Способ изготовления вакуумных дугогасительных камер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (| 9) (11) (s1)s Н 01 Н 33/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ в:и гв,, чю кчл - " и(" Р .Pg e

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815418/07 (22) 18.04.90 (46) 23.12.92. Бюл. 1Ф 47 (71) Красноярский институт цветных металлов им. М.И.Калинина (72) А.Л,Марбах, Д.А.Великжанин и Il.П.Мисюра (56) Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. — M.: Машиностроение, 1976, с. 231. белинская Г.В. и Выдрик Г.А. Технология электровакуумной и радиотехнической керамики. — M„ Энергия, 1977, с. 31 -326. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ BAKYYMHblX ДУГОГАСИТЕЛЬНЫХ КАМЕР

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным вакуумным дугогасительным камерам (ВДК), которые применяются для изготовления высоковольтных вакуумных выключателей.

Известен способ изготовления ВДК за счет диффузионной сварки неметаллизированных изоляторов (КИ) с металлическими манжетами, которые затем свариваются газовой сваркой с фланцами ВДК. Давление при сварке КИ с металлическими манжетами очень высокое (1,4-1,6 кгс/мм ).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления ВДК при помощи пайки металлизированны КИ серебряным припоем ПСр 72 с металлическими частями камеры, В этом способе КИ сначала металлизируют (покрытие и вжигание Mo = Мо пасты, затем никелирование и снова вжигание). Далее металлизированные КИ паяют серебряным припоем с металлическими манжетами ВДК в среде водорода. Полученные корпуса ВДК отжигают в вакууме, про(57) Использование; в коммутационной технике. Сущность: технология изготовления дугогасительной камеры, которая заключается в том, что после подготовки керамических изоляторов производят сборку металлокерамических узлов, установку армирующей обоймы керамйческого изолятора и сварку ее с фланцами дугогасительной камеры, а затем пайку неметализированных керамических изоляторов непосредственно с фланцами камеры за счет перепада давления газа внутри и снаружи камеры, которое составляет 10 -10 Па. 2 ил. веряют герметичность и сваривают газовой сваркой с металлическими узлами ВДК, затем готовые камеры подвергают вакуум-технологической обработке и отпаивают.

Производится окойчательный контроль герметичности ВДК.

° веЪ

Недостатки — сложность и многостадийность технологйи, длительность цикла, не-: р достаточная надежность ВДК.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления, сокращение продолжительности технологического" цикла, 0 повышение нвделгности и герметичности., Q

Указанная цель достигается тем, что в способе приготовления ВДК, включвюшем еввЪ подготовку керамического изолятора, сборку, пайку, сварку и вакуум-технологическую обработку ВДК, после подготовки керамического изолятора устанавливают армирующую обойму на торце керамического изолятора, закладывают припой в пространство между армирующей обоймой и торцевым фланцем ВДК, сваривают армирующую обойму с фланцем, помещают ВДК в

1783589 печь, создают вакуум и производят нагрев печи до расплава припоя и заполнения им пространства между фланцем и керамическим изолятором, подают аргон в печь под повышенным давлением, затем откачивают вакуум в печи и в ВДК, снижают температуру до затвердевания припоя, заполняют печь гелием и проводят проверку герметичности ВДК, и охлаждают ВДК и проводят операции тренировки и отпайки камеры.

Перепад давления газа внутри и снаружи

ВДК составляет 10 -10 Па, а нагрев печи производят ни в вакууме, а в атмосфере аргона или водорода, который остается до момента снижения температуры до затвердевания припоя.

Сущность изобретения заключается в изменении технологической последовательности изготовления ВДК и способа соединения КИ с металлическим фланцем камеры (т.е. предложено двойное соединение: механическое и некапиллярная пайка), В предлагаемом способе пайка производится в конце технологического цикла изготовления ВДК, а не в начале, причем пайка осуществляется за счет перепада давления газа внутри и снаружи камеры.

В предлагаемом способе в отличии от существующего используются неметаллизированные керамические изоляторы, пайка производится не с манжетами, а непосредственно с фланцем ВДК.

Установка армирующей обоймы керамического изолятора и сварка его с фланцем

ВДК позволяет повысить надежность ВДК и создает предпосылки для проведения пайки неметаллизированных керамических изоляторов непосредственно с фланцами. Так как при установке армирующей обоймы между керамическим изолятором и фланцами образуется зазор высотой 0,15-0,4 мм, который в процессе изготовления заполняется припоем за счет перепада давления газа, создаваемого внутри и снаружи камеры, т.е. производится пайка керамического изолятора с фланцем ВДК, то повышается герметичность камер. Соединение керамики с металлом при этом обладает достаточной механической прочностью (10 кгlмм ) и ваг куум-плотно, следовательно, выход годного увеличивается как минимум íà 10 .

Величина перепада давления газа составляет 10 -10 Па (снаружи камеры

7 10 (3-6) 10 Па, внутри 10 -10 Па). Давление газа внутри определяется возможностью применяемых вакуумных насосов, а так же технической возможностью оборудования и техникой безопасности.

Ниже представлена укрупненная технологическая схема изготовления ВДК по существующей технологии (прототипу) и по предлагаемому способу, прототип

Подготовка керамических изолятиров

Пайка металлизированных керамических изоляторов с металлическими манжетами ВДК

10 Сборка вакуумной дугогасительной камеры

Вакуум †технологическ обработка

ВДК

15 предлагаемый способ

Подготовка керамических изоляторов

«

Сборка вакуумной дугогасительной ка20 меры

Пайка и вакуум-технологическая обработка

На фиг, 1 представлена схема металло25 керамического узла (участок А на фиг. 2) вакуумной дугогасительной камеры. При изготовлении ваКуумной дугогасительной камеры по данному способу применяется керамический изолятор с утолщениями тор30 цов с наружного диаметра 1, армирующая металлическая обойма 2, фланцы камеры 3 со ступенчатой формой краев, припой в виде проволоки 4, На фиг. 2 представлена схема установки и вакуумных линий для

35 изготовления вакуумных дугогасительных камер.

Примеры осуществления способа (общая часть), Керамическим производством изготав40 ливается высокий односторонний керамический изолятор ИК с утолщениями торцов с наружной поверхности формы, приведенной на фиг. 1, деталь 1, Производится шлифовка торцовых по45 верхностей керамического изолятора до 5-8 кл. Чистоты.

Изготавливается армирующая металлическая обойма 2 (см.фиг.1).

По обычной технологии независимо из50 готавливаются и паяются с фланцами ВДК металлические узлы.

Производится сборка ВДК и установкаармирующей металлической обоймы 2 (см.фиг.1), состоящей из двух половинок, на

55 торце керамического изолятора.1, закладка припоя в пространство между армирующей обоймой и торцовым фланцем ВДК и сварка армирующей обоймы по высоте; затем то же самое производится с второй обоймой у дру гого торца керамического изолятора.

1783589

Вакуумная дугогасительная камера 1 (см,фиг.2) помещается в вакуумную печь 2, а штангельная трубка 3 выводится иэ нее через вакуумное уплотнение 4 нижнего фланца печи.

В вакуумной дугогасительной камере и в печи (которые до плавления припоя сообщаются по газовой среде) независимо разными системами создается высокий вакуум (10 -10 Па), т,е. открываются вакуумные вентили 5-7, В таблице представлены пять примеров технологических операций при изготовлении вакуумных дугогасительных камер по данному способу.

Пример 1 (оптимальный), После создания высокого вакуума включается нагрев печи с заданной (10-15 С/мин) скоростью. Нагрев печи и соответственно собранной, но еще не спаянной вакуумной дугогасительной камеры производится в высоком вакууме (10 -10 Па), По достижении заданной температуры, превышающей температуру плавления припоя, т.е. когда газовые пространства внутри и снаружи ВДК разомкнутся (прекратят сообщаться) слоем расплава припоя, откачка газа (создание вакуума) из печи прекращается, т.е, закрывается вентиль 5 (см,фиг,2).

В печь быстро, открыванием вентиля 8, напускается аргон до давления (3-6) 10 Па.

При этом откачка газа через штангельную трубку и создание высокого вакуума внутри

ВДК независимой откачной системой продолжается непрерывно, как и раньше.

При напуске инертного газа в печь расплав припоя за счет перепада давлений газа в печи (аргон с Р=(3-6) 10 Па) и в вакуумной дугогасительной камере (P = 10 -10 Па) заполняется зазор (Б, см. фиг,1) между керамическим изолятором 1 и металлическими фланцами ВДК 3.

Через 15-30 мин после запуска аргона он откачивается насосом 5 (см.фиг.2) и в печи создается вакуум для дегазации расплавленного припоя с обеих сторон вакуумной дугогасительной камеры.

При данной максимальной температуре в вакууме с обеих сторон ВДК система выдерживается 10-20 мин для взаимодействия расплавленного припоя с керамическим изолятором и металлическими фланцами

ВДК (т.е. для пайки, смачивания, растекания, химического взаимодействия).

Затем с медленной скоростью (3-10 С/мин) производится охлаждение печи вместе с вакуумной дугогасител ьной камерой.

Через 20-30 мин после начала уменьшения температуры печи и ВДК(т,е. когда припой затвердеет) в печь через вентил о (см,фиг.2) напускается гелий высокой чистоты до давления (1-3) 10 Па по мановакуу4 мометру 9 (см.фиг.2). При этом с самого

5 начала процесса в вакуумной дугогасительной камере непреоывно поддерживается высокий вакуум; 10 -10 Па.

После напуска гелия в печь часть газового потока, откачиваемого из ВДК через

10 штенгельную трубку, подается к гелиевому течеискателю (т.е. открывается вентиль 10), Так определяется герметичность вакуумной дугогасительной камеры непосредственно в технологии ее изготовления. е О о

15 При охлаждении вакуумной дугогасительной камеры и достижения температуры

400-450 С проводятся операции тренировки и отпайки камеры (пережим штенгельной трубки в месте В, см,фиг.2(.

20 После охлаждения вакуммной дугогасительной камеры она извлекается из установки

Пример 2. После создания высокого вакуума для всех примеров производится

25 нагрев печи в атмосфере аргона давления (3-6) 10 Па.

По достижении заданной температуры иэ вакуумной дугогасительной камеры через штенгельную трубку откачивается фор30 вакуум 10 "-10 Па, В этот момент расплав припоя заполняет зазор между керамическим изолятором и металлическими фланцами ВДК.

Через 10-20 мин начинается охлажде35 ние печи.

Еще через 20-30 мин в вакуумной дугогасительной камере создается высокий вакуум(10 -10 Па) и в печь напускается гелий парциального давления (1-3) 1.0 Па.

40 Далее, как в примере 1.

Пример 3. После создания высокого вакуума для всех примеров производится нагрев печи в атмосфере водорода давления (1 3) 104 П

45 По достижении заданной температуры из вакуумной дугогасительной камеры через штенгельную трубку откачивается форвакуум 10 -10 Па.

Через 10-20 мин начинается охлажде50 ние печи.

Еще через 20-30 мин в вакуумной дугогасительной камере создается высокий вакуум (1 0 -10 Па) и в печь напускается гелий парциального давления (1-3) 10 Па, 4

55 Далее как в примере 1.

Использование предлагаемого способа обеспечивает следующие преимущества: позволяет упростить технологию и роизводства вакуумных дугогасител ьн ых камер

1783589

Конкретные примеры осуществления предлагаемого способа (составы газовых сред в печи и в ВДК в процесе ее изготовления) авление в газовом и ост анстве Па

При охлаждении

ВДК после пайки

В процессе нагрева до плавления и ипоя

Газовое пространство

В момент заполнения зазора

Пример

Внутри ВДК

Снаружи ВДК

10 -10

Аргон

3 6 . 104

10 -10

10 -10

- (13) . 104

10 -10

Аргон

3-6 . 10

10 -10

Аргон (3-6) 10. 104 Аргон (3-6) 10

Внутри

Снаружи

10 -10

Водород

1-3 10

10 -10

Водород (1-3) 10

Гелий 1-3 10

Водород (1-3) 10

Внутри

Снаружи

10 -10

10 -10

Гелий

36 04

Гелий

3-6 10

Внутри

Снаружи

Гелий (3-6) 104

Внутри

Снаружи

10 -10

Гелий

3-6 ° 10

10 -10

Гелий

3-6 10 эа счет ликвидации металлиэации керамических изоляторов и совмещения процессов пайки и вакуумно-технологической обработки и как следствие этого позволяет сократить продолжитель- 5 ность технологического цикла производства ВДК с 40-48 до 20-24 ч (по расчету); позволяет увеличить выход гбдного для эксплуатации вакуумных дугогасительных камер (т.е. снизить процент их брака) на 10

10 по сравнению с базовым существующим способом пайки серебряным припоем

ПСр72 металлизированных керамических изоляторов; позволяет увеличить надежность ВДК 15 при ее эксплуатации за счет жесткого механического соединения армирующей обоймы керамического изолятора с металлическими фланцами камеры.

Формула изобретения . 1. Способ изготовления вакуумных дугогасительных камер (ВДК), включающий подготовку керамического изолятора, сборку, пайку, сварку и вакуум-технологическую об- 25 работку, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, сокращения продолжительности технологического цикла, повышения надежности и герметичности, после подготовки керамического изолятора устанавливают армирующую обойму на торце керамического изолятора, закладывают припой в пространство между армирующей обоймой и торцевым фланцем ВДК, сваривают армирующую обойму с фланцем, помещают камеру в печь, создают вакуум и производят нагрев печи до расплава припоя и заполнения им пространства между фланцем и керамическим изолятором, подают аргон в печь под повышенным давлением, затем откачивают вакуум в печи и в ВДК, снижают температуру до затвердения припоя, заполняют печь гелием и проводят проверку герметичности камеры, охлаждают камеру и проводят операции тренировки и отпайки камеры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перепад давления газа внутри и снаружи камеры составляет 10 -10 Па.

3. Способ по п,1, отличающийся тем, что нагрев печи производят не в вакууме, а в атмосфере аргона или водорода, который остается до момента снижения температуры до затвердевания припоя.

1783589

CA 1., Ь

Составитель А,Марбах

Редактор M. Êóçíåöoåà Техред М.Моргентал Корректор M.Òêà÷

Заказ 4520 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производстве ни издлгельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101