一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属高压开关电触头生产制造领域，具体涉及一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法。
【背景技术】
[0002]目前已有的自力型触头CuW/Cu-CuCrZr，普遍采用整体烧结制造方法，将CuW/Cu作为整体烧结制备，并将Cu —侧与CuCrZr也采用整体烧结的方法制备成高压电触头。
[0003]已有的技术方法由于采用整体烧结方法制备，一方面整体烧结对使电触头尺寸，尤其是尾端尺寸受到较大制约，由于烧结设备的限制，超过限制长度的电触头无法采用烧结工艺制备，对产品的规格会造成很大的制约；另一方面，支撑材料(CuCrZr)经受高温烧结过程，会使电触头组织发生变化，使其高温机械性能低，弹性变差，分瓣的触头在多次插拔后会产生变形，使触指力变小，影响自力型触头的使用性能。尤其是由铬铜锆制备的尾端，在高温烧结过程中，锆元素产生严重的挥发和成分偏析，使其组织产生较大变化，性能下降严重；此外，采用整体烧结方法，无法实现生产的自动化，生产效率较低、成本较高、工艺稳定性差、耗能高并且同时也会产生一定的环境污染。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明针对高压开关的核心部件一一触头制造过程中的异种材料连接问题开发的高真空电子束焊接工艺方法，实现了异种材料之间可靠的冶金连接。
[0005]本发明一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法，电触头一侧母材为Cuff/Cu,，另一侧母材为CuCrZr，按照以下步骤进行:
[0006](I)采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu ;
[0007](2)将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝；焊后无需进行热处理；焊接参数范围如下:
[0008]上升梯度:10s,
[0009]下降梯度:15s,
[0010]旋转速度:4r/min
[0011]焊接时间:16s，
[0012]灯丝:19.0-20.0A，
[0013]聚焦:330-350mA，
[0014]焊接束流:120-125mA;
[0015]高压:85Kv，
[0016]偏压:705-725V,
[0017]扫描:X50mA，Y50mA,
[0018]频率:500Hz。
[0019]所述采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu，具体为:先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120°C，使Cu熔化，当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
[0020]触头尾端采用CuGrZr使得触头在高温下保持良好的进行性能，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，增加了焊缝长度使触头整体连接强度提高，对电子束焊接熔化的铸态组织采用机械强化方法，使得自力型触头的触指力达到较高要求且不会因为插拔次数增加而降低触指力。
[0021]与已有技术相比，本发明不仅能提高铬铜高温机械性能，获得很高的焊接强度，而且又能保证Cu底座不退火软化，同时垂直焊缝热影响区受力小，分瓣的触头经过多次插拔后不会产生变形，触指力稳定。
[0022]本发明针对高压开关的核心部件一一触头制造过程中的异种材料连接问题开发的高真空电子束焊接工艺方法，实现了异种材料之间可靠的冶金连接，取代了传统的整体烧结的工艺方法，采用这一工艺方法的Cu/40crMOA电子束焊接连接界面平整，组织均匀，不会广兀素的偏析及晶粒粗大，可以改善触头的尚温导电性能，提尚触头的尚温机械性能；同时采用电子束焊接方法，对电触头尾端的尺寸没有限制，各种型号规格的电触头均可以制造，拓宽了产品类型；与液相整体烧结工艺制造方法相比，电子束焊接自动化程度较高，焊接过程简单，工艺稳定性好，可以确保广品质量稳定可靠，成品率提尚5%左右；材料利用率提高20%以上，生产效率提高5倍以上，降低成本，节约能源，具有非常明显的经济效益；同时焊接过程清洁，无烟雾和焊渣，减少对环境产生的污染，是一种环保的加工工艺，具有明显的社会效益。
【附图说明】
[0023]图1为实施例1的金属焊接界面。
[0024]图2为实施例2的金属焊接界面。
[0025]图3为实施例3的金属焊接界面
【具体实施方式】
[0026]下面通过实施例对本发明【具体实施方式】进行进一步的说明。
[0027]本发明所述采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu，具体为:先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120°C，使Cu熔化，当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
[0028]实施例1
[0029]将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，焊后无需进行热处理，电子束焊接使用设备:THDW-15电子束焊机；
[0030]焊接参数:上升梯度:10s，
[0031]下降梯度:15s，
[0032]旋转速度:4r/min
[0033]焊接时间:16s，
[0034]灯丝:20A，
[0035]聚焦:330mA，
[0036]焊接束流:122mA;
[0037]高压:85Kv，
[0038]偏压:705V,
[0039]扫描:X50mA,Y50mA,
[0040]频率:500Hz.
[0041]焊接后对焊接接头进行观测，图1为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
[0042]检验项目:Cu-CuCrZr电子束焊接接头拉伸强度检测
[0043]性能:接头拉伸强度为347.1MPa,断裂位置为铜一侧母材。
[0044]实施例2
[0045]将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，焊后无需进行热处理，电子束焊接使用设备:THDW-15电子束焊机；
[0046]焊接参数:上升梯度:10s，
[0047]下降梯度:15s,
[0048]旋转速度:4r/min
[0049]焊接时间:16s，
[0050]灯丝:19.5A，
[0051]聚焦:340mA，
[0052]焊接束流:120mA;
[0053]高压:85Kv，
[0054]偏压:715V,
[0055]扫描:X50mA，Y50mA,
[0056]频率:500Hz.
[0057]焊接后对焊接接头进行观测，图2为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
[0058]检验项目:Cu-CuCrZr电子束焊接接头拉伸强度检测
[0059]性能:接头拉伸强度为336.4MPa，断裂位置为铜一侧母材。
[0060]实施例3
[0061 ]将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，焊后无需进行热处理，电子束焊接使用设备:THDW-15电子束焊机；
[0062]焊接参数:上升梯度:10s，
[0063]下降梯度:15s,
[0064]旋转速度:4r/min
[0065]焊接时间:16s，
[0066]灯丝:19.0A，
[0067]聚焦:350mA，
[0068]焊接束流:125mA;
[0069]高压:85Kv，
[0070]偏压:725V,
[0071]扫描:X50mA,Y50mA,
[0072]频率:500Hz.
[0073]焊接后对焊接接头进行观测，图3为金属焊接界面，连接界面平整，焊缝处有较为粗大的柱状晶，但晶粒长大并不强烈，对接头性能无明显影响。
[0074]检验项目:Cu-CuCrZr电子束焊接接头拉伸强度检测
[0075]性能:接头拉伸强度为327.9MPa，断裂位置为铜一侧母材。
【主权项】
1.一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法，其特征在于所述触头一侧母材为CuW/Cu，，另一侧母材为CuCrZr，按照以下步骤进行: (1)采用烧结方法连接制成触头一侧母材CuW/Cu； (2)将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为O，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，焊后无需进行热处理；焊接参数范围如下: 上升梯度:10s, 下降梯度:15s， 旋转速度:4r/m, 焊接时间:16s，灯丝:19.0-20.0A, 聚焦:330-350mA， 焊接束流:120-125mA ； 高压:85Kv， 偏压:705-725V, 扫描:X50mA, Y50mA, 频率:500Hz 02.按照权利要求1所述的一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法，其特征在于所述所述采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu，具体为:先将纯W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa静压使合金粉密实，再将1.5倍W体积份数的Cu置于密实的W合金粉上进行加热，加热温度为达到1100-1120°C，使Cu熔化，当加热到Cu熔化温度时，Cu熔化并沿着合金粉空隙流满W合金块，剩余的液态Cu分布于W合金块之上，冷却后即形成CuW/Cu牢固烧结接头。
【专利摘要】本发明提供一种CuW/Cu/CuCrZr整体触头的电子束焊接制备方法，属高压开关电触头生产制造领域。电触头一侧母材为CuW/Cu，另一侧母材为CuCrZr，按照以下步骤进行：(1)采用烧结方法连接制成电触头一侧母材CuW/Cu；(2)将烧结处理的CuW/Cu与CuCrZr直接进行电子束焊接，焊接面为Cu与CuCrZr，焊接接头为平对接接头，接头间隙量为0，不填充焊接填充材料，电子束焊接采用与触头轴线呈45度角的焊缝，焊后无需进行热处理；与已有技术相比，本发明不仅能提高铬铜高温机械性能，获得很高的焊接强度，而且又能保证Cu底座不退火软化，同时垂直焊缝热影响区受力小，分瓣的触头经过多次插拔后不会产生变形，触指力稳定。
【IPC分类】B23K103/12, B23K101/36, B23K15/06
【公开号】CN105057873
【申请号】CN201510426821
【发明人】苗晓丹, 吴文安, 肖春林, 韩会秋, 王博, 时代, 李海强
【申请人】沈阳金昌蓝宇新材料股份有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月20日