一種銅鉻合金觸頭的激光清洗方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種銅鉻合金觸頭的激光清洗方法，包括如下步驟：步驟100，將待清洗的銅鉻合金觸頭放置在可控氧含量的操作室內(nèi)，并利用控溫夾具將所述銅鉻合金觸頭固定??；步驟200，根據(jù)所述銅鉻合金觸頭的污染類型和污染程度，選擇使用的激光器類型并調(diào)整激光器清洗時的參數(shù)；步驟300，控制激光器沿設(shè)定的路線對銅鉻合金觸頭的表面進行逐步且全面的清洗。本發(fā)明的清洗方法采用軌跡清洗方式，可以去除銅鉻合金觸頭表面的氧化、油污、水污或其它固體顆粒污染等，能夠獲得比常規(guī)激光清洗更高的表面質(zhì)量，更加適應(yīng)生產(chǎn)加工的快速流程。
【專利說明】
一種銅鉻合金觸頭的激光清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料加工領(lǐng)域，特別是涉及一種能夠既能夠清理銅鉻合金觸頭表面污染物，又可以避免二次污染的激光清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅鉻合金觸頭是由銅和鉻兩種金屬采用粉末冶金或真空熔鑄等方法制成的，最常用于真空滅弧室的真空開關(guān)的觸頭。真空滅弧室以真空作為絕緣介質(zhì)，為了避免影響觸頭的開斷性能，一般要求觸頭的含氣量盡可能的低、表面盡可能干凈、粗糙度盡可能低。
[0003]在合金材料中，銅和鉻均勻分布，因此，暴露在空氣中的材料最表層的銅最有可能被氧化(氧化物包括Cu20、CuO、Cr203和CuCr204等，相比較Cr，Cu更容易被氧化)，從而在金屬表面形成氧化膜。此外，在銅鉻合金的制備過程中，也經(jīng)常導致銅鉻合金被污染，污染的類型包括氧化污染、油污染、水污染或其它固體顆粒污染等。
[0004]上述污染物如果處于表層，那么銅鉻合金觸頭在分斷大電流時，受電弧高溫的作用，污染物中的金屬氧化物可能發(fā)生分解，造成局部放出氣體，進而破壞局部的絕緣強度，降低觸頭的開斷性能。而污染物中的固體顆粒則可能會發(fā)生尖端放電，造成局部電壓過大，使銅鉻觸頭發(fā)生局部變形，失去自身效力。因此，一般銅鉻合金被污染對于真空滅弧室來講無疑是致命的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種能夠既能夠清理銅鉻合金觸頭表面污染物，又可以避免二次污染的激光清洗方法。
[0006]特別地，本發(fā)明提供一種銅鉻合金觸頭的激光清洗方法，包括如下步驟:
[0007]步驟100，將待清洗的銅鉻合金觸頭放置在可控氧含量的操作室內(nèi)，并利用控溫夾具將所述銅鉻合金觸頭固定住；
[0008]步驟200，根據(jù)所述銅鉻合金觸頭的污染類型和污染程度，選擇使用的激光器類型并調(diào)整激光器清洗時的參數(shù)；
[0009]步驟300，控制激光器沿設(shè)定的路線對銅鉻合金觸頭的表面進行逐步且全面的清洗。
[0010]進一步地，在步驟100中，所述控溫夾具通過循環(huán)的冷卻介質(zhì)進行降溫，使所述銅鉻合金觸頭在清洗時的溫度保持在300K?500K。
[0011]進一步地，所述的控溫夾具采用的冷卻介質(zhì)是水，控溫范圍為O?300°C。
[0012]進一步地，在步驟100中，在所述控制室內(nèi)充滿惰性氣體，且所述操作室內(nèi)氧的含量至少低于0.5?500ppm。
[0013]進一步地，所述的惰性氣體為氬氣，所述銅鉻合金觸頭中鉻的重量百分比為15-50%。
[0014]進一步地，所述激光器為固體激光器、氣體激光器或光纖激光器。
[0015]進一步地，所述激光器的功率為5?100W，脈沖頻率為10kHz?2000kHz，脈寬為 10fs?lms〇
[0016]進一步地，所述設(shè)定的路線是指:按預(yù)定間隔來回移動的水平等間距分隔軌跡和繞圈移動的單螺旋環(huán)形軌跡;所述預(yù)定間隔是指:當前所述激光器在設(shè)定參數(shù)下按軌跡進行清洗時，相鄰軌跡之間不會留下死角。[0〇17] 進一步地，所述預(yù)定間隔為0.01?0.5mm，所述掃描速度為10?2000mm/s。[0〇18]進一步地，所述步驟300中的清潔次數(shù)至少為1次。
[0019]本發(fā)明的清洗方法采用軌跡清洗方式，可以去除銅鉻合金觸頭表面的氧化、油污、 水污或其它固體顆粒污染等，能夠獲得比常規(guī)激光清洗更高的表面質(zhì)量，更加適應(yīng)生產(chǎn)加工的快速流程?！靖綀D說明】
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的激光清洗方法的流程示意圖；
[0021]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例中水平等間距分隔清洗軌跡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例中等間距螺旋清洗軌跡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例中外松內(nèi)緊螺旋清洗軌跡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例中內(nèi)松外緊螺旋清洗軌跡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例中復(fù)合式清洗軌跡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7是圖6中一個外部獨立區(qū)域的清洗路線結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的銅鉻合金觸頭的激光清洗方法一般包括如下步驟:
[0028]步驟100,將待清洗的銅鉻合金觸頭放置在可控氧含量的操作室內(nèi)，并利用控溫夾具將所述銅鉻合金觸頭固定??；
[0029]其中的控溫夾具將銅鉻合金觸頭夾住后，通過內(nèi)部循環(huán)的冷卻介質(zhì)對兩夾持端進行降溫，進而使銅鉻合金觸頭在清洗時的溫度保持在300K?500K。具體的冷卻介質(zhì)可以是水、冷凍液、氣體等，控溫范圍為〇?300 °C。
[0030]為避免清洗環(huán)境中的氧含量過高，可以在控制室內(nèi)充滿惰性氣體，充滿惰性氣體后的操作室內(nèi)的氧含量至少低于0.5?500ppm。惰性氣體中優(yōu)選氬氣體。
[0031]步驟200,根據(jù)所述銅鉻合金觸頭的污染類型和污染程度，選擇使用的激光器類型并調(diào)整激光器清洗時的參數(shù)；
[0032]其中的激光器可以為固體激光器、氣體激光器或光纖激光器。根據(jù)銅鉻合金觸頭的污染程度，該激光器的功率可以選擇5?100W，脈沖頻率為10kHz?2000kHz，脈寬為10fs ?lms的范圍。
[0033]步驟300,控制激光器沿設(shè)定的路線對銅鉻合金觸頭的表面進行逐步且全面的清洗。
[0034]如圖2、3所示，其中設(shè)定的路線是指:按預(yù)定間隔來回移動的水平等間距分隔洗滌軌跡和繞圈移動的單螺旋環(huán)形清洗軌跡;在激光清洗時，激光束沿著規(guī)定的路線逐步對銅鉻合金觸頭的表面進行清洗。通過對清洗路線的規(guī)劃，可以使激光束均勻的對銅鉻合金觸頭表面進行線性清洗，避免遺漏，保持其均勻性。
[0035]具體的軌跡運行可以針對不同銅鉻合金觸頭結(jié)構(gòu)和清洗要求選用不同的激光清洗路線，本實施例中，如在針對銅鉻合金觸頭平整表面時，可采用水平等間距分隔清洗軌跡和單螺旋清洗軌跡，在針對帶有凹槽的銅鉻合金觸頭表面時可以采用復(fù)合式清洗軌跡。
[0036]該水平等間距分隔清洗軌跡主要針對表面清洗要求一致的銅鉻合金觸頭，其由銅鉻合金觸頭的一側(cè)邊開始，通過直線方式等間距的來回移動，最終覆蓋完整個表面層后繞至銅絡(luò)合金觸頭的另一側(cè)。
[0037]而單螺旋軌跡是指:激光清洗時的清洗點由銅鉻合金觸頭的圓心或外側(cè)邊以繞圈的方式，向銅鉻合金觸頭的外側(cè)邊或圓心間隔的逐步移動，最終覆蓋整個銅鉻合金觸頭的表面層。
[0038]如圖6所示，復(fù)合式清洗軌跡可以避開銅鉻合金觸頭表面上的凹槽，將銅鉻合金觸頭表面分成相互獨立的多個清洗區(qū)域，并對每一個清洗區(qū)域規(guī)劃相應(yīng)的運行路線。如圖3所示，當分割出的清洗區(qū)域是圓形時，即可采用水平等間距分隔軌跡或單螺旋軌跡。如圖7所示，當分割出的清洗區(qū)域是其它不規(guī)則形狀時，即可針對該形狀采用相應(yīng)的按順序由其一側(cè)繞至另一側(cè)的任意運動路線，但對應(yīng)的間隔距離、掃描速度、激光參數(shù)等需要事先確定，或由仿真模型給出。
[0039]在單螺旋清洗軌跡中，根據(jù)相鄰運行軌道之間的間隔，其又可以細分為:如圖3所示的相鄰運行軌道之間的間隔距離相等的等間距螺旋軌跡;如圖4所示的，外部相鄰運行軌道之間的間隔距離大于內(nèi)部相鄰運行軌道之間間隔距離的內(nèi)緊外松螺旋軌跡；以及如圖5所示的，外部相鄰運行軌道之間的間隔距離小于內(nèi)部相鄰運行軌道之間間隔距離的外緊內(nèi)松螺旋軌跡。
[0040]而預(yù)定間隔是指:當前激光器在設(shè)定參數(shù)下按軌跡進行清洗時，相鄰軌跡之間不會留下未清洗的死角。至少激光器的功率密度、波長、焦距、掃描速度能夠達到當前銅鉻合金觸頭的清洗要求。如，當鉻的粒度較小時，可以采用減少間隔距離的改性軌跡，而在鉻的粒度較大時，可以增加相鄰改性路線的間隔。具體的間隔距離可以根據(jù)實際實驗確定。一般地預(yù)定間隔可以為0.0I?0.5mm，而掃描速度可以為10?2000mm/s。在一次清洗效果不顯著時，可以連接清洗多次，直到滿足要求。
[0041 ]進一步地，在本發(fā)明的另一個實施例中，在清洗時，需要考慮銅鉻合金觸頭的表面層上分布有內(nèi)凹凹槽的情況，可以根據(jù)帶有凹槽的銅鉻合金觸頭表面形狀，按幾何和拓撲特征將銅鉻合金觸頭表面進行區(qū)域劃分，使得不同區(qū)域的掃描軌跡不同。由于激光清洗只針對銅鉻合金觸頭表面，并不對凹槽做處理。表面與凹槽之間通常通過倒角連接，倒角則需要進行激光清洗，由于倒角的表面與銅鉻合金觸頭的表面有一個夾角，此時需要激光在清洗時偏移一定的角度，這些結(jié)構(gòu)都會影響最終的清洗結(jié)果。針對該現(xiàn)象，可以將銅鉻合金觸頭的表面采用邊界擬合法把復(fù)雜曲面分割為一個個近似平面的曲面(主要是倒角與銅鉻合金觸頭表面的弧形連接邊)，再利用分布估計算法對不同獨立平面進行優(yōu)化組合，以適應(yīng)相應(yīng)的清洗軌跡，從而形成相應(yīng)的清潔軌跡優(yōu)化模型。本實施例可以將復(fù)雜的曲面觸頭表面劃分為拓撲結(jié)構(gòu)簡單的工件面，使得銅鉻合金觸頭表面存在開槽的情況下，節(jié)省改性時間。
[0042]本實施例中的銅鉻合金觸頭經(jīng)激光清洗以后，可降低銅鉻合金觸頭表面的粗糙度，使其更符合生產(chǎn)實踐的需要。
[0043]進一步地，為避免銅鉻合金觸頭中的其它金屬影響清洗效果，在本發(fā)明的一個實施例中，該銅鉻合金觸頭在制備時，作為添加劑的金屬含量的質(zhì)量百分比小于或等于總質(zhì)量百分比的1.5%。常規(guī)的金屬添加劑包括鎢、鉬、鐵、鋯或鎳中的任意一種或兩種，上述金屬添加劑的總量需要控制在限定的范圍，也可以完全沒有金屬添加劑。降低金屬添加劑的含量可以提高鉻的固溶度。而銅鉻合金觸頭中鉻的重量百分比可以為15-50%。
[0044]進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，為控制激光清洗時的效果，可以對銅鉻合金觸頭表面在清洗時的溫度進行監(jiān)控，具體的監(jiān)控可以利用測溫儀，如紅外測溫儀，紅外測溫儀將檢測光打到被激光清洗處的銅鉻合金觸頭表面，獲取即時溫度，以確認當前銅鉻合金觸頭表面的反應(yīng)溫度是否達到預(yù)定的反應(yīng)溫度范圍。
[0045]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項】
1.一種銅鉻合金觸頭的激光清洗方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟100,將待清洗的銅鉻合金觸頭放置在可控氧含量的操作室內(nèi)，并利用控溫夾具將 所述銅鉻合金觸頭固定住；步驟200,根據(jù)所述銅鉻合金觸頭的污染類型和污染程度，選擇使用的激光器類型并調(diào) 整激光器清洗時的參數(shù)；步驟300,控制激光器沿設(shè)定的路線對銅鉻合金觸頭的表面進行逐步且全面的清洗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，在步驟100中，所述控溫夾具通過循環(huán)的冷卻介質(zhì)進行降溫，使所述銅鉻合金觸頭在清 洗時的溫度保持在300K?500K。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光清洗方法，其特征在于，所述的控溫夾具采用的冷卻介質(zhì)是水，控溫范圍為〇?300°C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，在步驟100中，在所述控制室內(nèi)充滿惰性氣體，且所述操作室內(nèi)氧的含量至少低于0.5 ?500ppm〇5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光清洗方法，其特征在于，所述的惰性氣體為氬氣，所述銅鉻合金觸頭中鉻的重量百分比為15-50%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，所述激光器為固體激光器、氣體激光器或光纖激光器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光清洗方法，其特征在于，所述激光器的功率為5?100W，脈沖頻率為10kHz?2000kHz，脈寬為10fs?lms。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，所述設(shè)定的路線是指:按預(yù)定間隔來回移動的水平等間距分隔軌跡和繞圈移動的單螺 旋環(huán)形軌跡;所述預(yù)定間隔是指:當前所述激光器在設(shè)定參數(shù)下按軌跡進行清洗時，相鄰軌 跡之間不會留下死角。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光清洗方法，其特征在于，所述預(yù)定間隔為〇.01?〇.5mm，所述掃描速度為10?2000mm/s。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光清洗方法，其特征在于，所述步驟300中的清潔次數(shù)至少為1次。
【文檔編號】B08B7/00GK106001005SQ201610391512
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】虞鋼, 張犁天, 鄭彩云, 李少霞, 寧偉健, 何秀麗
【申請人】中國科學院力學研究所