一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，將清洗完成后熔焊材料和CuW合金一次放置于鋼的凹槽內(nèi)，將待燒結(jié)工件放置在特定燒結(jié)石墨坩堝中并填埋石英砂，在氣氛保護爐內(nèi)進行燒結(jié)，燒結(jié)曲線為：室溫45～60分鐘升溫到1100～1500℃，在1100～1500℃保溫90～120分鐘，最后隨爐冷。對加工好的工件進行機械加工，將連桿與燒好工件進行旋轉(zhuǎn)摩擦焊連接，對焊后工件按電阻觸頭零件機加工即可獲得性能良好的電阻觸頭。
【專利說明】—種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及觸頭制備領(lǐng)域，特別涉及一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]高壓電器用構(gòu)成為CuW合金+鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)類觸頭在我國基本都是以釬焊的方法獲得，釬焊時由于其結(jié)構(gòu)限制在焊后易出現(xiàn)氣孔等缺陷。由于電阻觸頭部件中有20鋼存在，所以該零件需要磷化上油進行防銹處理。在磷化上油之前其表面必須進行酸洗處理，用的酸為鹽酸(HCl)。由于鹽酸與Fe發(fā)生反應(yīng)，因此在焊縫處不允許有孔洞出現(xiàn)，孔洞的出現(xiàn)將在酸洗過程中在孔洞內(nèi)部有酸殘留，殘留酸的存在為零件的使用埋下安全隱患。
[0003]該結(jié)構(gòu)中的釬焊時，流星錘型的鋼部分采用旋壓方法或者由大尺寸棒材機加工而成，這樣增加了制備該類零件的周期和生產(chǎn)成本。另外，由于鋼部分存在有較長的細桿部分，因此在釬焊時沒法滿足定向凝固的需要，這樣一來，焊縫處將會出現(xiàn)由于非順序凝固而出現(xiàn)的縮孔。
[0004]而CuW合金與Fe部分的焊接采用銀焊條，銀焊條與Fe和W之間相溶性不好。而且銀釬焊溫度低于Cu的熔點，這樣的連接方式不滿足冶金結(jié)合的需要，因此CuW合金、鋼部分與焊縫之間的結(jié)合屬于機械結(jié)合而非冶金結(jié)合。而銀焊條由多種成分組成，在材料合成過程中，引入材料種類越多材料的合成難度就越大。再考慮到材料之間的固溶、擴散以及潤濕性等元素，合成材料的種類越多其形成零件的抗拉強度、韌性以及塑性都會受其決定。由于焊接方法的限制該類零件合格率較低，一般在8 %左右。
[0005]因此、考慮到Ag與鋼以及CuW合金的潤濕性，采用Ag釬焊將不是一個十分合理的工藝方法。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，以克服上述技術(shù)問題，提高流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的合格率。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，包括以下步驟:
[0009]第一部分:CuW合金與鋼的熔焊連接:
[0010](I)加工圓柱狀鋼結(jié)構(gòu)、CuW合金和熔焊材料，鋼結(jié)構(gòu)的頂部加工凹槽；熔焊材料的直徑小于CuW合金直徑I~3mm，質(zhì)量為CuW合金塊的15~30% ；
[0011](2)對加工好的鋼結(jié)構(gòu)、CuW合金和熔焊材料進行清洗，清洗完后將熔焊材料放置在凹槽的底部，CuW合金放置在凹槽內(nèi)且位于熔焊材料上部；在CuW合金和凹槽的內(nèi)壁之間留有縫隙；
[0012]在石墨舟的底部鋪上若干層第一石墨紙，將鋼結(jié)構(gòu)放置在第一石墨紙上，在第一石墨紙上鋪上若干層第二石墨紙，在鋼結(jié)構(gòu)與石墨舟之間以及第二石墨紙上方裝填砂子；[0013]將裝填好的石墨舟放入氮氣或者氬氣氣氛保護燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)工藝為:室溫45?60分鐘升溫到1100?1500°C，在1100?1500°C保溫90?120分鐘，最后隨爐冷卻獲得燒結(jié)毛坯；
[0014]第二部分:鋼連桿部分焊接
[0015](I)將燒結(jié)毛坯的鋼結(jié)構(gòu)底部機械加工形成凸臺，凸臺的直徑與待連接的連桿的直徑相同；將凸臺及連桿旋轉(zhuǎn)摩擦焊連接；
[0016](2)進行機加工，除去燒結(jié)毛坯上CuW合金和結(jié)構(gòu)鋼的余量，獲得流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭。
[0017]優(yōu)選的，熔焊材料為純銅或者鉻銅，熔焊材料中Cr含量小于1.2wt%。
[0018]優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)摩擦焊的工藝參數(shù)為:主軸轉(zhuǎn)速1350?1600rpm，工進速度0.2?
0.5mm/s，工進壓力0.2?0.6MPa，摩擦壓力1.0?3MPa，摩擦?xí)r間1.5?2.5s，頂鍛壓力6?8MPa，頂鍛保壓時間2?6s。
[0019]優(yōu)選的，凸臺的高度大于或等于15cm。
[0020]優(yōu)選的，第二石墨紙以上砂子的高度為CuW合金高度的兩倍。
[0021]優(yōu)選的，所述氣氛保護燒結(jié)爐底部有水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
[0022]優(yōu)選的，Cuff合金放于凹槽內(nèi)時，與凹槽的側(cè)壁之間的縫隙小于1mm。
[0023]優(yōu)選的，所述縫隙能夠使熔焊材料的熔液通過。
[0024]優(yōu)選的，隨爐冷卻過程中，CuW合金和結(jié)構(gòu)鋼之間的焊縫自下而上凝固。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0026]本發(fā)明方法的第一部分采用整體燒結(jié)法，首先省去了釬焊所需的銀焊條，其次整體燒結(jié)法可批量生產(chǎn)，大大的提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明整體燒結(jié)時保溫溫度在Cu的熔點之上時間較長，而這樣的溫度對Cu和Fe、Fe和W等元素來說有利于其進行擴散，擴散的發(fā)生利于Cu和CuW合金及鋼界面之間的冶金結(jié)合，因此整體燒結(jié)法對提高其界面結(jié)合強度有利；另外，由于在氣氛爐內(nèi)燒結(jié)時，氣氛爐底部有水冷卻循環(huán)系統(tǒng)，可以保證待燒工件實現(xiàn)從底部先凝固的目的，另外，石墨舟內(nèi)填充的砂子具有良好的保溫性能，可以保證最上端的Cu液最后凝固，為實現(xiàn)順序凝固所需的鑄造補縮提供液態(tài)銅，這樣的順序凝固可以從根本上消除氣孔，一次合格率為90%以上。
[0027]與現(xiàn)有的釬焊法制備鋼+CuW合金結(jié)構(gòu)工藝相比，本發(fā)明通過整體燒結(jié)的工藝制備鋼+CuW合金結(jié)構(gòu)時，只需控制CuW與結(jié)構(gòu)鋼的配合間隙，按照該發(fā)明所制定的升降溫曲線進行加熱即可制備合格的鋼+CuW合金結(jié)構(gòu)。相比釬焊法而言，該方法受人為、環(huán)境等因素影響較小。
[0028]本發(fā)明的燒結(jié)工藝，將銅鎢合金和鋼通過中間材料連接，在高溫下通過擴散與固溶在界面形成結(jié)合強度較高復(fù)合鋼+CuW合金結(jié)構(gòu)觸頭。本發(fā)明通過以鉻銅(純銅)為填充金屬，使其在一定溫度下熔化。通過擴散固溶等形式來連接CuW合金與結(jié)構(gòu)鋼，使之成為一個整體部件即鋼+CuW合金結(jié)構(gòu)觸頭。該工藝的特點在于工藝可控性強，零件質(zhì)量穩(wěn)定的特點。
[0029]本發(fā)明將不同直徑的鋼材進行摩擦焊連接，這樣不僅節(jié)約成本而且大大節(jié)約了生
產(chǎn)周期?！尽緦＠綀D】

【附圖說明】】
[0030]圖1為本發(fā)明制備CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明制備CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的燒結(jié)示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明制備觸頭待焊接結(jié)構(gòu)爆炸圖。
【【具體實施方式】】
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0034]請參閱圖1至圖3所示，本發(fā)明一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，包括以下步驟:
[0035]第一部分:CuW合金與鋼的熔焊連接:
[0036](I)加工圓柱狀鋼結(jié)構(gòu)l、CuW合金2和熔焊材料3，鋼結(jié)構(gòu)I的頂部加工凹槽11，用于在其中熔焊CuW合金2 ;CuW合金2放于凹槽11內(nèi)時，與凹槽11的側(cè)壁間隙小于Imm ；熔焊材料3的直徑小于CuW合金2直徑I~3mm，質(zhì)量為CuW合金塊2的15~30% ;熔焊材料3為純銅或者鉻銅(Cr含量小于1.2wt%)；
[0037](2)對加工好的鋼結(jié)構(gòu)1、Cuff合金2和熔焊材料3進行清洗，清洗完后將熔焊材料3放置在凹槽11的底部，CuW合金2放置在凹槽11內(nèi)且位于熔焊材料3上部；CuW合金塊2、結(jié)構(gòu)鋼I以及熔焊 材料3同軸設(shè)置，在CuW合金2和凹槽11的內(nèi)壁之間留有縫隙，且該縫隙小于Imm ；
[0038]在石墨舟4的底部鋪上多層第一石墨紙5，將鋼結(jié)構(gòu)I放置在第一石墨紙5上，在第一石墨紙5上鋪上多層第二石墨紙6，在鋼結(jié)構(gòu)I與石墨舟4之間以及第二石墨紙6上方裝填砂子7 ；
[0039]將裝填好的石墨舟4放入氣氛保護燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)工藝為:從室溫45~60分鐘升溫至1100~1500°C，在1100~1500°C保溫90~120分鐘，最后隨爐冷獲得燒結(jié)毛還；
[0040]第二部分:鋼連桿部分焊接
[0041](I)請參閱圖3所示，將燒結(jié)毛坯的鋼結(jié)構(gòu)I底部機械加工形成凸臺10，凸臺10的高度15cm以上，凸臺10的直徑與待連接的連桿8的直徑相同；將凸臺10及連桿8按旋轉(zhuǎn)摩擦焊連接，旋轉(zhuǎn)摩擦焊的工藝參數(shù)為:主軸轉(zhuǎn)速1350~1600rpm，工進速度0.2~0.5mm/s,工進壓力0.2~0.6MPa,摩擦壓力1.0~3MPa,摩擦?xí)r間1.5~2.5s，頂鍛壓力6~8MPa,頂鍛保壓時間2~6s。
[0042](2)根據(jù)圖紙進行機加工，除去燒結(jié)毛坯上CuW合金2和結(jié)構(gòu)鋼I的余量，獲得圖1所示流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭,該觸頭包括鋼結(jié)構(gòu)1、固定于鋼結(jié)構(gòu)I前端凹槽11中的CuW合金2，以及與鋼結(jié)構(gòu)I后部凸臺10固定連接的連桿8。
[0043]本發(fā)明中，通過燒結(jié)方法將CuW合金與“凹”型鋼結(jié)構(gòu)實現(xiàn)冶金結(jié)合；采用純銅或者鉻銅(Cr含量小于1.2wt% )作為熔焊材料；燒結(jié)時在鋼的“凹”型槽中先放置熔焊材料，再放置CuW合金；將工件置于石墨坩堝內(nèi)并在坩堝內(nèi)填充石英砂，砂子高度高出工件部分(第二石墨紙6以上部分)為CuW合金2高度h的兩倍。
[0044]本發(fā)明采用燒結(jié)方法制備該類零件時，流星錘型的鋼部分則采用旋轉(zhuǎn)摩擦焊接的方法，將不同直徑的鋼材進行連接，這樣不僅節(jié)約成本而且大大節(jié)約了生產(chǎn)周期。[0045]考慮到連接界面的冶金特性，對于待焊件的主要成分Cu、W及Fe來說，熔焊材料必須考慮與CuW側(cè)的冶金特性，同時要考慮與鋼側(cè)Fe的冶金特性。
[0046]采用純銅連接時，純銅與CuW合金中的銅為同種金屬不存在冶金困難；對于Cu、Fe而言，兩者屬于單純的包晶反應(yīng)系，Cu在Fe中的溶解度因溫度不同而發(fā)生變化，具體為在841°C溶解度為 1.79%，801。。為 1.22%，759°C為 0.86%，698°C為 0.44% ? 根據(jù) Cu-Fe 二元相圖可知，Cu、Fe之間的固溶從固態(tài)即可發(fā)生，也就是說在Cu的熔點以下，保持一定的溫度，即可實現(xiàn)Cu在Fe中的擴散和兩者之間的冶金結(jié)合。
[0047]采用鉻銅連接時，對于CuW側(cè)Cu而言，Cr在Cu中的溶解度可達到0.89%，而且開始的固溶溫度在1076°C，也就是說，Cr元素在Cu中的溶解發(fā)生在固態(tài)狀況下，這樣一來，在固態(tài)情況下Cr與Cu即可發(fā)生擴撒與冶金結(jié)合。對于Cr-W兩相而言，Cr、W屬于同主族元素，兩者具有相同的晶格類型和小的原子比，因此兩者在適當(dāng)?shù)臏囟认戮哂袩o限的固溶量，也就是說Cr、W兩種元素在高溫下容易進行擴散和冶金熔合。對于鋼側(cè)，F(xiàn)e的熔點為1538°C，Cr的熔點為1863°C，兩者在830°C以上為無限固溶體，在此溫度以下為有限固溶體。可知Fe、Cr之間很容易發(fā)生擴散和固溶。
[0048]燒結(jié)時按照特定順序放置連接材料及待焊部件，將放置好的待燒件放置于石墨坩堝內(nèi)，并填入保溫砂。燒結(jié)時選擇使用爐底部有水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的燒結(jié)爐，這樣一來在燒結(jié)完成后可以實現(xiàn)焊 縫區(qū)域的定向凝固。
【權(quán)利要求】
1.一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一部分:CuW合金與鋼的熔焊連接: (1)加工圓柱狀鋼結(jié)構(gòu)(l)、CuW合金⑵和熔焊材料(3)，鋼結(jié)構(gòu)⑴的頂部加工凹槽(11);熔焊材料⑶的直徑小于CuW合金⑵直徑I~3_，質(zhì)量為CuW合金塊⑵的15~30% ； (2)對加工好的鋼結(jié)構(gòu)(I)、CuW合金(2)和熔焊材料(3)進行清洗，清洗完后將熔焊材料(3)放置在凹槽(11)的底部，CuW合金(2)放置在凹槽(11)內(nèi)且位于熔焊材料(3)上部^CuW合金⑵和凹槽(11)的內(nèi)壁之間留有縫隙； 在石墨舟(4)的底部鋪上若干層第一石墨紙(5)，將鋼結(jié)構(gòu)(I)放置在第一石墨紙(5)上，在第一石墨紙(5)上鋪上若干層第二石墨紙(6)，在鋼結(jié)構(gòu)(I)與石墨舟(4)之間以及第二石墨紙(6)上方裝填砂子(7)； 將裝填好的石墨舟(4)放入氣氛保護燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，室溫45~60分鐘升溫到1100~1500°C，在1100~1500°C保溫90~120分鐘，最后隨爐冷，最后隨爐冷卻獲得燒結(jié)毛還； 第二部分:鋼連桿部分焊接 (1)將燒結(jié)毛坯的鋼結(jié)構(gòu)(I)底部機械加工形成凸臺(10)，凸臺(10)的直徑與待連接的連桿(8)的直徑相同；將凸臺(10)及連桿(8)旋轉(zhuǎn)摩擦焊連接； (2)進行機加工，除去燒結(jié)毛坯上CuW合金⑵和結(jié)構(gòu)鋼⑴的余量，獲得流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，熔焊材料(3)為純銅或者鉻銅，熔焊材料(3)中Cr含量小于1.2wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，旋轉(zhuǎn)摩擦焊的工藝參數(shù)為:主軸轉(zhuǎn)速1350~1600rpm，工進速度0.2~0.5mm/s,工進壓力0.2~0.6MPa,摩擦壓力1.0~3MPa，摩擦?xí)r間1.5~2.5s，頂鍛壓力6~8MPa，頂鍛保壓時間2~6s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，凸臺(10)的高度大于或等于15cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，第一石墨舟內(nèi)除放置待燒工件外，全部填入保溫石英砂，并且石英砂高出第二石墨紙(6)部分高度為CuW合金高度2倍以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，所述燒結(jié)爐底部有水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，CuW合金⑵放于凹槽(11)內(nèi)時，與凹槽(11)的側(cè)壁之間的縫隙小于1mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，所述縫隙能夠使熔焊材料(3)的熔液通過。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種流星錘型CuW合金和鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)觸頭的制備方法，其特征在于，隨爐冷卻過程中，CuW合金(2)和結(jié)構(gòu)鋼(I)之間的焊縫自下而上凝固。
【文檔編號】B23P15/00GK104028982SQ201410294108
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】曹偉產(chǎn), 姚金剛 申請人:中國西電電氣股份有限公司