灭弧室焊接问题的探讨

王雅君

摘 要：本文从焊接的理论分析着手，对真空灭弧室在焊接过程中出现的焊缝不合格特征进行分析，总结得出了影响焊接质量的主要因素，并结合实际提出了解决措施。

关键词：焊缝 漏气 不浸润 焊料流散

中图分类号：TM561.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0094-02

真空灭弧室在制造过程中的焊接为关键过程。这个工艺过程中，它的焊缝质量对灭弧室产品的整体质量起着至关重要的影响，特别是气密性焊缝。本文主要针对焊接中出现的不合格特征，对其产生的原因进行了研究与分析，并结合实际提出了解决措施，从而使灭弧室产品的工艺质量在生产过程得到有效控制和不断提升。

1 焊接的机理及可靠性保证

钎焊是依靠焊料熔化成液态来填满固态基体金属接头的间隙，而形成金属间结合的一种连接方式。良好的钎焊焊缝质量要求焊接处的焊缝被焊料填满，且能均匀形成圆角，焊料流散和分布均匀，焊缝表面光滑，无缩孔，基体金属无溶蚀现象；真空气密性焊缝还需用氦质谱检漏仪进行检漏，不漏气。

为得到理想的钎焊质量，要保证以下几点。

（1）焊料对基体金属有好的润湿性。

（2）液态焊料和基体金属间发生相互作用。

（3）焊料溶化后与基体金属间发生相互作用，冷却时在焊缝中结晶而形成合金。

（4）钎焊接头的设计结构必须利用焊料的重力作用和焊缝间隙的毛细作用，保证焊料溶化后能良好地填充间隙。

（5）焊料填充焊缝间隙时，间隙中的气体应有排除的通道，避免盲孔设计。

（6）钎焊的基体金属和焊料表面必须洁净，无油污和氧化。

（7）钎焊温度、保温时间、升降温速率合理。

2 焊接质量的分析

2.1 部件焊接

在生产中部件钎焊主要是无氧铜与镀镍不锈钢、无氧铜与镀镍可伐、无氧铜与无氧铜、镀镍不锈钢与镀镍不锈钢这四种方式焊接，所采用的焊料均为银铜28焊料。通过长时间的生产，我们的设计和工艺已日益成熟，但在生产过程仍然会出现一些钎焊的質量问题，如：钎焊焊缝处漏气，直接导致灭弧室失效；焊料流散过渡、焊料起皱、严重堆积、成蜂窝状、螺纹孔内爬焊料，可能造成灭弧室的耐压水平降低，或在超高压老炼时易造成管内击穿；如果表现在管外，造成压板端面、盖板及动导杆表面粗糙、凹凸不平，镀银层不均匀，色泽不一，造成影响灭弧室外观质量，降低产品的观赏度。

在部件钎焊中出现的不合格特征主要表现在以下几点。

（1）波纹管两端口焊接处漏气。

（2）触头与触头座焊接处有缝。

（3）动导电杆与钢套焊接处部分间隙未被焊料填满。

（4）导杆与压板、导杆与盖板处焊料堆积。

（5）静盖板与压板焊接处出现较大缝隙。

（6）焊料溅散问题。

（7）镀镍静压板表面爬焊料，流散不均匀呈不规则形状。

2.2 原因分析

2.2.1 波纹管两端口焊接处漏气

波纹管为镀镍不锈钢材料，两端口焊接通常是镀镍不锈钢与无氧铜、镀镍不锈钢与镀镍不锈钢焊接。镀镍不锈钢与无氧铜焊接结构比较可靠，在设计和实际生产中气密性焊缝尽可能采用该焊接方式。焊料溶化后易与铜发生相互作用，在焊缝中形成合金，焊缝牢固，不易产生漏气，漏气比率较高的焊接方式为镀镍不锈钢与镀镍不锈钢焊接，出现在波纹管与动盖板、波纹管与镀镍屏蔽罩的焊接处。由于这种焊接方式是高温下靠重力以及波纹管与动盖板、屏蔽罩之间的毛细现象使其焊接的，这种结构对两焊接零件的配合间隙有较高的要求，我们一般在设计中的配合间隙为0.10～0.30 mm，

且要求直边处有1～1.5的R角。但在零件加工中，因波纹管为弹性薄壁件，端口尺寸及直边处的R尺寸一致性较差，造成尺寸超差，导致波纹管与动盖板配合较松，焊接后产生漏气。另外，在运输中及生产过程中，波纹管两端口易发生变形，造成焊接处部分配合间隙较大，观察漏气部位，波纹管端口与盖板、屏蔽罩配合处均有较明显的缝隙，导致焊接处漏气。

焊接工艺中焊接温度过高，保温时间过长，炉内温度不均匀，也是造成两薄壁件焊接处漏气的原因之一。仔细观察管芯漏气处的焊接状况，我们会发现焊料蒸散的较严重，说明保温时间过长，在焊缝处虽然焊缝填满了间隙，但没有形成好的圆角，而且对漏气处的不锈钢进行解剖，通过金相分析，不锈钢的晶粒明显长大，因金属的溶解从而产生严重的溶蚀，在焊缝处形成微漏孔，导致漏气。

2.2.2 触头与触头座焊接处有缝

触头有缝问题一方面是操作工装配及进炉的操作失误，导致月牙焊料漏放或移动过程中掉落，这种问题可通过加强操作规范加以控制。

最主要的是在触头与触头座焊接处放置焊料后出现焊料不浸润现象。经分析直接原因是触头表面不洁净，在加工和运输中产生污染，存储条件不当造成表面氧化，形成氧化膜。观察触头表面，严重的氧化形状是不规则的暗黄色，触头的正反面均有印迹。触头轻微的氧化通过我们的眼力观察一般是肉眼看不到的，但这两种氧化均能造成钎焊焊缝处焊料流散不均匀，严重时出现焊料不浸润现象，形成触头与触头座之间的缝隙。

触头座焊接平面变形，使触头与之配合处间隙较大，焊接后也会形成有缝问题。

触头支撑高度超差，触头装配后，支撑将触头顶起，触头架空，触头与座配合不到位，形成间隙，在焊接后造成触头与座有缝。

2.2.3 导电杆与钢套焊接处部分间隙未被焊料填满

导杆与钢套在焊接时经常出现焊接处部分间隙未被焊料填满，焊接处有缝。螺纹钢套的壁厚通常为2.5～3.5 mm，那么在加工螺纹过程中端口部位是容易发生轻微变形成为椭圆，这样，螺纹钢套的端口与导杆焊接处局部配合间隙过大，该处的焊料顺缝隙流入导杆侧面，端面处的焊缝将不会被填满，形成局部有缝的问题。

2.2.4 导杆与压板、导杆与盖板处焊料堆积

导杆与压板处焊料堆积，结构特点是静导杆为分体导杆，在钎焊时需将静端压板与静导杆依靠放置在静导杆上的焊料丝焊接。如果焊料量或工艺温度、装炉量不合理，将造成焊料堆积严重，焊料超出了导杆的平面，并在表面形成凹凸不平。

导杆与盖板处焊料堆积，静盖板焊料起皱，这种结构由于没有静端压板，而盖板为薄壁件，在钎焊时，随着炉内温度的升高，盖板处比工件的其它部位易受热，温度偏高，易使焊料起皱。如果整体炉温不均匀，还会造成同一炉中有焊料不化现象，也有焊料起皱的现象。

2.2.5 静盖板与压板焊接处缝隙较大

表现特征为静盖板与导杆处有缝。该焊接处有缝主要从两个配合零件的平面度考虑，导杆为无氧铜车制件，在零件加工中不易形成变形；而盖板为冲压薄壁件，在零件加工中易变形。在焊接前将盖板的平面度进行了测量，平面度不超过0.10 mm，符合设计和焊接要求。经观察零件，发现静导杆与盖板配合的平面处有小的凸起，是磕碰后变形造成的，静导杆与盖板装配后用眼观察该处的缝隙较大。该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，填满静导杆与盖板配合处的缝隙。但导杆平面变形后，导致与盖板配合不平，间隙增大，在焊接时形成缝隙。

2.2.6 镀镍静压板表面爬焊料，流散不均匀呈不规则形状

镀镍静压板表面爬焊料，流散不均匀呈不规则形状，产生的主要原因是镀镍层粗糙，焊料的毛細作用所致爬焊料及焊料流散过渡、压板表面不均匀。

压板倒角深度不够，使焊料圈放置不能到位；焊料圈绕制直径偏大，放置不到位，焊料偏移到压板上。

2.2.7 焊料溅散问题

焊料溅散在某些结构的管型上出现过，钎焊过程中管芯溅散焊料不仅与焊料的溅散性有关，而且与焊缝处的焊接结构有关。分析：焊接结构为动导杆φ8+0.10—0.02的孔与触头φ80—0.08的凸台焊接。观察溅散有焊料的位置，发现在动导电杆部位、波纹管外表面都有溅散的焊料，其中，以波纹管表面溅散的焊料最多。波纹管内表面未发现溅散的焊料。由此可判断动管芯的焊料溅散是动导电杆与触头之间的焊料熔化时造成。导电杆外径和触头内径配合处的间隙为0.02～0.18 mm，在实际生产中如果加工的零件配合间隙为最小（排除焊料本身的问题），那么就是该处的焊接结构易使焊料发生溅散。

导电杆外径和触头内径配合处的间隙紧密相关，当此处配合间隙较大时，焊接过程中导电杆端面与触头座焊接处的气体排出顺畅，但对于导电杆与触头之间的同轴度影响较大；当此处配合间隙较小时，焊接过程中导电杆端面与触头座焊接处的气体排出困难，就易产生焊料溅散。

3 结论

通过以上问题的分析，我们采取以下措施来保证焊缝的质量。

（1）对于薄壁件的焊接，首先在零件的加工中要严格按设计尺寸加工，对配合间隙的尺寸和直边的R控制，运输过程中防止波纹管端口变形。如果出现尺寸超差，应当将零件返修后再装配。出现变形问题用专用模具对波纹管的端口修理，使之与动盖板配合较紧或将波纹管端口处的焊料移至动盖板处焊接。

（2）零件表面处理要洁净，在运输和加工中避免各类污染，储存零件的环境要保证，环境的相对湿度应该控制在50%RH以下。在装配电极时，应先将触头与触头座配平，检查触头座的六槽有无变形。

（3）对于焊料堆积问题，应根据管型减少焊料用量，将钎焊工艺温度降低、保温时间缩短。控制进炉的数量，装炉时尽量将管芯均匀摆放、平铺，不允许高低错层。

（4）镀镍压板焊料流散过度，应在镀镍前将压板车成2×45 ℃倒角或深度为2 mm的槽，使焊料能放置在倒角或槽内，焊料圈绕制直径尽可能与导杆直径一致。对有镍渣的镍层应将表面处理光滑，无挂手感觉，防止焊料在镍层表面的流散、堆积。

（5）对于易发生焊料溅散的管型，尽量使配合间隙增大，减少模具，防止模具屏蔽热量，使升温不均匀。

参考文献

[1] 王季梅.真空灭弧室设计、制造及其应用[M].西安交通大学出版社，1993.