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中频钎焊在高压开关触头焊接中的应用

2011/7/19/14:16来源:中国焊接资讯网

安西电高压开关有限责任公司焊接车间    梁    谦

作者简介:梁谦(1970-),男,1995年毕业于太原科技大学(原太原重型机械学院),热加工(焊接)专业,目前在西安西电高压开关有限责任公司工作,焊接车间主任,高级工程师。  

摘    要:触头元件由紫铜(铬铜)与(CuW70)组成,在开关设备中起着关键作用,承受高温、高压、耐磨,并有一定的强度要求。其焊接质量的好坏直接关系到开关产品质量的优劣。我厂对触头焊接过去都是采用火焰钎焊,效率低、成本高、合格率低,严重地制约着生产。为了解决这个难题,通过大量工艺试验和详细论证认为,高速局部加热,氧化少、硬度降低小、效率高的中频感应加热是触头焊接的最有效的方法。

关键词:钎焊;润湿性;钎着率;探伤  

1    设    备         火焰加热时出现硬度、强度降低等问题,我们选用KGPS-8100型号的中频感应加热装置作为热源进行钎焊加热。该设备加热范围窄、氧化少、效率高,容易实现自动控制,是理想的钎焊电源。

1.1    设备主要参数         输入电压    380V±10%         额定输出电压    700V         输出功率    50~100kW         输出频率    8kHz         装置效率    ﹥90%         冷却水压力    0.1~0.2MPa

1.2    控制系统         该系统由整流电路、送变电路和控制电路组成。通过电位器可调节输出功率大小,用脚踏开关控制加热过程。

1.3    供水系统  

        在该设备中,由于可控硅(晶闸管)、电容器、电抗器及感应线圈等均为发热元件,工作时必须有水进行冷却,保持水路畅通及合适的水压非常重要。

1.4    感应线圈

        感应线圈在设备中,直接把电能转化为热能。钎焊时根据不同零件可选择不同规格和匝数的感应线圈。

2    工艺试验

2.1    接头型式

        从构件的工作状态(或使用)要求,钎料的合理放置,分合闸时所承受的冲击力和剪切力等方面考虑,将触头设计成图1的型式。上部为铜钨(CuW70),下部为紫铜(T2-Y)。

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2.2    焊接材料

         正确选择钎料是保证获得优质钎焊接头的关键。试验中选用BAg45CuZn 银基钎料进行钎焊,其钎焊温度为745 ~845℃。

         为了使用方便,钎剂选用糊状钎剂(QJ112)。

2.3    钎料对紫铜、钨铜的润湿性

        钎焊是钎料与两部分母材发生浸润,从而渗透到母材金属中,以达到原子间的结合。润湿性受材料表面清洁度、表面形状等因素影响,更重要的是受材料本身属性所决定。通过一系列工艺试验和拉力试验,发现在其它相同条件下,钎料对紫铜的浸润性较好,而对铜钨的浸润性很差。以拉力试验情况看(见附表),几乎未发生断裂就将铜钨全部或部分拉出,铜钨钎焊面(特别是周向圆柱面)几乎不浸润,抗拉强度一般不超过150kN。可见,提高铜钨润湿性便成为钎焊的首要问题。

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        大量调研,我们先后利用氯化盐溶液,某酸及电镀的方法对铜钨进行浸蚀处理,发现用酸及电镀的方法并不能改变铜钨的浸润性,说明并不是简单的置换反应。最后我们通过严格控制氯化盐的加热温度、浸泡时间及清理程序,制定出了一套严格的工艺规范,很大程度上改变了铜钨的润湿性。同时触头拉力值从120kN提高到了200kN以上(参考附表),抗拉强度得到了大幅度提高。 2.4    接头间隙

        间隙对接头的机械性能有着很大的影响,合适的间隙不仅有利于形成毛细作用,促进钎料流动,还可防止夹渣和气孔的产生。试验时考虑到材料热膨胀对间隙的影响,将间隙限定在不同的范围内进行观察,最后发现, 当接头间隙在0.025~0.125mm时,钎料流动比较均匀,且有利于毛细作用的形成。

2.5    预置焊料圈

        钎焊时,为了避免多次涂抹钎料带来的麻烦,在上、下两个焊接面上各预置一个预先加工好的焊料圈(截面直径为Ф3mm),涂以糊状钎剂。这样不仅保证了装焊容易,还能使钎料铺展均匀。

2.6    钎焊温度

         温度是影响钎料流动的主要因素, 温度太高,钎料大部分从焊缝中溢出;温度太低,钎料不能很好的溶化和流动。从图2加热曲线看,钎焊时是需要保温△t1和△t2两段时间,也就是说,钎焊时,在温度达到750~770℃时,需要保温20~30s,使钎料充分铺展。继续加热到810~830℃时,再保温20s,使钎料充分渗透到母材中并进行扩散, 增强原子间的结合力。  

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2.7    转动及施加压力的影响

        钎焊缺陷一般有未焊合、气孔、夹渣,它直接影响到钎焊质量。如果在钎焊时,当温度达到750~770℃时, 稍微转动几下铜钨合金头;当温度达到810~830℃时,对触头施加一定的垂直静压力,有利于气体的及时排出,以及钎料均匀铺展。

3    钎焊质量检查

        为了进行对比,我们将试件分成两组:1#、2#为一组,3#、4#为一组, 具体条件见附表。

3.1    A超检查

         根据厂标OKA.830.003-87触头元件技术条件,进行A超探伤,1#、2#不合格,3#、4#合格。

3.2    C超检查

         为了对A超结果进行验证,我们对以上试件进行计算机图像处理,如图3、图4所示。其中白色为缺陷,黑色(底色)最好。由钎着率可以看出钎焊质量的好坏。

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3.3    拉力试验

         为了检查接头强度,我们对以上试件进行了抗拉强度试验,见附表。

4    结束语

         经过近半年的工艺试验证明,在严格控制各工艺参数的情况下,完全可以用中频感应进行触头钎焊;通过A超、C超和拉力试验检查,结果表明,触头钎焊质量比较优良,机械性能完全可能满足其使用性能。同时通过试验,探索出了一种改善铜钨润湿性的方法,并相应制订了一套严格的工艺规范,使铜钨触头的焊接质量得到了明显提高。

         用此方法进行钎焊,大大提高了生产效率,降低了劳动强度,改善了劳动环境。