一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬高壓開關(guān)電觸頭生產(chǎn)制造領(lǐng)域，具體涉及一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前已有的高壓開關(guān)用銅鎢合金電觸頭，多采用整體燒結(jié)工藝方法將導(dǎo)電端支撐材料(大部分為銅合金材料)與CuW材料連接在一起，，但對(duì)于導(dǎo)電端支撐材料是40CrNiMoA的CuW觸頭電觸頭，整體燒結(jié)工藝無(wú)法制造，主要原因之一是燒結(jié)技術(shù)改變了鋼材料的組織和機(jī)械性能。
[0003]已有的燒結(jié)技術(shù)方法無(wú)法制造CuW和鋼的整體電觸頭，因此本專利采用電子束焊接工藝制造CuW和鋼(40CrNiMoA)的整體電觸頭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明針對(duì)高壓開關(guān)的核心部件一一導(dǎo)電端支撐材料是鋼的觸頭制造過(guò)程中的異種材料連接問(wèn)題，開發(fā)的高真空電子束焊接工藝方法，實(shí)現(xiàn)了異種材料之間可靠的冶金連接。
[0005]本發(fā)明一種一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法，該觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu，另一側(cè)母材為40CrNiMoA ;按照以下步驟進(jìn)行:，
[0006](I)采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu ;
[0007](2)將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrNiMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為0，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理；焊接參數(shù)范圍如下:
[0008]上升梯度:0.3s,
[0009]下降梯度:0.6-ls,
[0010]旋轉(zhuǎn)速度:4r/min
[0011]焊接時(shí)間:15_16s，
[0012]燈絲:15.5-23.3A，
[0013]聚焦:440-455mA，
[0014]焊接束流:88-92mA;
[0015]高壓:85Kv，
[0016]偏壓:400-600V,
[0017]掃描:X10mA,Y5mA,
[0018]頻率:300-600Hz；
[0019]所述采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu，具體為先將純W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa靜壓使合金粉密實(shí)，再將1.5倍W體積份數(shù)的Cu置于密實(shí)的W合金粉上進(jìn)行加熱，加熱溫度為達(dá)到1100-1120°C，使Cu熔化；當(dāng)加熱到Cu熔化溫度時(shí)，Cu熔化并沿著合金粉空隙流滿W合金塊，剩余的液態(tài)Cu分布于W合金塊之上，冷卻后即形成CuW/Cu牢固燒結(jié)接頭。
[0020]觸頭尾端采用40CrNiMoA使得觸頭在高溫下保持良好的進(jìn)行性能，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，并對(duì)電子束焊接熔化的鑄態(tài)組織采用機(jī)械強(qiáng)化方法，使得自力型觸頭的觸指力達(dá)到較高要求且不會(huì)因?yàn)椴灏未螖?shù)增加而降低觸指力。
[0021]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅能提高鉻銅高溫機(jī)械性能，獲得很高的焊接強(qiáng)度，而且又能保證Cu底座不退火軟化，同時(shí)垂直焊縫熱影響區(qū)受力小，分瓣的觸頭經(jīng)過(guò)多次插拔后不會(huì)產(chǎn)生變形，觸指力穩(wěn)定。
[0022]本發(fā)明針對(duì)高壓開關(guān)的核心部件一一觸頭制造過(guò)程中的異種材料連接問(wèn)題開發(fā)的高真空電子束焊接工藝方法，實(shí)現(xiàn)了異種材料之間可靠的冶金連接，取代了傳統(tǒng)的整體燒結(jié)的工藝方法，采用這一工藝方法的Cu/40CrNiMoA電子束焊接連接界面平整，組織均勾，不會(huì)廣兀素的偏析及晶粒粗大，可以改善觸頭的尚溫導(dǎo)電性能，提尚觸頭的尚溫機(jī)械性能；同時(shí)采用電子束焊接方法，對(duì)電觸頭尾端的尺寸沒(méi)有限制，各種型號(hào)規(guī)格的電觸頭均可以制造，拓寬了產(chǎn)品類型；與液相整體燒結(jié)工藝制造方法相比，電子束焊接自動(dòng)化程度較尚，焊接過(guò)程簡(jiǎn)單，工藝穩(wěn)定性好，可以確保廣品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，成品率提尚5%左右；材料利用率提高20%以上，生產(chǎn)效率提高5倍以上，降低成本，節(jié)約能源，具有非常明顯的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)焊接過(guò)程清潔，無(wú)煙霧和焊渣，減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，是一種環(huán)保的加工工藝，具有明顯的社會(huì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為實(shí)施例1的金屬焊接界面。
[0024]圖2為實(shí)施例2的金屬焊接界面。
[0025]圖3為實(shí)施例3的金屬焊接界面
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明使用設(shè)備:THDW_15電子束焊機(jī)；
[0028]本發(fā)明采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu，具體為先將純W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa靜壓使合金粉密實(shí)，再將1.5倍W體積份數(shù)的Cu置于密實(shí)的W合金粉上進(jìn)行加熱，加熱溫度為達(dá)到1100-1120°C，使Cu熔化；當(dāng)加熱到Cu熔化溫度時(shí)，Cu熔化并沿著合金粉空隙流滿W合金塊，剩余的液態(tài)Cu分布于W合金塊之上，冷卻后即形成CuW/Cu牢固燒結(jié)接頭。
[0029]實(shí)施例1
[0030]將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為0，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理，
[0031]電子束焊接使用設(shè)備:THDW_15電子束焊機(jī)；
[0032]焊接參數(shù):上升梯度:0.3s,
[0033]下降梯度:1s，
[0034]旋轉(zhuǎn)速度:4r/min
[0035]焊接時(shí)間:15s，
[0036]燈絲:23.3A，
[0037]聚焦:440mA，
[0038]焊接束流:90mA ；
[0039]高壓:85Kv，
[0040]偏壓:500V,
[0041]掃描:X10mA,Y5mA,
[0042]頻率:500Hz.
[0043]焊接后對(duì)焊接接頭進(jìn)行觀測(cè)，圖1為金屬焊接界面，連接界面平整，焊縫處有較為粗大的柱狀晶，但晶粒長(zhǎng)大并不強(qiáng)烈，對(duì)接頭性能無(wú)明顯影響。
[0044]檢驗(yàn)項(xiàng)目:Cu-40CrMoA電子束焊接接頭拉伸強(qiáng)度檢測(cè)
[0045]性能:接頭拉伸強(qiáng)度為321.9MPa，斷裂位置為銅一側(cè)母材。
[0046]實(shí)施例2
[0047]將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為0，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理，
[0048]電子束焊接使用設(shè)備:THDW_15電子束焊機(jī)；
[0049]焊接參數(shù):上升梯度:0.3s,
[0050]下降梯度:0.6s,
[0051]旋轉(zhuǎn)速度:4r/min
[0052]焊接時(shí)間:15.5s，
[0053]燈絲:20.0A，
[0054]聚焦:449mA，
[0055]焊接束流:88mA ；
[0056]高壓:85Kv，
[0057]偏壓:400V,
[0058]掃描:X10mA，Y5mA,
[0059]頻率:300Hz.
[0060]焊接后對(duì)焊接接頭進(jìn)行觀測(cè)，圖2為金屬焊接界面，連接界面平整，焊縫處有較為粗大的柱狀晶，但晶粒長(zhǎng)大并不強(qiáng)烈，對(duì)接頭性能無(wú)明顯影響。
[0061]檢驗(yàn)項(xiàng)目:Cu-40CrMoA電子束焊接接頭拉伸強(qiáng)度檢測(cè)
[0062]性能:接頭拉伸強(qiáng)度為335.4MPa，斷裂位置為銅一側(cè)母材。
[0063]實(shí)施例3
[0064]將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為0，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理
[0065]電子束焊接使用設(shè)備:THDW_15電子束焊機(jī)；
[0066]焊接參數(shù):上升梯度:0.3s,
[0067]下降梯度:0.6s,
[0068]旋轉(zhuǎn)速度:4r/min
[0069]焊接時(shí)間:16s，
[0070]燈絲:15.5A，
[0071]聚焦:455mA，
[0072]焊接束流:92mA ；
[0073]高壓:85Kv，
[0074]偏壓:600V,
[0075]掃描:X10mA,Y5mA,
[0076]頻率:600Hz.
[0077]焊接后對(duì)焊接接頭進(jìn)行觀測(cè)，圖3為金屬焊接界面，連接界面平整，焊縫處有較為粗大的柱狀晶，但晶粒長(zhǎng)大并不強(qiáng)烈，對(duì)接頭性能無(wú)明顯影響。
[0078]檢驗(yàn)項(xiàng)目:Cu-40CrNiMoA電子束焊接接頭拉伸強(qiáng)度檢測(cè)
[0079]性能:接頭拉伸強(qiáng)度為309.6MPa，斷裂位置為銅一側(cè)母。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法，其特征在于該觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu，另一側(cè)母材為40CrNiMoA ;按照以下步驟進(jìn)行:， (1)采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材CuW/Cu； (2)將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrNiMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為O，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理；焊接參數(shù)范圍如下: 上升梯度:0.3s, 下降梯度:0.6-ls, 旋轉(zhuǎn)速度:4r/min, 焊接時(shí)間:15-16s，燈絲:15.5-23.3A， 聚焦:440-455mA， 焊接束流:88-92mA ; 高壓:85Kv， 偏壓:400-600V， 掃描:X10mA, Y5mA, 頻率:300-600Hzo2.按照權(quán)利要求1所述的一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法，其特征在于所述采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材CuW/Cu，具體為:先將純W合金粉置入成型模具中，然后施加100-120MPa靜壓使合金粉密實(shí)，再將1.5倍W體積份數(shù)的Cu置于密實(shí)的W合金粉上進(jìn)行加熱，加熱溫度為達(dá)到1100-1120°C，使Cu熔化；當(dāng)加熱到Cu熔化溫度時(shí)，Cu熔化并沿著合金粉空隙流滿W合金塊，剩余的液態(tài)Cu分布于W合金塊之上，冷卻后即形成CuW/Cu牢固燒結(jié)接頭。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種CuW/Cu/40CrNiMoA整體觸頭的電子束焊接制備方法，屬高壓開關(guān)電觸頭生產(chǎn)制造領(lǐng)域。該觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu，另一側(cè)母材為40CrNiMoA；按照以下步驟進(jìn)行：(1)采用燒結(jié)方法連接制成電觸頭一側(cè)母材為CuW/Cu；(2)將燒結(jié)處理的CuW/Cu與40CrNiMoA直接進(jìn)行電子束焊接，焊接面為Cu與40CrNiMoA，焊接接頭為平對(duì)接接頭，接頭間隙量為0，不填充焊接填充材料，電子束焊接采用與觸頭軸線呈90度角的對(duì)接焊縫，焊后無(wú)需進(jìn)行熱處理。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明不僅能提高鉻銅高溫機(jī)械性能，獲得很高的焊接強(qiáng)度，而且又能保證Cu底座不退火軟化，同時(shí)垂直焊縫熱影響區(qū)受力小，分瓣的觸頭經(jīng)過(guò)多次插拔后不會(huì)產(chǎn)生變形，觸指力穩(wěn)定。
【IPC分類】B23K15/06
【公開號(hào)】CN105057874
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510426941
【發(fā)明人】梁殿清, 韓會(huì)秋, 梁建魁, 時(shí)代, 錢文陟, 王博, 李海強(qiáng)
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)金昌藍(lán)宇新材料股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月20日