滅弧室焊接問題的探討

王雅君

摘 要：本文從焊接的理論分析著手，對真空滅弧室在焊接過程中出現(xiàn)的焊縫不合格特征進行分析，總結(jié)得出了影響焊接質(zhì)量的主要因素，并結(jié)合實際提出了解決措施。

關(guān)鍵詞：焊縫 漏氣 不浸潤 焊料流散

中圖分類號：TM561.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0094-02

真空滅弧室在制造過程中的焊接為關(guān)鍵過程。這個工藝過程中，它的焊縫質(zhì)量對滅弧室產(chǎn)品的整體質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響，特別是氣密性焊縫。本文主要針對焊接中出現(xiàn)的不合格特征，對其產(chǎn)生的原因進行了研究與分析，并結(jié)合實際提出了解決措施，從而使滅弧室產(chǎn)品的工藝質(zhì)量在生產(chǎn)過程得到有效控制和不斷提升。

1 焊接的機理及可靠性保證

釬焊是依靠焊料熔化成液態(tài)來填滿固態(tài)基體金屬接頭的間隙，而形成金屬間結(jié)合的一種連接方式。良好的釬焊焊縫質(zhì)量要求焊接處的焊縫被焊料填滿，且能均勻形成圓角，焊料流散和分布均勻，焊縫表面光滑，無縮孔，基體金屬無溶蝕現(xiàn)象；真空氣密性焊縫還需用氦質(zhì)譜檢漏儀進行檢漏，不漏氣。

為得到理想的釬焊質(zhì)量，要保證以下幾點。

（1）焊料對基體金屬有好的潤濕性。

（2）液態(tài)焊料和基體金屬間發(fā)生相互作用。

（3）焊料溶化后與基體金屬間發(fā)生相互作用，冷卻時在焊縫中結(jié)晶而形成合金。

（4）釬焊接頭的設(shè)計結(jié)構(gòu)必須利用焊料的重力作用和焊縫間隙的毛細作用，保證焊料溶化后能良好地填充間隙。

（5）焊料填充焊縫間隙時，間隙中的氣體應(yīng)有排除的通道，避免盲孔設(shè)計。

（6）釬焊的基體金屬和焊料表面必須潔凈，無油污和氧化。

（7）釬焊溫度、保溫時間、升降溫速率合理。

2 焊接質(zhì)量的分析

2.1 部件焊接

在生產(chǎn)中部件釬焊主要是無氧銅與鍍鎳不銹鋼、無氧銅與鍍鎳可伐、無氧銅與無氧銅、鍍鎳不銹鋼與鍍鎳不銹鋼這四種方式焊接，所采用的焊料均為銀銅28焊料。通過長時間的生產(chǎn)，我們的設(shè)計和工藝已日益成熟，但在生產(chǎn)過程仍然會出現(xiàn)一些釬焊的質(zhì)量問題，如：釬焊焊縫處漏氣，直接導(dǎo)致滅弧室失效；焊料流散過渡、焊料起皺、嚴重堆積、成蜂窩狀、螺紋孔內(nèi)爬焊料，可能造成滅弧室的耐壓水平降低，或在超高壓老煉時易造成管內(nèi)擊穿；如果表現(xiàn)在管外，造成壓板端面、蓋板及動導(dǎo)桿表面粗糙、凹凸不平，鍍銀層不均勻，色澤不一，造成影響滅弧室外觀質(zhì)量，降低產(chǎn)品的觀賞度。

在部件釬焊中出現(xiàn)的不合格特征主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）波紋管兩端口焊接處漏氣。

（2）觸頭與觸頭座焊接處有縫。

（3）動導(dǎo)電桿與鋼套焊接處部分間隙未被焊料填滿。

（4）導(dǎo)桿與壓板、導(dǎo)桿與蓋板處焊料堆積。

（5）靜蓋板與壓板焊接處出現(xiàn)較大縫隙。

（6）焊料濺散問題。

（7）鍍鎳靜壓板表面爬焊料，流散不均勻呈不規(guī)則形狀。

2.2 原因分析

2.2.1 波紋管兩端口焊接處漏氣

波紋管為鍍鎳不銹鋼材料，兩端口焊接通常是鍍鎳不銹鋼與無氧銅、鍍鎳不銹鋼與鍍鎳不銹鋼焊接。鍍鎳不銹鋼與無氧銅焊接結(jié)構(gòu)比較可靠，在設(shè)計和實際生產(chǎn)中氣密性焊縫盡可能采用該焊接方式。焊料溶化后易與銅發(fā)生相互作用，在焊縫中形成合金，焊縫牢固，不易產(chǎn)生漏氣，漏氣比率較高的焊接方式為鍍鎳不銹鋼與鍍鎳不銹鋼焊接，出現(xiàn)在波紋管與動蓋板、波紋管與鍍鎳屏蔽罩的焊接處。由于這種焊接方式是高溫下靠重力以及波紋管與動蓋板、屏蔽罩之間的毛細現(xiàn)象使其焊接的，這種結(jié)構(gòu)對兩焊接零件的配合間隙有較高的要求，我們一般在設(shè)計中的配合間隙為0.10～0.30 mm，

且要求直邊處有1～1.5的R角。但在零件加工中，因波紋管為彈性薄壁件，端口尺寸及直邊處的R尺寸一致性較差，造成尺寸超差，導(dǎo)致波紋管與動蓋板配合較松，焊接后產(chǎn)生漏氣。另外，在運輸中及生產(chǎn)過程中，波紋管兩端口易發(fā)生變形，造成焊接處部分配合間隙較大，觀察漏氣部位，波紋管端口與蓋板、屏蔽罩配合處均有較明顯的縫隙，導(dǎo)致焊接處漏氣。

焊接工藝中焊接溫度過高，保溫時間過長，爐內(nèi)溫度不均勻，也是造成兩薄壁件焊接處漏氣的原因之一。仔細觀察管芯漏氣處的焊接狀況，我們會發(fā)現(xiàn)焊料蒸散的較嚴重，說明保溫時間過長，在焊縫處雖然焊縫填滿了間隙，但沒有形成好的圓角，而且對漏氣處的不銹鋼進行解剖，通過金相分析，不銹鋼的晶粒明顯長大，因金屬的溶解從而產(chǎn)生嚴重的溶蝕，在焊縫處形成微漏孔，導(dǎo)致漏氣。

2.2.2 觸頭與觸頭座焊接處有縫

觸頭有縫問題一方面是操作工裝配及進爐的操作失誤，導(dǎo)致月牙焊料漏放或移動過程中掉落，這種問題可通過加強操作規(guī)范加以控制。

最主要的是在觸頭與觸頭座焊接處放置焊料后出現(xiàn)焊料不浸潤現(xiàn)象。經(jīng)分析直接原因是觸頭表面不潔凈，在加工和運輸中產(chǎn)生污染，存儲條件不當造成表面氧化，形成氧化膜。觀察觸頭表面，嚴重的氧化形狀是不規(guī)則的暗黃色，觸頭的正反面均有印跡。觸頭輕微的氧化通過我們的眼力觀察一般是肉眼看不到的，但這兩種氧化均能造成釬焊焊縫處焊料流散不均勻，嚴重時出現(xiàn)焊料不浸潤現(xiàn)象，形成觸頭與觸頭座之間的縫隙。

觸頭座焊接平面變形，使觸頭與之配合處間隙較大，焊接后也會形成有縫問題。

觸頭支撐高度超差，觸頭裝配后，支撐將觸頭頂起，觸頭架空，觸頭與座配合不到位，形成間隙，在焊接后造成觸頭與座有縫。

2.2.3 導(dǎo)電桿與鋼套焊接處部分間隙未被焊料填滿

導(dǎo)桿與鋼套在焊接時經(jīng)常出現(xiàn)焊接處部分間隙未被焊料填滿，焊接處有縫。螺紋鋼套的壁厚通常為2.5～3.5 mm，那么在加工螺紋過程中端口部位是容易發(fā)生輕微變形成為橢圓，這樣，螺紋鋼套的端口與導(dǎo)桿焊接處局部配合間隙過大，該處的焊料順縫隙流入導(dǎo)桿側(cè)面，端面處的焊縫將不會被填滿，形成局部有縫的問題。

2.2.4 導(dǎo)桿與壓板、導(dǎo)桿與蓋板處焊料堆積

導(dǎo)桿與壓板處焊料堆積，結(jié)構(gòu)特點是靜導(dǎo)桿為分體導(dǎo)桿，在釬焊時需將靜端壓板與靜導(dǎo)桿依靠放置在靜導(dǎo)桿上的焊料絲焊接。如果焊料量或工藝溫度、裝爐量不合理，將造成焊料堆積嚴重，焊料超出了導(dǎo)桿的平面，并在表面形成凹凸不平。

導(dǎo)桿與蓋板處焊料堆積，靜蓋板焊料起皺，這種結(jié)構(gòu)由于沒有靜端壓板，而蓋板為薄壁件，在釬焊時，隨著爐內(nèi)溫度的升高，蓋板處比工件的其它部位易受熱，溫度偏高，易使焊料起皺。如果整體爐溫不均勻，還會造成同一爐中有焊料不化現(xiàn)象，也有焊料起皺的現(xiàn)象。

2.2.5 靜蓋板與壓板焊接處縫隙較大

表現(xiàn)特征為靜蓋板與導(dǎo)桿處有縫。該焊接處有縫主要從兩個配合零件的平面度考慮，導(dǎo)桿為無氧銅車制件，在零件加工中不易形成變形；而蓋板為沖壓薄壁件，在零件加工中易變形。在焊接前將蓋板的平面度進行了測量，平面度不超過0.10 mm，符合設(shè)計和焊接要求。經(jīng)觀察零件，發(fā)現(xiàn)靜導(dǎo)桿與蓋板配合的平面處有小的凸起，是磕碰后變形造成的，靜導(dǎo)桿與蓋板裝配后用眼觀察該處的縫隙較大。該平面焊接是用焊料片，依靠焊料片的融化焊接平面，焊料流散后，填滿靜導(dǎo)桿與蓋板配合處的縫隙。但導(dǎo)桿平面變形后，導(dǎo)致與蓋板配合不平，間隙增大，在焊接時形成縫隙。

2.2.6 鍍鎳靜壓板表面爬焊料，流散不均勻呈不規(guī)則形狀

鍍鎳靜壓板表面爬焊料，流散不均勻呈不規(guī)則形狀，產(chǎn)生的主要原因是鍍鎳層粗糙，焊料的毛細作用所致爬焊料及焊料流散過渡、壓板表面不均勻。

壓板倒角深度不夠，使焊料圈放置不能到位；焊料圈繞制直徑偏大，放置不到位，焊料偏移到壓板上。

2.2.7 焊料濺散問題

焊料濺散在某些結(jié)構(gòu)的管型上出現(xiàn)過，釬焊過程中管芯濺散焊料不僅與焊料的濺散性有關(guān)，而且與焊縫處的焊接結(jié)構(gòu)有關(guān)。分析：焊接結(jié)構(gòu)為動導(dǎo)桿φ8+0.10—0.02的孔與觸頭φ80—0.08的凸臺焊接。觀察濺散有焊料的位置，發(fā)現(xiàn)在動導(dǎo)電桿部位、波紋管外表面都有濺散的焊料，其中，以波紋管表面濺散的焊料最多。波紋管內(nèi)表面未發(fā)現(xiàn)濺散的焊料。由此可判斷動管芯的焊料濺散是動導(dǎo)電桿與觸頭之間的焊料熔化時造成。導(dǎo)電桿外徑和觸頭內(nèi)徑配合處的間隙為0.02～0.18 mm，在實際生產(chǎn)中如果加工的零件配合間隙為最?。ㄅ懦噶媳旧淼膯栴}），那么就是該處的焊接結(jié)構(gòu)易使焊料發(fā)生濺散。

導(dǎo)電桿外徑和觸頭內(nèi)徑配合處的間隙緊密相關(guān)，當此處配合間隙較大時，焊接過程中導(dǎo)電桿端面與觸頭座焊接處的氣體排出順暢，但對于導(dǎo)電桿與觸頭之間的同軸度影響較大；當此處配合間隙較小時，焊接過程中導(dǎo)電桿端面與觸頭座焊接處的氣體排出困難，就易產(chǎn)生焊料濺散。

3 結(jié)論

通過以上問題的分析，我們采取以下措施來保證焊縫的質(zhì)量。

（1）對于薄壁件的焊接，首先在零件的加工中要嚴格按設(shè)計尺寸加工，對配合間隙的尺寸和直邊的R控制，運輸過程中防止波紋管端口變形。如果出現(xiàn)尺寸超差，應(yīng)當將零件返修后再裝配。出現(xiàn)變形問題用專用模具對波紋管的端口修理，使之與動蓋板配合較緊或?qū)⒉y管端口處的焊料移至動蓋板處焊接。

（2）零件表面處理要潔凈，在運輸和加工中避免各類污染，儲存零件的環(huán)境要保證，環(huán)境的相對濕度應(yīng)該控制在50%RH以下。在裝配電極時，應(yīng)先將觸頭與觸頭座配平，檢查觸頭座的六槽有無變形。

（3）對于焊料堆積問題，應(yīng)根據(jù)管型減少焊料用量，將釬焊工藝溫度降低、保溫時間縮短?？刂七M爐的數(shù)量，裝爐時盡量將管芯均勻擺放、平鋪，不允許高低錯層。

（4）鍍鎳壓板焊料流散過度，應(yīng)在鍍鎳前將壓板車成2×45 ℃倒角或深度為2 mm的槽，使焊料能放置在倒角或槽內(nèi)，焊料圈繞制直徑盡可能與導(dǎo)桿直徑一致。對有鎳渣的鎳層應(yīng)將表面處理光滑，無掛手感覺，防止焊料在鎳層表面的流散、堆積。

（5）對于易發(fā)生焊料濺散的管型，盡量使配合間隙增大，減少模具，防止模具屏蔽熱量，使升溫不均勻。

參考文獻

[1] 王季梅.真空滅弧室設(shè)計、制造及其應(yīng)用[M].西安交通大學出版社，1993.