［摘 要］文章針對(duì)真空滅弧室用撥片焊接波紋管，使用傳統(tǒng)酸洗工藝無(wú)法清潔，提出激光和等離子清潔兩種新型清潔工藝，并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，最終解決了撥片焊接波紋管清潔問(wèn)題。

［關(guān)鍵詞］真空滅弧室波紋管清潔；激光清潔技術(shù)；等離子清潔技術(shù)

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM561.5 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）07–0118–03

1 問(wèn)題提出

波片焊接波紋管因單波位移大，非常適合小型化真空滅弧室的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，且機(jī)械壽命優(yōu)于普通S 形波紋管。但波片焊接波紋管因其結(jié)構(gòu)的特殊性，在加工出廠后無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)方法進(jìn)行酸洗，而其用于真空滅弧室時(shí)，因其不銹鋼法蘭表面狀態(tài)未經(jīng)過(guò)活化，不能很好地滿足滅弧室的真空釬焊工藝，會(huì)造成較高的整管漏氣率。通常，該真空滅弧室裝配前，成品的波紋管下線到滅弧室裝配，難以有效控制時(shí)間，整管出爐漏氣率在1%～10%，顯著高于普通產(chǎn)品0.2% 以內(nèi)的漏氣率，對(duì)滅弧室的成品率造成不利影響。

2 新型清潔工藝技術(shù)

2.1 等離子清潔工藝技術(shù)

等離子體是氣體分子在真空、放電等特殊場(chǎng)合下產(chǎn)生的物質(zhì)。等離子體與固體、液體或氣體一樣，是物質(zhì)存在的第4 種狀態(tài)。

2.1.1 等離子潔凈原理

（1）物理作用。等離子體中電子質(zhì)量小、移動(dòng)速度快，可以先一步到達(dá)材料表面并使其帶有負(fù)電荷，同時(shí)對(duì)材料表面產(chǎn)生撞擊作用，促使表面吸附的氣體分子分解。等離子體中帶正電荷的離子對(duì)表面帶有負(fù)電荷的材料進(jìn)行沖擊，所產(chǎn)生的濺射作用會(huì)將表面附著的顆粒性物質(zhì)除去。

（2）化學(xué)作用。等離子體中自由基與物體表面發(fā)生化學(xué)連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生新的自由基或進(jìn)一步分解成揮發(fā)性的小分子。紫外線具有很強(qiáng)的光能和穿透能力，可透過(guò)材料表面深達(dá)數(shù)微米而產(chǎn)生作用，使表面附著物質(zhì)的分子鍵斷裂分解。

2.1.2 等離子體應(yīng)用

等離子體可應(yīng)用于對(duì)材料表面的油脂、油污等有機(jī)物及氧化層的清洗，使用范圍較廣，在濺射、油漆、粘合、健合、焊接、銅焊、鍍膜和PVD、CVD 涂覆前的預(yù)處理，得到完全潔凈和無(wú)氧化層的表面，適用于金屬、玻璃、陶瓷和各類(lèi)高分子材料。

2.2 激光清潔工藝技術(shù)

高峰值脈沖、短脈沖激光通過(guò)光纖傳導(dǎo)至激光清潔頭，光斑快速掃描作用于工件表面，表面吸收激光，污染物產(chǎn)生氣化、震動(dòng)、剝離等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，從機(jī)體、機(jī)材表面脫離，從而保證既不損壞機(jī)體，又不會(huì)使材料過(guò)度發(fā)熱。

激光清潔示意如圖1 所示，激光清潔前后的工件對(duì)比如圖2 所示。

3 相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證

經(jīng)初步調(diào)研，兩種工藝均有清潔效果，故擬進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 初步驗(yàn)證

（1）試驗(yàn)1。在滅弧室靜壓板鍍銀面上涂抹電子油，使用等離子清潔前后，分別用表面張力檢測(cè)筆進(jìn)行檢測(cè)。等離子清潔示意如圖3所示，清潔效果如圖4所示。

試驗(yàn)小結(jié)：等離子清潔對(duì)油污有較好的清潔效果。

（2）試驗(yàn)2。使用同批次相同狀態(tài)波紋管法蘭面有輕微氧化層波紋管2 件，進(jìn)行等離子清潔前后焊料潤(rùn)濕性試驗(yàn)，等離子清潔前后焊料潤(rùn)濕情況對(duì)比如圖5 所示。

試驗(yàn)小結(jié)：有氧化的不銹鋼法蘭表面，經(jīng)等離子清潔后，焊料潤(rùn)濕效果顯著變好。

（3）試驗(yàn)3。激光清潔前后零件溫度狀態(tài)變化：溫度由26℃提高至31℃試驗(yàn)小結(jié)：激光清潔零件期間溫度變化較小，不會(huì)造成潔凈處理后對(duì)零件造成的高溫氧化。

（4）試驗(yàn)4。激光清潔后焊料潤(rùn)濕性驗(yàn)證。使用不銹鋼樣品，上半部分為激光清潔，下半部分零件原始狀態(tài)，對(duì)3 個(gè)樣品進(jìn)行焊料潤(rùn)濕性試驗(yàn)。激光清潔焊料潤(rùn)濕性對(duì)例如圖6 所示。

試驗(yàn)小結(jié)：激光清潔部分焊料面積大于未清潔部分，潤(rùn)濕性較好。

3.2 不銹鋼圓片不同潔凈工藝對(duì)比

3.2.1 焊料浸潤(rùn)性試驗(yàn)

取不銹鋼廢料圓片，經(jīng)氣相清洗機(jī)初步清洗后，分別進(jìn)行制造部氣相清洗、酸洗、激光清潔、等離子清潔4 種處理，分為4 組，進(jìn)行不同潔凈工藝后的焊料浸潤(rùn)性試驗(yàn)。

出爐后焊料浸潤(rùn)及流散結(jié)果如圖7 所示。

數(shù)據(jù)分析如下：①試驗(yàn)的不銹鋼圓片，樣品1 號(hào)、3 號(hào)、5 號(hào)采取激光清潔，焊料潤(rùn)濕面積2 149 mm2、731 mm2， 總面積2 880 mm2， 樣品2 號(hào)、4 號(hào)、6 號(hào)采取酸洗清潔，焊料潤(rùn)濕面積2 079 mm2、775 mm2，總面積2 854 mm2， 樣品7 號(hào)、8 號(hào)、9 號(hào)采取氣相清洗， 焊料潤(rùn)濕面積1 270 mm2、547 mm2， 總面積1 817 mm2， 樣品10 號(hào)、11 號(hào)、12 號(hào)采取等離子清洗， 焊料潤(rùn)濕面積2 178 mm2、750 mm2， 總面積2 828 mm2。②激光清潔的樣品與酸洗樣品焊料潤(rùn)濕面積相當(dāng)，僅氣相清洗的分析不銹鋼樣品上有氧化層，焊料潤(rùn)濕面積最小，較酸洗潤(rùn)濕的不足40%。等離子清潔潤(rùn)濕面積略小于激光清潔和酸洗工藝清潔的。

從圖7 可以看出，焊料流散狀態(tài)最好的是1 號(hào)、3號(hào)、5 號(hào)，即激光清潔組。

3.2.2 焊接強(qiáng)度試驗(yàn)

取不銹鋼抗拉件4 對(duì)，分別對(duì)焊接面進(jìn)行氣相清洗、酸洗、激光清潔、等離子清潔，并放置焊料環(huán)后進(jìn)爐焊接，出爐后進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，測(cè)試抗拉強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從焊接強(qiáng)度看，經(jīng)激光清潔后的樣品焊接強(qiáng)度最高，達(dá)76.3 MPa ；酸洗、等離子清潔、激光清潔樣件焊接強(qiáng)度相當(dāng)，僅氣相清洗焊接強(qiáng)度最低，與酸洗樣件相比，抗拉強(qiáng)度低近20%。說(shuō)明激光清潔工藝，對(duì)提升焊接強(qiáng)度有一定的效果。

3.3 裝管驗(yàn)證

將工藝固化后，分別使用激光清潔和等離子清潔對(duì)波片式波紋管進(jìn)行爐前處理，投產(chǎn)結(jié)果見(jiàn)表2。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)新工藝調(diào)研及相關(guān)試驗(yàn)，確認(rèn)了激光清潔和等離子清潔對(duì)波片焊接波紋管無(wú)損清潔的效果：激光清潔和等離子清潔后，不銹鋼焊料潤(rùn)濕情況顯著改善，焊縫飽滿比例顯著提高，用于整管批量試驗(yàn)結(jié)果顯示真空度合格率明顯提升。以上研究說(shuō)明，激光清潔和等離子清潔工藝均可作為提高波片焊接波紋管焊接性能的可靠表面處理方式，對(duì)于其他無(wú)法使用酸洗處理的零部件或產(chǎn)品，這兩種工藝均可作為表面潔凈的可靠方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 邢宏楠，冉合利，趙慧峰，等. 激光清洗技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用[J]. 清洗世界，2018，34（5）：23-31.