整体电触头的摩擦焊复合工艺研究

论文摘要

高压电触头作为中高压开关设备中的核心部件,起着开断、导通的作用,广泛应用于各种高压负荷开关、SF6断路器、有载分接开关以及大开断容量隔离开关和接地开关中。对构成整体电触头的两部分不同材质——灭弧端铜钨合金和导电端铜或铜合金,采用以摩擦焊接工艺为核心技术的加工方法生产,实现制造的低成本及高性能,最终通过产业化生产,实现巨大的经济和社会效益。本文提出的整体电触头的制造工艺,是一种集粉末冶金技术、液相烧结技术、有色冶金技术、热处理技术和特种焊接技术为一体的综合技术集成,其特点是以摩擦焊接技术为材料复合工艺,开发的产品符合相关国家标准《铜钨及银钨电触头技术条件》（GB8320-1987）,与液相烧结工艺制造的同类产品相比,材料利用率提高20%以上,总体生产效率提高5-10倍,成品率提高3-4%,具有非常显著的经济效益。而且,焊接过程清洁、无烟雾和焊渣,焊接过程简单,节约材料和能源,是一种环保的加工工艺,具有明显的社会效益。本文研究了不同粒度组成对灭弧端铜钨合金性能的影响,筛选了最佳粒度组成;进行了铜-铜、铜-铬铜、铬铜-铬铜、铜-铜钨合金等不同组合的焊接性研究;提出并验证了过渡层对焊接性的改善,并通过ANSYS软件计算模拟了典型电触头——LW36-126动弧触头和静弧触头工作过程的三维弹塑性变形,系统地分析了应力应变变化规律,设计了合理的复合面结构。本论文提供了一套低成本制造电触头的全新工艺,该工艺的研究结果,对于促进电触头行业的工艺改进和产品更新换代都具有重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电触头概述
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外技术现状概述
• 1.3.1 灭弧端铜钨合金的粉末冶金烧结工艺方法
• 1.3.2 铜钨合金与铜或铜合金的复合工艺
• 1.3.3 复合面接头型式
• 1.4 本论文研究的内容及方法
• 1.5 本论文的实验内容
• 1.6 要达到的性能指标
• 1.7 本章小结
• 第二章 粉末粒度组成对灭弧端铜钨合金性能影响的研究
• 2.1 铜钨合金
• 2.2 灭弧端铜钨合金的烧损机理探讨
• 2.3 粉末平均粒度与粒度分布
• 2.4 实验内容及结论
• 2.5 本章小节
• 第三章 焊接性研究
• 3.1 摩擦焊简介
• 3.2 焊接性试验
• 3.2.1 试验的检测方法
• 3.2.2 铜—铜组合
• 3.2.3 铬铜—铬铜组合
• 3.2.4 铜或铬铜与铜钨合金的可焊性研究
• 3.2.5 铜与铬铜（QCr0.5）焊接性研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 过渡层工艺研究
• 4.1 接头设计
• 4.2 过渡层制作方法
• 4.3 过渡层的合理厚度选择
• 4.4 焊接过程对铜钨合金的影响
• 4.5 焊前准备和焊后处理
• 4.5.1 备焊件尺寸精度、表面状况对焊接质量的影响
• 4.5.2 导电端（铬铜）热处理工艺研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 弹塑性大变形有限元法基本理论
• 5.1 引言
• 5.2 有限元软件介绍
• 5.3 大变形弹塑性本构方程
• 5.4 材料非线性分析
• 5.5 几何非线性分析
• 5.6 接触非线性分析
• 5.6.1 接触界面算法的选择
• 5.6.2 接触区域的判断及接触点的处理
• 5.6.3 摩擦问题的处理及摩擦力的计算
• 5.7 显式动力学有限元方程
• 5.7.1 显式动力学的基本方程
• 5.7.2 空间有限元离散化
• 5.7.3 中心差分法
• 5.8 本章小结
• 第六章 电触头工作状态的有限元模拟与计算
• 6.1 几何模型的建立
• 6.2 网格划分
• 6.3 约束、载荷以及接触的处理
• 6.4 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 摩擦焊复合型电触头制造工艺总结
• 7.1 典型产品的工艺流程
• 7.2 性能指标
• 7.3 随机型式试验
• 7.4 经济指标
• 7.5 产品应用情况
• 7.6 社会效益分析
• 7.7 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1:已取得的成果
• 附录2:实验过程中的一些图片