热和改进加工性能，而且在电弧高温蒸发时可吸收大量热量，改善使用条件和降低电蚀作用。
本发明优选将钨骨架坯与T2铜棒粘结后进行烧结；钨骨架坯中孔隙率占30％；T2铜棒在烧结条件下渗透到钨骨架坯中，将钨骨架坯中的孔隙填满。为了能将钨骨架坯中的孔隙填满，渗入前T2铜棒的质量要多余渗入钨骨架坯中铜的质量。在本发明中，所述烧结的温度优选为1340～1360℃，更优选为1345～1355℃；烧结的时间优选为11～13h，更优选为11.5～12.5h。具体实施例中，烧结的温度为1350℃，烧结的时间为12h。
烧结后得到的产物中铜饱和度很高，产品性能满足国标GB8320要求。
本发明对烧结后产品进行普通车床机加工，得到铜钨合金焊头。
本发明将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾。在本发明中，所述铬锆铜固态合金中铬含量为0.1～0.8wt％，锆含量为0.1～0.6wt％，余量为铜。所述铬锆铜固态合金经时效处理后硬度、强度、导电性和导热性均显著提高，易于焊接；所述时效处理的温度优选为400～500℃；时效处理的时间优选为110～130min。
得到铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾后，本发明将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热，然后电子束焊焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。
在本发明中，所述电子束焊接的电压为75～85V，电子束焊接的束流为110～130mA，电子束焊接的聚焦电流为520～600mA，电子束焊接的时间为30～45s。电子束焊接在真空条件下进行。具体实施例中，电子束焊接的电压为84V，束流为130mA，聚焦电流为535mA，电子束焊接的时间为44s；或电子束焊接，所述电子束焊接的电压为85V，电子束焊接的束流为125mA，电子束焊接的聚焦电流为520mA，电子束焊接的时间为42s。
本发明为了利于焊接，对所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热；所述预热的温度优选为200～300℃，更优选为230～280℃，最优选为245～250℃。具体实施例中，预热的温度为245℃或250℃。本发明优选采用小功率电子束焊接。所述预热的过程优选包括：
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾的非焊缝处采用焊接电压45～60V，焊接束流55～70mA下焊接20～45秒。具体实施例中，所述预热过程中电子束焊接电压优选为45V，焊接束流60mA下焊接38s；或所述预热过程中电子束焊接电压优选为47V，焊接束流59mA下焊接38s。
本发明通过控制电子束焊接的各个参数，使得焊缝小，焊接深度大、焊接速度快，保证了铬锆铜合金在焊接后硬度变化在5毫米范围内；还保证了与铜钨合金结合面可靠。实验结果表明，电子束焊接后焊缝处5毫米范围内硬度为65～80HB，5毫米范围外硬度为110～120HB。
本发明在电子束焊接后进行冷挤压；所述冷挤压优选采用100吨油压机对焊接后产品进行挤压2.5～3毫米。冷挤压产生的变形主要在焊缝处，
本发明提供了一种上述技术方案所述制备方法制备的大电流断路器触头。
本发明提供的大电流断路器触头的焊缝处的硬度≥90HB。在1100～1200℃下大电流断路器触头整体不会发软。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种大电流断路器触头及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将1000g钨粉与26.5g石蜡、3g镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和800g T2铜棒粘结后在1350℃下烧结12h，机加工，得到铜钨合金焊头；
将铬锆铜固态合金在400～500℃下时效处理2h，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾的非焊缝处采用小功率电子束焊焊接电压45V，焊接束流60mA下焊接38秒，预热至245℃，然后电子束焊接，所述电子束焊接的电压为85V，电子束焊接的束流为125mA，电子束焊接的聚焦电流为520mA，电子束焊接的时间为42s；然后对电子束焊接产品采用100吨油压机进行冷挤压2.5～3毫米，挤压后主要变形在焊缝处，得到大电流断路器触头。
图1为本发明提供的大电流断路器触头外观照片图。
本发明对大电流断路器触头采用相控阵超声波检测。
本发明采用布氏硬度检测方法对大电流断路器触头的硬度进行检测，检测结果为：焊缝处的硬度为91HB。
实施例2
将1000g钨粉与26.5g石蜡、3g镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和792g T2铜棒粘结后在1350℃下烧结12h，机加工，得到铜钨合金焊头；
将铬锆铜固态合金在400～500℃下时效处理2h，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾的非焊缝处采用焊接电压47V，焊接束流59mA下焊接38秒，预热至250℃，然后电子束焊接，所述电子束焊接的电压为84V，电子束焊接的束流为130mA，电子束焊接的聚焦电流为535mA，电子束焊接的时间为44s；然后对电子束焊接产品采用100吨油压机进行冷挤压2.5～3毫米，挤压后主要变形在焊缝处，得到大电流断路器触头。
图1为本发明提供的大电流断路器触头外观照片图。
本发明对大电流断路器触头采用相控阵超声波检测。
本发明采用布氏硬度检测方法对大电流断路器触头的硬度进行检测，检测结果为：焊缝处的硬度为93HB。
由以上实施例可知，本发明提供了一种大电流断路器触头的制备方法，包括以下步骤：将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热，然后电子束焊焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。本发明提供的方法将丁纳橡胶、石蜡、镍与钨粉混合，改变了粒度分布及提高了钨粉孔隙度，作为钨骨架坯，再渗入铜，制得铜钨合金作为焊头，经时效处理的铬锆铜合金为焊尾，采用电子束焊接方法，使得到的大电流断路器触头在焊缝处的硬度提高。实验结果表明：本发明提供的方法制备的触头的焊缝处的硬度≥90HB。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大电流断路器触头的制备方法，包括以下步骤：
将钨粉与石蜡、镍混合，压型得钨骨架坯；钨骨架坯和铜棒粘结后烧结，机加工，得到铜钨合金焊头；
将铬锆铜固态合金时效处理，机加工，得到铬锆铜合金焊尾；
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾预热，然后电子束焊接，冷挤压，得到大电流断路器触头。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子束焊接的电压为75～85V，电子束焊接的束流为110～130mA，电子束焊接的聚焦电流为520～600mA，电子束焊接的时间为30～45s。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为1340～1360℃；烧结的时间为11～13h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为200～300℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述时效处理的温度为400～500℃；时效处理的时间为110～130min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预热的过程包括：
将所述铜钨合金焊头和铬锆铜合金焊尾的非焊缝处采用焊接电压45～60V，焊接束流55～70mA下焊接20～45秒。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钨粉与石蜡、镍的质量比为1000～2000：15～40：3～7。
8.一种权利要求1～7任一项所述制备方法制备的大电流断路器触头。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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