CN116913726A - 一种真空开关管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及真空开关管技术领域，具体涉及一种真空开关管，包括瓷筒壳体、屏蔽罩，瓷筒壳体为单节的一体式结构，瓷筒壳体的内壁中间处设有环形凸台，环形凸台的表面设有金属化钎焊层，屏蔽罩上设有与环形凸台抵接的限位环台，屏蔽罩上设有薄壁焊接段，限位环台的阶面以及薄壁焊接段分别与环形凸台表面上的金属化钎焊层通过钎焊固定连接。本发明瓷筒壳体为单节结构，避免多节钎焊，通过瓷筒壳体内壁的环形凸台与限位环台配合定位并通过钎焊固定连接，环形凸台表面的金属化钎焊层便于实现与屏蔽罩之间的钎焊，避免焊接处应力大导致屏蔽罩脱落或瓷筒壳体开裂漏气的质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及真空开关管技术领域，具体涉及一种真空开关管。
背景技术
真空开关管，是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生。真空断路器作为环保、绿色的电力产品，在电网中得到越来越广泛的应用，而真空开关管为真空断路器的核心元件。
真空开关管包括壳体，壳体内布置有配合使用的动触头和静触头，另外，在壳体内壁上还设有罩设于动触头及静触头外侧的屏蔽罩，以形成可靠屏蔽防护。在装配屏蔽罩时，屏蔽罩为金属材质，壳体为陶瓷材质，屏蔽罩与壳体之间通过高温钎焊的方式直接焊接时，由于金属材料与陶瓷材质膨胀系数不一样，钎焊处的焊接应力较大，导致焊接部位易脱落甚至导致瓷壳开裂，容易造成开裂、漏气的现象，装配效率低。
现有技术中如图7所示，真空开关管内置的屏蔽罩通过两节瓷壳之间的中封环与瓷壳钎焊固定连接。采用两节瓷壳结构，由于存在两个钎焊面，增加了漏气的风险，另外，两节瓷壳在钎焊时也容易出现不同轴的现象。
在现有技术中存在如授权公告号为CN217881304U的实用新型专利，其公开了三个所述瓷筒自上而下依次设置，中部瓷筒(6)顶部和底部均设有中封环（14），屏蔽筒（5）通过中封环（14）与瓷筒(6)钎焊固定。多节瓷筒结构在钎焊时容易出现不同轴的现象，另外钎焊面处容易出现漏气的现象。
发明内容
本发明提供一种真空开关管，以解决瓷筒壳体与屏蔽罩焊接处应力大导致屏蔽罩脱落或瓷筒壳体开裂漏气的质量问题。
为解决上述问题，本发明提供的一种真空开关管采用如下技术方案：
包括沿上下方向延伸的瓷筒壳体，其内布置有用于配合使用的动导电杆和静导电杆，两导电杆的相向端分别设有用于接触、开断的导电触头，所述瓷筒壳体内还设有沿上下方向延伸的且用于罩设在两导电触头外的屏蔽罩；
所述瓷筒壳体为单节的一体式结构，所述瓷筒壳体的内壁中间处一体设置有环形凸台，环形凸台的上端表面以及内周表面设有金属化钎焊层；
所述屏蔽罩上设有抵接在所述环形凸台端面上的限位环台，所述屏蔽罩具有与所述环形凸台的内周面对应的薄壁焊接段，该薄壁焊接段上端与所述限位环台一体邻接，所述屏蔽罩具有与所述薄壁焊接段下端一体邻接的下罩段，所述薄壁焊接段的外周面与所述下罩段的外周面平齐，所述薄壁焊接段的内径尺寸大于所述下罩段的内径尺寸以形成薄壁结构；
所述限位环台的台阶面以及薄壁焊接段分别与所述环形凸台上的金属化钎焊层钎焊固定连接。
采用上述技术方案，瓷筒壳体为单节结构，避免多节钎焊，且避免多节不同轴的问题，通过瓷筒壳体内壁的环形凸台与限位环台配合定位并通过钎焊固定连接，由于金属材料与陶瓷材料的膨胀系数不一样，环形凸台表面的金属化钎焊层便于实现与屏蔽罩之间的钎焊，避免焊接处应力大导致屏蔽罩脱落或瓷筒壳体开裂漏气的质量问题。
进一步地，所述环形凸台的下端面为斜坡面以加强环形凸台的支撑强度。
进一步地，所述环形凸台的壁厚与所述环形凸台表面的金属化钎焊层的厚度比为770∶3~770∶4。
采用上述技术方案，通过控制环形凸台以及金属化钎焊层的厚度，一方面保证金属化钎焊层在陶瓷材质的环形凸台上的附着强度，另一方面实现陶瓷材质的环形凸台的可焊性。金属化钎焊层的厚度优选30到40微米，此时，金属表面层表面镀镍后与屏蔽罩钎焊强度最佳，小于30微米强度开始降低，大于40微米密封面漏气率会提高。
进一步地，所述环形凸台的上端面与瓷筒壳体的内壁之间形成有倒角，所述倒角的表面为非焊接的瓷壳面。
采用上述技术方案，通过设置倒角以及倒角处不设金属化钎焊层，一方面保证环形凸台能承受较大的焊接应力，同时避免该处厚度突变，瓷筒壳体产生应力集中形成微裂纹。
进一步地，所述金属化钎焊层包括涂膏层以及设于涂膏层表面的金属电镀层，所述金属电镀层的表面为非抛光面。
进一步地，所述瓷筒壳体的外表面设有间隔排列的波纹槽，所述瓷筒壳体的外表面与环形凸台相对的部分为平直段。
采用上述技术方案，平直段结构设计，提高瓷筒壳体焊接处的结构强度，避免焊接处易开裂。
进一步地，所述屏蔽罩的材质为电工纯铁DT2，所述屏蔽罩上下罩段的厚度不小于1mm。
进一步地，所述薄壁焊接段的厚度与下罩段的厚度比为6∶10~6∶12，所述薄壁焊接段的长度与环形凸台内周面的直壁长度一致。
采用上述技术方案，屏蔽罩采用电工纯铁DT2，硬度较大，高温钎焊时金属材料与陶瓷材料的膨胀系数不一样，钎焊处的焊接应力较大，导致焊接部位易脱落甚至导致瓷壳开裂，所以采用了在屏蔽罩焊接处将材料车薄的设计，解决了焊接处应力大导致屏蔽罩脱落或瓷筒壳体开裂漏气的质量问题。
真空开关管早期的屏蔽罩采用无氧铜材料，现采用电工纯铁DT2降低成本，但电工纯铁DT2相对无氧铜的硬度和强度较大，采用车薄处理形成薄壁焊接段，达到缓解应力、降低漏气风险的目的。
进一步地，所述动导电杆上套放有密封设于瓷筒壳体端部的动端盖，所述静导电杆上套放有密封设于瓷筒壳体端部的静端盖。
进一步地，所述瓷筒壳体与屏蔽罩通过钎焊固定连接，所述瓷筒壳体内壁的环形凸台表面做金属化处理形成金属化钎焊层，所述屏蔽罩上与环形凸台相对的直壁部分经过车薄形成薄壁焊接段。
真空开关管放入真空钎焊炉内进行一次封排钎焊时实现所述瓷筒壳体与屏蔽罩之间的钎焊固定连接，其中，通过真空钎焊炉进行高温钎焊时，炉内温度达到650℃后保温60min再继续升温，使得炉内温度更加均匀，待炉内温度上升至770℃后保温30min再继续升温，升温至830℃后保温20min至焊料完全熔化，随后自然降温至500℃，待温度降低至500℃时充入高纯氮气快速降温，待温度降低至不高于60℃时出炉即可。
进一步地，真空开关管通过真空钎焊炉进行钎焊时，真空钎焊炉内的真空度不低于3×10-3Pa。
本发明所提供的一种真空开关管的有益效果是：瓷筒壳体为单节结构，避免多节钎焊，且避免多节不同轴的问题，通过瓷筒壳体内壁的环形凸台与限位环台配合定位并通过钎焊固定连接，由于金属材料与陶瓷材料的膨胀系数不一样，环形凸台表面的金属化钎焊层便于实现与屏蔽罩之间实现钎焊，且采用了在屏蔽罩焊接处将材料车薄的设计，解决了焊接处应力大导致瓷筒壳体与屏蔽罩焊接处脱落或瓷筒壳体焊接处开裂漏气的质量问题。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1为本发明一种真空开关管的剖视图；
图2为图1中区域A的局部放大图；
图3为本发明中瓷筒壳体的剖视图；
图4为图3中区域B的局部放大图；
图5为本发明中屏蔽罩的剖视图；
图6为图5中区域C的局部放大图；
图7为现有技术两节瓷壳结构与屏蔽罩配合钎焊连接的剖视图；
图8为本发明真空开关管进行一次封排钎焊工艺的温度-时间曲线图。
附图标记说明：
1、瓷筒壳体；11、波纹槽；12、平直段；13、环形凸台；131、倒角；15、金属化钎焊层；2、动端盖；3、静端盖；4、动导电杆；41、动触头；5、静导电杆；51、静触头；6、屏蔽罩；61、限位环台；611、阶面；62、薄壁焊接段；63、下罩段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域技术人员应知，下面所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中的任何元素数量均用于示例而非限制，以及任何命名都仅用于区分，而不具有任何限制含义。
真空开关管是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是：通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
本发明所提供的一种真空开关管的实施例1：
如图1至图6所示，
包括沿上下方向延伸的瓷筒壳体1，其内布置有用于配合使用的动导电杆4和静导电杆5，两导电杆的相向端分别设有用于接触、开断的导电触头，所述瓷筒壳体1内还设有沿上下方向延伸的且用于罩设在两导电触头外的屏蔽罩6，所述动导电杆4上套放有密封设于瓷筒壳体1端部的动端盖2，所述静导电杆5上套放有密封设于瓷筒壳体1端部的静端盖3。
具体使用时，动导电杆4的动触头41和静导电杆5的静触头51连接，屏蔽罩6可以通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生。
所述瓷筒壳体1为单节的一体式结构，瓷筒壳体1为单节结构，避免多节钎焊，且避免多节不同轴的问题。
所述瓷筒壳体1的内壁中间处一体设置有环形凸台13，环形凸台13的上端表面以及内周面设有金属化钎焊层15。
实践生产时，金属化钎焊层15的厚度优选30微米到40微米，此时，金属表面层镀镍后与屏蔽罩6钎焊强度最佳，小于30微米强度开始降低，大于40微米密封面漏气率会提高。
所述金属化钎焊层15包括涂膏层以及设于涂膏层表面的金属电镀层，所述金属电镀层的表面为非抛光面。
具体为，将锰粉、钼粉及相关氧化物混合制成膏剂涂在环形凸台13的表面形成涂膏层，烧结后表面形成玻璃相，同时部分金属氧化物被还原，产生金属表面层，然后在金属表面层上镀一层金属镍层，金属镍层的表面不做抛光处理。
通过控制环形凸台13以及金属化钎焊层15的厚度，一方面保证金属化钎焊层15在陶瓷材质的环形凸台13上的附着强度，另一方面实现陶瓷材质的环形凸台13的可焊性。
所述屏蔽罩6的材质为电工纯铁DT2，所述屏蔽罩6的壁厚为1.2mm，薄壁焊接段62的厚度为0.6mm。所述屏蔽罩6上设有抵接在所述环形凸台13端面上的限位环台61，所述屏蔽罩6具有与所述环形凸台13的内周面对应的薄壁焊接段62，该薄壁焊接段62上端与所述限位环台61一体邻接，所述屏蔽罩6具有与所述薄壁焊接段62下端一体邻接的下罩段63，所述薄壁焊接段62的外周面与所述下罩段63的外周面平齐，所述薄壁焊接段62的内径尺寸大于所述下罩段63的内径尺寸以形成薄壁结构；
所述限位环台61的台阶面611以及薄壁焊接段62分别与所述环形凸台13上的金属化钎焊层15钎焊固定连接。
屏蔽罩采用电工纯铁DT2，硬度较大，高温钎焊时金属材料与陶瓷材料的膨胀系数不一样，钎焊处的焊接应力较大，导致焊接部位易脱落甚至导致瓷壳开裂，所以采用了在屏蔽罩焊接处将材料车薄的设计，解决了焊接处应力大导致瓷筒壳体与屏蔽罩焊接处脱落或瓷筒壳体焊接处开裂漏气的质量问题。
其中，所述环形凸台13的下端面为斜坡面以加强环形凸台13的支撑强度，斜坡面上不设金属化钎焊层15，斜坡面的坡面斜度为15°。所述环形凸台13的上端面与瓷筒壳体1的内壁之间形成有倒角131，所述倒角131的表面为非焊接的瓷壳面，即倒角131的表面不设金属化钎焊层15。
通过设置倒角以及倒角处不设金属化钎焊层15，一方面保证环形凸台13能承受较大的焊接应力，同时避免该处厚度突变，瓷筒壳体1产生应力集中形成微裂纹。
其中，所述瓷筒壳体1的外表面设有间隔排列的波纹槽11，所述瓷筒壳体1的外表面与环形凸台13相对的部分为平直段12。
平直段结构设计，提高瓷筒壳体焊接处的结构强度，避免焊接处易开裂。
其中，所述瓷筒壳体1与屏蔽罩6通过钎焊固定连接，所述瓷筒壳体1内壁的环形凸台13表面做金属化处理形成金属化钎焊层15，所述屏蔽罩6上与环形凸台13相对的直壁部分车薄形成薄壁焊接段62，所述限位环台61形成的阶面611以及薄壁焊接段62与环形凸台13表面上的金属化钎焊层15通过钎焊固定连接。
通过在陶瓷材质的环形凸台13表面做金属化处理形成金属化钎焊层15，降低环形凸台13与金属材质的屏蔽罩6的焊接难度，同时，所述屏蔽罩6上与环形凸台13相对的直壁部分车薄形成薄壁焊接段62，解决了焊接处应力大导致真空管屏蔽罩脱落或开裂漏气的质量问题。
需要说明的是，对于外径尺寸较大的瓷筒壳体，其相匹配的屏蔽罩尺寸也较大。高温钎焊时，采用电工纯铁的屏蔽罩比陶瓷壳体的膨胀系数要大，绝对变形量大，而且两种材料变形的温区也不一致，导致大尺寸的真空开关管屏蔽罩和瓷筒壳体的焊接应力更加凸显，通过对屏蔽罩钎焊处的车薄处理，有效缓解了焊接处应力大的问题。
如图8所示，真空开关管放入真空钎焊炉内进行一次封排钎焊时实现所述瓷筒壳体1与屏蔽罩6之间的钎焊固定连接，其中，通过真空钎焊炉进行高温钎焊时，炉内温度达到650℃后保温60min再继续升温，使得炉内温度更加均匀，待炉内温度上升至770℃后保温30min再继续升温，升温至830℃后保温20min至焊料完全熔化，随后自然降温至500℃，待温度降低至500℃时充入高纯氮气快速降温，待温度降低至不高于60℃时出炉即可。
真空开关管通过真空钎焊炉进行钎焊时，真空钎焊炉内的真空度不低于3×10- 3Pa。
真空状态下，构成真空开关管的金属零件在500℃左右时具有较明显的放气量，真空钎焊炉内设置真空度的下限，以保证炉内有足够的真空度，保证包括屏蔽罩6在内的金属零件充分放气，真空炉内的真空度低于3×10-3Pa时会自动保持，直到炉内高于这个真空度才执行后续工艺。
本实施例的真空开关管，屏蔽罩与瓷筒壳体之间焊接处不易发生脱落，且瓷筒壳体内壁环形凸台13处无开裂现象，采用氦质谱检漏仪检测无漏气现象。
对比例
对比例与实施例1的区别在于屏蔽罩不做车薄处理，屏蔽罩与瓷筒壳体之间焊接处易发生脱落，采用氦质谱检漏仪检测，瓷筒壳体内壁环形凸台处开裂引起漏气的频次较高。
综上所述，通过屏蔽罩焊接处的车薄处理，有效缓解焊接处应力大的问题，解决了焊接处应力大导致瓷筒壳体与屏蔽罩焊接处脱落或瓷筒壳体焊接处开裂漏气的质量问题。
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
另外，在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体地限定。
Claims (10)
1.一种真空开关管，包括沿上下方向延伸的瓷筒壳体（1），其内布置有用于配合使用的动导电杆（4）和静导电杆（5），两导电杆的相向端分别设有用于接触、开断的导电触头，所述瓷筒壳体（1）内还设有沿上下方向延伸的且罩设在两导电触头外的屏蔽罩（6）；
其特征在于，所述瓷筒壳体（1）为单节的一体式结构，所述瓷筒壳体（1）的内壁中间处一体设置有环形凸台（13），环形凸台（13）的上端表面以及内周面设有金属化钎焊层（15）；
所述屏蔽罩（6）上设有抵接在所述环形凸台（13）端面上的限位环台（61），所述屏蔽罩（6）具有与所述环形凸台（13）的内周面对应的薄壁焊接段（62），该薄壁焊接段（62）上端与所述限位环台（61）一体邻接，所述屏蔽罩（6）具有与所述薄壁焊接段（62）下端一体邻接的下罩段（63），所述薄壁焊接段（62）的外周面与所述下罩段（63）的外周面平齐，所述薄壁焊接段（62）的内径尺寸大于所述下罩段（63）的内径尺寸以形成薄壁结构；
所述限位环台（61）的台阶面（611）以及薄壁焊接段（62）分别与所述环形凸台（13）上的金属化钎焊层（15）钎焊固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种真空开关管，其特征在于，所述环形凸台（13）的下端面为斜坡面。
3.根据权利要求2所述的一种真空开关管，其特征在于，所述环形凸台（13）的壁厚与所述环形凸台（13）表面的金属化钎焊层（15）的厚度比为770∶3~770∶4。
4.根据权利要求3所述的一种真空开关管，其特征在于，所述环形凸台（13）的上端面与瓷筒壳体（1）的内壁之间形成有倒角（131），所述倒角（131）的表面为瓷壳面。
5.根据权利要求3所述的一种真空开关管，其特征在于，所述金属化钎焊层（15）包括涂膏层以及设于涂膏层表面的金属电镀层，所述金属电镀层的表面为非抛光面。
6.根据权利要求2所述的一种真空开关管，其特征在于，所述瓷筒壳体（1）的外表面设有间隔排列的波纹槽（11），所述瓷筒壳体（1）的外表面与环形凸台（13）相对的部分为平直段（12）。
7.根据权利要求1所述的一种真空开关管，其特征在于，所述屏蔽罩（6）的材质为电工纯铁DT2，所述屏蔽罩（6）上下罩段（63）的厚度不小于1mm。
8.根据权利要求7所述的一种真空开关管，其特征在于，所述薄壁焊接段（62）的厚度与下罩段（63）的厚度比为6∶10~6∶12，所述薄壁焊接段（62）的长度与环形凸台（13）内周面的直壁长度一致。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种真空开关管，其特征在于，所述瓷筒壳体（1）与屏蔽罩（6）之间通过真空钎焊炉钎焊固定连接，所述瓷筒壳体（1）内壁的环形凸台（13）表面做金属化处理形成金属化钎焊层（15），所述屏蔽罩（6）上与环形凸台（13）相对的直壁部分经过车薄后形成薄壁焊接段（62）；
真空开关管放入真空钎焊炉内进行一次封排钎焊时实现所述瓷筒壳体（1）与屏蔽罩（6）之间的钎焊固定连接，其中，通过真空钎焊炉进行高温钎焊时，炉内温度达到650℃后保温60min再继续升温，使得炉内温度更加均匀，待炉内温度上升至770℃后保温30min再继续升温，升温至830℃后保温20min至焊料完全熔化，随后自然降温至500℃，待温度降低至500℃时充入高纯氮气快速降温，待温度降低至不高于60℃时出炉即可。
10.根据权利要求9所述的一种真空开关管，其特征在于，真空开关管通过真空钎焊炉进行钎焊时，真空钎焊炉内的真空度不低于3×10-3Pa。
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