工藝控制對真空滅弧室質量的影響

趙芳

摘 要：真空滅弧室是真空開關的核心器件，正逐步向超高壓、小型化、長壽命、高可靠性方向發展。文章對真空滅弧室生產制造過程中工藝控制對產品質量性能各方面的影響進行了闡述，著重對一次封排工藝過程中容易出現的問題進行了說明，證明工藝控制在滅弧室生產過程中的重要性及對產品性能的影響。

關鍵詞：真空滅弧室；一次封排

中圖分類號：TM561.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0103-02

1 真空滅弧室簡介

隨著高壓真空開關行業的飛速發展，真空滅弧室也廣泛應用于電力、冶金、礦山、石化、鐵路等部門的配件系統。真空滅弧室具有體積小、壽命長、節能、防火、防爆、維護簡單、運行可靠、無污染等諸多優點。通常真空滅弧室由絕緣外殼、運動導電部分（動管芯）、靜止導電部分（靜管芯）構成。

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。

隨著真空開關向超高壓、低壓等級方向發展，真空滅弧室也將逐步向小型化、長壽命方向發展，這無疑對真空滅弧室的生產制造工藝水平提出了更高要求，同時也是對產品質量的更大挑戰。

2 真空滅弧室一次封排制造工藝簡介

在國內真空滅弧室制造技術日趨成熟，一次封排工藝已經廣泛應用于生產滅弧室的各個企業。一次封排工藝是區別于傳統排氣工藝的一種新型滅弧室生產工藝。一次封排工藝是指將焊接好的動、靜管芯與瓷殼裝配成整管置于真空爐中焊接，整管的焊接與管內的排氣同時完成。一次封排工藝具有生產周期效率高、工藝過程簡化、適于大規模生產、管內去氣徹底、焊接可靠、產品質量一致性好的優點。

3 生產工藝環境對滅弧室質量的影響

滅弧室工作于高電壓、大電流狀態下，需要具有良好的內外絕緣水平，強大的導流能力，可靠的開斷能力，這要求滅弧室的生產區域必須具備良好的工藝衛生。該區域應相對獨立，四周封閉，區域內保持恒溫、恒濕，內部保持正壓，具有較高的潔凈度等級。一般溫度應保持在20～24 ℃之間，相對濕度為30 %～70 %。

溫、濕度的變化可導致滅弧室金屬材料和金屬化封接面的氧化污染。滅弧室導電部分采用無氧銅材料，銅長期存放于空氣中或高溫、高溫環境下極易發生氧化。使用氧化的零、部件封接整管后會產生虛焊、漏氣的現象，而且銅的氧化物在真空封接過程中會發生分解，污染真空爐和爐內工件，降低爐內真空度。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，如果氧化會產生漏大氣，高壓加不上，真空度低等問題。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的氧化物卻十分穩定，高溫下難以分解，即使在氫爐中還原也難以達到初始狀態，電極氧化會增大滅弧室的回路電阻，開斷時增大管內的放氣量。所以滅弧室的生產環境一定要保持恒溫、恒濕。

生產環境的潔凈程度對滅弧室的內在品質、產品的成品率有著重大影響。空氣中存在的大量塵埃粒子，如果進入滅弧室內會產生嚴重的質量問題，比如降低管內絕緣、增大開斷電弧重燃幾率等。因此生產區域的空氣必須實時凈化，將空氣中的塵埃粒子控制在一定范圍內。以陜西寶光真空電器股份有限公司為例，潔凈度等級執行美國聯邦209E標準，裝配大廳標準為100 000級，用于部件的焊接，超凈間標準為10 000級，超凈裝配臺標準為100級，用于整管的裝配與封排；大廳與超凈間溫度保持在20～24 ℃，相對濕度控制在30%～70%范圍內，并進行實時監控。

4 材料品質對滅弧室質量的影響

用于滅弧室的材料除了對其機械性能有著較高要求外，對電性能也有著很高要求。這些指標如成分含量、雜志含量、含氧量、硬度、電導率、密度、缺陷、抗拉強度等。加強原材料的質量把關對滅弧室的品質有著重要意義，材料缺陷有時會在生產過程中體現，有時則成為一種隱患遺留于產品之中。例如無氧銅的含量超標會增加滅弧室的去氣成本，瓷件雜志含量超標會使滅弧室的絕緣強度和機械強度受損，波紋管晶粒粗大會降低機械壽命。

5 部件裝配焊接對滅弧室質量的影響

滅弧室部件的裝配與封接是制造工藝過程中的重要部分。一次封排滅弧室的焊接大都采用銀基焊料立封結構，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、爐內真空度等。

機加后的金屬零件一般要經過去油、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，此時不但能充分利用焊料融化后的毛細作用來填隙而且會使基體金屬生成新的合金組織。過大的配合間隙達不到最佳的焊接效果，間隙過大焊料只是簡單的堆積，達不到生成合金的溫度，且二次焊接時易熔焊；配合間隙過小不利于零、部件的裝配。在焊接過程中應設置合理的工藝曲線，升溫段應充分考慮到材料的放氣，隨著真空爐爐內氣體壓強的下降和溫度的升高，零件表面物理吸附的氣體首先脫附，隨之材料深層化學吸附的氣體脫附，材料的大量的放氣會使真空爐內真空度急劇下降，一般下降一個數量級左右。如果爐內真空度過低加之溫度升高，零件極易氧化，如果繼續焊接必將造成零件的虛焊，危害極大。

6 整管封排對滅弧室質量的影響

整管的焊接是由已焊接的部件與其它零件進行裝配，共同在真空爐內進行焊接和管內排氣。對于整管的封排則要求更高，因為不但要保證焊縫的強度和氣密性，而且要求管內具有5×10-4的真空度。

油對真空的危害極大，為保證滅弧室的高品質，真空系統應采用無油設備。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，雖然提高了設備成本但可提高管內潔凈度。封排過程中應充分考慮到材料的深層去氣，在800 ℃高溫下，對材料進行長時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壓強升高。一般進行300～800 ℃的保溫去氣，過長時間保溫對去氣并無益處。

在封排過程中爐內溫均性是一項十分重要的指標。真空爐內主要依靠加熱鉬帶的熱輻射和工件間的熱傳導實現溫均，爐內某處的實際溫度與熱偶測量值存在一定的偏差，將最大溫差控制在一定范圍內可保證產品質量的一致性。

升、降溫速率設置要合理，過快的升降溫會引起內、外應力的集中釋放，過慢的升降溫會增加不必要的生產成本。焊料融化焊接時間即整個焊接過程中的最高溫度，時間不宜過長或過短，時間過長會使所用焊料過度融化和蒸發，甚至導致已焊接部件的二次熔化；時間過短易導致焊料熔化不均勻。在整個封接過程中真空爐內真空度應始終保持在高真空狀態，防止在此過程中造成金屬件的氧化。

7 滅弧室管內真空度的控制

滅弧室管內真空度是滅弧室正常工作的基本條件，工藝過程中對真空度的控制是一項重要工作。

滅弧室正常使用的條件是管內真空度優于1.33×10-2 Pa，對真空度的控制是工藝控制的一項重要內容，寶光股份控制標準為管內壓強不大于5×10-2 Pa。首先封排中真空爐內壓強小于1×10-4 Pa，可使滅弧室獲得一個較高的初始管內氣壓，當溫度降為室溫后材料的放氣速率變小，吸氣速率變大，可使管內真空度進一步提高1個數量級，達到1×10-4 Pa左右，這樣就使滅弧室獲得一個較高的管內真空。封排過程中長時間的高溫烘烤使得管內材料在以后的放氣量大大減小，并且管內設計有高效吸氣劑，可以吸附這部分釋放的氣體。

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

8 老煉及其它方面對滅弧室質量的影響

對滅弧室進行老煉處理，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燒蝕表面的毛刺，以達到改善觸頭表面狀態，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，觸頭產生電弧時，利用電弧來凈化觸頭表面，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。

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

9 結 語

通過以上論述可以看出，滅弧室生產工藝控制對產品質量的重要性，要生產出高品質的滅弧室，必須加強各個工藝環節的控制。

參考文獻：

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