工藝控制對(duì)真空滅弧室質(zhì)量的影響

趙芳

摘 要：真空滅弧室是真空開關(guān)的核心器件，正逐步向超高壓、小型化、長(zhǎng)壽命、高可靠性方向發(fā)展。文章對(duì)真空滅弧室生產(chǎn)制造過(guò)程中工藝控制對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量性能各方面的影響進(jìn)行了闡述，著重對(duì)一次封排工藝過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，證明工藝控制在滅弧室生產(chǎn)過(guò)程中的重要性及對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

關(guān)鍵詞：真空滅弧室；一次封排

中圖分類號(hào)：TM561.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0103-02

1 真空滅弧室簡(jiǎn)介

隨著高壓真空開關(guān)行業(yè)的飛速發(fā)展，真空滅弧室也廣泛應(yīng)用于電力、冶金、礦山、石化、鐵路等部門的配件系統(tǒng)。真空滅弧室具有體積小、壽命長(zhǎng)、節(jié)能、防火、防爆、維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)。通常真空滅弧室由絕緣外殼、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)電部分（動(dòng)管芯）、靜止導(dǎo)電部分（靜管芯）構(gòu)成。

按絕緣外殼可分為玻璃真空滅弧室和陶瓷真空滅弧室，從制造工藝上可分為一次封排滅弧室和排氣滅弧室。

隨著真空開關(guān)向超高壓、低壓等級(jí)方向發(fā)展，真空滅弧室也將逐步向小型化、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，這無(wú)疑對(duì)真空滅弧室的生產(chǎn)制造工藝水平提出了更高要求，同時(shí)也是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的更大挑戰(zhàn)。

2 真空滅弧室一次封排制造工藝簡(jiǎn)介

在國(guó)內(nèi)真空滅弧室制造技術(shù)日趨成熟，一次封排工藝已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)滅弧室的各個(gè)企業(yè)。一次封排工藝是區(qū)別于傳統(tǒng)排氣工藝的一種新型滅弧室生產(chǎn)工藝。一次封排工藝是指將焊接好的動(dòng)、靜管芯與瓷殼裝配成整管置于真空爐中焊接，整管的焊接與管內(nèi)的排氣同時(shí)完成。一次封排工藝具有生產(chǎn)周期效率高、工藝過(guò)程簡(jiǎn)化、適于大規(guī)模生產(chǎn)、管內(nèi)去氣徹底、焊接可靠、產(chǎn)品質(zhì)量一致性好的優(yōu)點(diǎn)。

3 生產(chǎn)工藝環(huán)境對(duì)滅弧室質(zhì)量的影響

滅弧室工作于高電壓、大電流狀態(tài)下，需要具有良好的內(nèi)外絕緣水平，強(qiáng)大的導(dǎo)流能力，可靠的開斷能力，這要求滅弧室的生產(chǎn)區(qū)域必須具備良好的工藝衛(wèi)生。該區(qū)域應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，四周封閉，區(qū)域內(nèi)保持恒溫、恒濕，內(nèi)部保持正壓，具有較高的潔凈度等級(jí)。一般溫度應(yīng)保持在20～24 ℃之間，相對(duì)濕度為30 %～70 %。

溫、濕度的變化可導(dǎo)致滅弧室金屬材料和金屬化封接面的氧化污染。滅弧室導(dǎo)電部分采用無(wú)氧銅材料，銅長(zhǎng)期存放于空氣中或高溫、高溫環(huán)境下極易發(fā)生氧化。使用氧化的零、部件封接整管后會(huì)產(chǎn)生虛焊、漏氣的現(xiàn)象，而且銅的氧化物在真空封接過(guò)程中會(huì)發(fā)生分解，污染真空爐和爐內(nèi)工件，降低爐內(nèi)真空度。滅弧室使用的不銹鋼、可伐材料其表面鍍有鎳層，瓷殼金屬化表面也鍍有鎳層，這類零件大多用于氣密性焊縫焊接，如果氧化會(huì)產(chǎn)生漏大氣，高壓加不上，真空度低等問(wèn)題。滅弧室電極大都采用CuCr系合金和WuCu系合金，Cr在空氣中氧化緩慢，但Cr的氧化物卻十分穩(wěn)定，高溫下難以分解，即使在氫爐中還原也難以達(dá)到初始狀態(tài)，電極氧化會(huì)增大滅弧室的回路電阻，開斷時(shí)增大管內(nèi)的放氣量。所以滅弧室的生產(chǎn)環(huán)境一定要保持恒溫、恒濕。

生產(chǎn)環(huán)境的潔凈程度對(duì)滅弧室的內(nèi)在品質(zhì)、產(chǎn)品的成品率有著重大影響。空氣中存在的大量塵埃粒子，如果進(jìn)入滅弧室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，比如降低管內(nèi)絕緣、增大開斷電弧重燃幾率等。因此生產(chǎn)區(qū)域的空氣必須實(shí)時(shí)凈化，將空氣中的塵埃粒子控制在一定范圍內(nèi)。以陜西寶光真空電器股份有限公司為例，潔凈度等級(jí)執(zhí)行美國(guó)聯(lián)邦209E標(biāo)準(zhǔn)，裝配大廳標(biāo)準(zhǔn)為100 000級(jí)，用于部件的焊接，超凈間標(biāo)準(zhǔn)為10 000級(jí)，超凈裝配臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)為100級(jí)，用于整管的裝配與封排；大廳與超凈間溫度保持在20～24 ℃，相對(duì)濕度控制在30%～70%范圍內(nèi)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 材料品質(zhì)對(duì)滅弧室質(zhì)量的影響

用于滅弧室的材料除了對(duì)其機(jī)械性能有著較高要求外，對(duì)電性能也有著很高要求。這些指標(biāo)如成分含量、雜志含量、含氧量、硬度、電導(dǎo)率、密度、缺陷、抗拉強(qiáng)度等。加強(qiáng)原材料的質(zhì)量把關(guān)對(duì)滅弧室的品質(zhì)有著重要意義，材料缺陷有時(shí)會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中體現(xiàn)，有時(shí)則成為一種隱患遺留于產(chǎn)品之中。例如無(wú)氧銅的含量超標(biāo)會(huì)增加滅弧室的去氣成本，瓷件雜志含量超標(biāo)會(huì)使滅弧室的絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度受損，波紋管晶粒粗大會(huì)降低機(jī)械壽命。

5 部件裝配焊接對(duì)滅弧室質(zhì)量的影響

滅弧室部件的裝配與封接是制造工藝過(guò)程中的重要部分。一次封排滅弧室的焊接大都采用銀基焊料立封結(jié)構(gòu)，主要有銅-銅焊接、銅-不銹鋼焊接、不銹鋼-不銹鋼焊接。影響焊接質(zhì)量的因素主要有：零件表面的潔凈度、焊縫間隙、零件光潔度、焊接工藝曲線、爐內(nèi)真空度等。

機(jī)加后的金屬零件一般要經(jīng)過(guò)去油、酸洗、電解去毛刺、表面拋光等處理，力求零件表面光滑，無(wú)磕碰、變形以及氧化、污染。焊縫零件的配合間隙一般0.1 mm為最理想，此時(shí)不但能充分利用焊料融化后的毛細(xì)作用來(lái)填隙而且會(huì)使基體金屬生成新的合金組織。過(guò)大的配合間隙達(dá)不到最佳的焊接效果，間隙過(guò)大焊料只是簡(jiǎn)單的堆積，達(dá)不到生成合金的溫度，且二次焊接時(shí)易熔焊；配合間隙過(guò)小不利于零、部件的裝配。在焊接過(guò)程中應(yīng)設(shè)置合理的工藝曲線，升溫段應(yīng)充分考慮到材料的放氣，隨著真空爐爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)的下降和溫度的升高，零件表面物理吸附的氣體首先脫附，隨之材料深層化學(xué)吸附的氣體脫附，材料的大量的放氣會(huì)使真空爐內(nèi)真空度急劇下降，一般下降一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。如果爐內(nèi)真空度過(guò)低加之溫度升高，零件極易氧化，如果繼續(xù)焊接必將造成零件的虛焊，危害極大。

6 整管封排對(duì)滅弧室質(zhì)量的影響

整管的焊接是由已焊接的部件與其它零件進(jìn)行裝配，共同在真空爐內(nèi)進(jìn)行焊接和管內(nèi)排氣。對(duì)于整管的封排則要求更高，因?yàn)椴坏ＷC焊縫的強(qiáng)度和氣密性，而且要求管內(nèi)具有5×10-4的真空度。

油對(duì)真空的危害極大，為保證滅弧室的高品質(zhì)，真空系統(tǒng)應(yīng)采用無(wú)油設(shè)備。例如寶光股份采用的是低溫泵和分子泵做為主抽泵的大型真空爐，雖然提高了設(shè)備成本但可提高管內(nèi)潔凈度。封排過(guò)程中應(yīng)充分考慮到材料的深層去氣，在800 ℃高溫下，對(duì)材料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間烘烤可使材料深層吸附的氣體去除，避免日后材料的放氣使滅弧室管內(nèi)壓強(qiáng)升高。一般進(jìn)行300～800 ℃的保溫去氣，過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫對(duì)去氣并無(wú)益處。

在封排過(guò)程中爐內(nèi)溫均性是一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。真空爐內(nèi)主要依靠加熱鉬帶的熱輻射和工件間的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)溫均，爐內(nèi)某處的實(shí)際溫度與熱偶測(cè)量值存在一定的偏差，將最大溫差控制在一定范圍內(nèi)可保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

升、降溫速率設(shè)置要合理，過(guò)快的升降溫會(huì)引起內(nèi)、外應(yīng)力的集中釋放，過(guò)慢的升降溫會(huì)增加不必要的生產(chǎn)成本。焊料融化焊接時(shí)間即整個(gè)焊接過(guò)程中的最高溫度，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使所用焊料過(guò)度融化和蒸發(fā)，甚至導(dǎo)致已焊接部件的二次熔化；時(shí)間過(guò)短易導(dǎo)致焊料熔化不均勻。在整個(gè)封接過(guò)程中真空爐內(nèi)真空度應(yīng)始終保持在高真空狀態(tài)，防止在此過(guò)程中造成金屬件的氧化。

7 滅弧室管內(nèi)真空度的控制

滅弧室管內(nèi)真空度是滅弧室正常工作的基本條件，工藝過(guò)程中對(duì)真空度的控制是一項(xiàng)重要工作。

滅弧室正常使用的條件是管內(nèi)真空度優(yōu)于1.33×10-2 Pa，對(duì)真空度的控制是工藝控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容，寶光股份控制標(biāo)準(zhǔn)為管內(nèi)壓強(qiáng)不大于5×10-2 Pa。首先封排中真空爐內(nèi)壓強(qiáng)小于1×10-4 Pa，可使滅弧室獲得一個(gè)較高的初始管內(nèi)氣壓，當(dāng)溫度降為室溫后材料的放氣速率變小，吸氣速率變大，可使管內(nèi)真空度進(jìn)一步提高1個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到1×10-4 Pa左右，這樣就使滅弧室獲得一個(gè)較高的管內(nèi)真空。封排過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間的高溫烘烤使得管內(nèi)材料在以后的放氣量大大減小，并且管內(nèi)設(shè)計(jì)有高效吸氣劑，可以吸附這部分釋放的氣體。

封排后的滅弧室還需要進(jìn)行真空度檢測(cè)，工頻耐壓檢測(cè)，排除掉管內(nèi)壓強(qiáng)大于1×10-1 Pa的管子，然后用磁控式真空度測(cè)試儀檢測(cè)1×10-1 Pa—1×10-5 Pa范圍內(nèi)的管子，再進(jìn)行加壓檢漏，即將滅弧室放入加壓罐中充以一定壓力的惰性氣體，放置一定的時(shí)間，然后再次進(jìn)行真空度測(cè)試，這種方法可排除慢性漏氣的情況。使用真空度測(cè)試儀應(yīng)注意測(cè)試儀的量程范圍、環(huán)境濕度、溫度、光線、電磁干擾等，避免產(chǎn)生結(jié)果誤判。

8 老煉及其它方面對(duì)滅弧室質(zhì)量的影響

對(duì)滅弧室進(jìn)行老煉處理，可提高其電性能。老煉主要有超高壓老煉、直流老煉、雷電沖擊老煉。超高壓老煉是將滅弧室兩觸頭分離開一定距離，兩端加以高壓，利用觸頭間局部放電來(lái)燒蝕表面的毛刺，以達(dá)到改善觸頭表面狀態(tài)，提高其耐壓水平的目的。直流老煉是給滅弧室通以上百安培的大電流，觸頭產(chǎn)生電弧時(shí)，利用電弧來(lái)凈化觸頭表面，燒蝕尖端的作用。雷電沖擊老煉在滅弧室兩端加以瞬間高電壓，兩觸頭間不擊穿，老煉后可提高滅弧室抗雷電沖擊的能力。

滅弧室綜合參數(shù)的控制，這部分主要包括耐壓檢測(cè)，真空度檢測(cè)，尺寸形位公差檢測(cè)，外觀外形檢測(cè)，自閉力、反力檢測(cè)，回路電阻檢測(cè)等。

9 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上論述可以看出，滅弧室生產(chǎn)工藝控制對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的重要性，要生產(chǎn)出高品質(zhì)的滅弧室，必須加強(qiáng)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的控制。

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