一種新型釬焊式等離子電極及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型釬焊式等離子切割電極及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在市面上等離子切割電極主要采用兩種方式完成電極主體與鉿顆粒之間的連接，即過盈壓配式和釬焊式。過盈壓配式連接中，過盈量的大小極其重要，過盈量太大，材料不能承受，會(huì)出現(xiàn)開裂；過盈量太小，使得發(fā)熱量大，不能良好的接觸導(dǎo)致電阻過大，功能無法實(shí)現(xiàn)。而過盈量的大小不易掌控，過盈量大小也沒有完善的標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算。釬焊式等離子切割工藝技術(shù)就效果方面已接近激光切割，但成本卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光切割，使得釬焊式等離子切割技術(shù)在各企業(yè)中得到了充分發(fā)展。而目前釬焊式等離子切割電極需專門定位夾具對(duì)釬焊間隙定位，且操作繁瑣，等離子切割電極組合件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。且銅電極主體在釬焊溫度情況下容易受熱變形。
[0003]中國(guó)專利文獻(xiàn)102430827A公開了一種等離子切割電極的真空釬焊方法，包括:組裝等離子切割電極組合件、將組裝件放入真空爐、抽真空、分步加熱到釬焊溫度、釬焊、冷卻、出爐，等離子切割電極組合件是將釬料絲和鉿絲自下而上依次放入銅套座里，然后將銅套座正置，放在底部為水平面的夾具中，該夾具由上板、下板和支撐桿組成，上板上設(shè)有固定支撐桿的固定孔和若干定位孔，下板上表面為平面，每個(gè)定位孔內(nèi)放置一個(gè)組裝好的等離子切割電極組合件，且冷卻方式為隨爐冷卻。該方法簡(jiǎn)化了等離子電極真空釬焊工藝，電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但存在以下缺陷:1)采用銅作為電極主體，高溫時(shí)銅體容易軟化，這種放置方式會(huì)導(dǎo)致銅體下端變形，特別是螺紋會(huì)被破壞從而導(dǎo)致產(chǎn)品無法使用；2)由于電極組合件是在銅套座中自下而上放入釬料絲和鉿絲，并且正置放入真空爐，這種方式鉿絲上端必須增加壓塊，以便借助外力幫助將鉿絲壓下與銅套座充分焊接，而壓塊與夾具上部間隙太小則會(huì)導(dǎo)致受熱膨脹后并死失效，太大壓塊容易歪斜使得鉿絲偏心而使產(chǎn)品失效；3)這種夾具結(jié)構(gòu)會(huì)阻擋真空爐的加熱能力(阻擋輻射熱)，加熱時(shí)間短則釬料絲不熔化，或熔化不充分，接頭中容易形成空洞；時(shí)間長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致釬料流失，接頭中生成較多脆性化合物等，甚至出現(xiàn)裂紋，影響接頭的性能，同時(shí)還浪費(fèi)電，加大生產(chǎn)成本；4)由于真空爐內(nèi)沒有傳導(dǎo)介質(zhì)，隨爐冷卻速度非常慢，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下；5)由于此方法夾具和外加的壓塊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法批量化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種新型釬焊式等離子電極及其制造方法，該方法簡(jiǎn)單易行，適宜批量生產(chǎn)，所得電極具有較好的性能，電極不易變形。
[0005]解決上述技術(shù)問題的方案如下:
[0006]一種新型釬焊式等離子電極制造方法，包括以下步驟:
[0007]I)在銅電極主體上加工釬焊孔；
[0008]2)將鉿絲通過車削或切斷處理得到鉿顆粒；
[0009]3)采用切斷處理加工出釬料；
[0010]4)組裝電極組合件:將銅電極主體釬焊孔朝上，依次將釬料和鉿顆粒自下而上放入釬焊孔，然后將銅電極主體倒置放在底部為水平的夾具中即得電極組合件；
[0011]5)將步驟4)得到的電極組合件放入真空爐、抽真空、分步加熱到釬焊溫度、釬焊、冷卻、出爐，要求真空度為1χ10_2?8x10 _3Pa。
[0012]進(jìn)一步地，所述電極主體采用強(qiáng)化無氧銅制成，該強(qiáng)化無氧銅是在無氧銅中加入金屬氧化物(含量0.3% -1.1% )，重新熔煉得到的，所述的金屬為鉻、鋁、鋯、鐵中的一種或幾種。采用上述方法高溫時(shí)，由于電極組合件倒置放入水平夾具中，銅電極主體在上，可以避免因銅體下部特別是螺紋變形，而導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢。另外由于銅電極主體在上，釬料融化后，電極主體在重力作用下下壓，從而使鉿顆粒和電極主體能很好的焊接在一起，不需要增加額外的壓塊，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)夾具。且彌散銅具有很好的高溫強(qiáng)度，進(jìn)一步保障產(chǎn)品高溫時(shí)不會(huì)軟化變形。
[0013]進(jìn)一步地，所述的鉿顆粒的外徑與釬焊孔內(nèi)徑相差0.02?0.3mm。因?yàn)檫@種溫度的釬焊靠的是銀融化后的毛細(xì)現(xiàn)象，孔徑太小了流不出來，太大了鉿顆粒與孔之間就不能形成毛細(xì)現(xiàn)象，導(dǎo)致填不滿而虛焊。在這個(gè)范圍內(nèi)釬料流動(dòng)好，能夠?qū)⒑缚p填充完整不會(huì)出現(xiàn)虛焊，過焊。
[0014]進(jìn)一步地，所述的釬料的加工是依據(jù)鉿顆粒的長(zhǎng)度，孔徑的差異，測(cè)算出需要釬料的體積并根據(jù)體積折算至焊料長(zhǎng)度，釬焊材料直徑小于釬焊孔直徑，直徑差不超過0.8mm。在釬焊材料的計(jì)算中，需要考慮以下幾點(diǎn):1，需考慮鉿顆粒與銅體孔的極限體積差異。2，需考慮在一定溫度下銀釬料熔化后的漫流數(shù)量。3，需考慮銀釬料在高溫和真空狀態(tài)下的損耗。4，需考慮焊縫成形過程中銀釬料分別于銅體和鉿顆粒的溶蝕體積。過多和過少都會(huì)影響產(chǎn)品性能。釬料體積可按照以下方法計(jì)算:
[0015]釬料體積=(電極主體面積-鉿絲面積)*焊絲孔深度+鉆孔后底部圓錐體的體積。
[0016]進(jìn)一步地，所述的夾具包括夾具套和墊片，所述夾具套呈圓筒狀中空結(jié)構(gòu)，所述的夾具套的下部筒壁上開設(shè)有多個(gè)拱形槽，相鄰拱形槽之間形成齒部；所述墊片為陶瓷墊片，墊片表面設(shè)置一圈環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽與所述夾具套外徑相匹配，夾具套下部的齒部與墊片上的凹槽卡接。焊接時(shí)，先將電極主體釬焊孔朝上，將焊料和鉿顆粒依次自下而上裝入電極主體的釬焊孔中，將裝配好的電極組合件倒置放入所述夾具中，釬料孔端靠近墊片，夾具套固定電極主體，再將夾具水平放置在支撐板上，放入真空爐中進(jìn)行釬焊。此夾具保證電極主體基本垂直放置，從而保證釬料和電極主體同軸。且夾具為單個(gè)主體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并使釬焊部位盡可能暴露在真空爐中，從而可以充分受熱，避免熱輻射被阻隔而導(dǎo)致熔化不充分。每一層支撐板上可以布置多個(gè)夾具，盡可能的提高生產(chǎn)效率，適合批量化生產(chǎn)。
[0017]更進(jìn)一步地，所述的分步加熱是以15°C /min的速率，先加熱到400±5°C，保溫30?60min ;然后加熱到600 ± 5°C，保溫30?60min ;再加熱到770 ± 5°C，保溫40?80min ；最后加熱到釬焊溫度，所述釬焊溫度為790?880°C之間，釬焊保溫時(shí)間為2?25min。由于真空爐內(nèi)沒有熱傳導(dǎo)介質(zhì)，僅依靠輻射加熱，爐內(nèi)溫度不均勻，采用分段加熱的方式，加熱到一定溫度，進(jìn)行保溫，再加熱，有利于使?fàn)t內(nèi)溫度更均勻，保證批量產(chǎn)品的質(zhì)量統(tǒng)一。
[0018]更進(jìn)一步地，所述的冷卻為分段冷卻，先從釬焊溫度隨爐冷卻到550?450°C，再充氮?dú)饫鋮s至45?35°C。這樣操作，爐內(nèi)溫度比較高時(shí)，隨爐冷卻，避免過早通入保護(hù)氣體導(dǎo)致設(shè)備高溫急冷，損傷設(shè)備；當(dāng)爐內(nèi)溫度降到一定值，再通入氮?dú)饫鋮s，避免了工件在高溫下被氧化，同時(shí)室溫的氮?dú)馔ㄈ霠t內(nèi)可以加快冷卻速度。
[0019]更進(jìn)一步地，一種釬焊式等離子電極，包括銅電極主體、鉿顆粒，所述的銅電極主體為彌散銅，電極主體頭部具有釬焊孔，通過上述方法，釬焊材料將鉿顆粒焊接于釬焊孔內(nèi)，使得其與電極主體連接。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:⑴組裝好的電極組合件倒置放入夾具中，再進(jìn)行釬焊，銅體在上，避免高溫時(shí)變形；(2)由于銅體在上的倒置方式進(jìn)行焊接，加熱后，釬料熔化，借助銅體自重下壓，將銅體和鉿顆粒焊接在一起，不需要額外的壓塊，釬焊夾具比較簡(jiǎn)單，還提高了產(chǎn)品的合格率；(3)夾具簡(jiǎn)化，可以最大程度的發(fā)揮真空爐的加熱能力，保證釬料充分熔化，避免由于真空爐輻射熱被阻擋致使釬料熔化不充分，需要延長(zhǎng)加熱時(shí)間，從而導(dǎo)致釬料流失，還節(jié)約電能；(4)分步加熱，保證爐內(nèi)溫度均勻，避免釬料受熱不均，導(dǎo)致成批產(chǎn)品質(zhì)量不統(tǒng)一；(5)分步冷卻，既保證高溫階段不會(huì)因極冷而損傷設(shè)備，又可以加快冷卻速度，且防止工件被氧化。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0022]圖1為本發(fā)明新型釬焊式等離子電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明中夾具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖中:I為銅電極主體，2為鉿顆粒，3為夾具套，4為墊片，5為拱形槽，6為齒部，7為釬料。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1、一種新型釬