【摘要】本文针对无氧铜导电杆零件与不锈钢零件在真空炉中焊接后表面出现发红现象，经过理论分析和实验验证，得出无氧铜零件发红的原因是含氧量严重超标，材料晶粒粗大，吸附真空炉内的蒸发物，导致材料表面变。
1.概述
在高压电器零部件的生产过程中，发现有部分直径较大的无氧铜导电杆与不锈钢零件在真空炉中焊接后表面出现发红现象，其具体特征表现为：导电杆表面泽发红，呈粉红，且零件表面失去了铜金属的光泽，略显发污。焊接后的工件经过气密性检测，大多数气密性钎焊焊缝处漏气，不能保证工件气密性的质量要求。
2.初步分析
将导电杆表面发红的工件车去不锈钢零件后仔细观察，工件无氧铜与不锈钢零件焊接后焊缝
处有缝隙，银铜钎料在焊缝处的流散与正常焊接的产品相比较差。取下车掉的钢零件，发现钢零件内壁表面出现氧化现象，氧化的内壁颜发蓝或发黄：钢零件内壁氧化颜由下向上逐渐变浅，其内壁下端呈蓝，向上氧化程度逐渐减弱呈金黄。随后，将表面发红的导电杆用砂纸磨去发红的覆层后再次带进真空炉，出炉后工件表面仍然出现发红现象。
为了确定工件表面产生发红是否与真空炉设备有关，对此进行了排查，确定工件表面发红与真空炉无关。原因是该形状的工件陆续投入了400余件，并且先后在4台真空炉内都进行过焊接，每炉都有少部分工件出现表面发红问题。但是同期投入的其它几种型号的产品，也在上述4台真空炉内进行焊接，却没有出现此问题。另外也排除了工件表面发红与其处在真空炉内的不同位置也没有关系，因为工件在真空炉里面的是随意放置，并没有特殊指定具体放置点。
3.发红原因分析真空回流炉
3.1 工件材料和加工零件过程追溯
通过原材料入厂检验记录和电子生产组织系统查询，得到表面发红工件所用无氧铜零件的
材料批号有4个，为不同时间采购入厂的铜材，原材料供应商为A公司。用2个批号的棒料铜材加工成直径φ68的零件1190件，焊接半成品以后工件的无氧铜表面发红的19件，比例为1.59%;另外2个批号的铜材加工成直径φ70的零件512件，焊接成半成品以后工件的无氧铜表面发红的有47件，比例为9.17%。
在查原材料来料信息时也发现，同一时期大量使用的φ20～φ30的铜材有A公司提供的，也有其它供应商提供的，但均未出现类似问题。
3.2 工件材料分析
3.2.1 光谱分析
将表面发红工件和正常产品工件分别取样进行光谱对比分析，分析结果见表1：
表1
样 品 分 析 部 位 光谱分析结果含有的元素
发红工件 外表面发红部位 Cu Mn Fe Si Ag
导杆基体 Cu Mn Fe Si Ag Mg
发蓝钢零件部位 Cu Mn Fe Ag Mg
屏蔽罩发红部位 Cu Mn Fe Si Ag Mg
正常工件 导杆基体 Cu Mn Fe Si Ag Mg
从光谱分析结果看，出现问题的工件与正常工件所含元素基本相同，说明了材料金属成份应该没有问题。焊接后的零件，除了无氧铜材料本身含有的元素外，工件基体上还吸附有真空炉内钼带或钼丝的蒸发物，如Mn、Mg，而Ag元素为钎料高温下蒸散所致。
3.2.2 金相组织及含氧量分析
为了进一步分析问题，将出现问题的工件及正常工件取样进行金相组织及含氧量对比分析，分析结果如下：
放大50X
发红工件：晶粒粗大，晶粒平均直径1mm以上 放大50X
正常工件：晶粒比发红工件小，晶粒平均直径0.2mm左右
含氧量等级：
（1）发红工件：五级
（2）正常工件：一级
从金相组织及含氧量分析结果可以看出，发红工件含氧量严重超标，远远大于正常工件的含氧量;其晶粒直径粗大，约为正常工件晶粒直径的5倍。
3.2.3 材料成份分析
将发红工件与正常工件取样，使用电镜能谱仪分析了其成份，从结果可以看出：
a.发红工件外表面的氧含量是正常工件外表面含氧量的6倍之多。
b.发红工件及其上面的不锈钢零件表面的氧含量偏高。
c.发红工件表面含有一定量的Mn元素。
4.真空炉内试验验证
验证方法：
将表面发红的工件车去表层部分，车销量为1.5mm（厚度），车取样品6件。按正常产品无氧铜零件的酸洗工艺，进行表面处理，处理后的零件表面呈正常无氧铜金属泽，样品编号为1，2，3，4，5，6。将样品分别放进两台真空炉，且在零件端面各放置一片钎料（CuAgNi0.75），升温至840℃保温30分钟后再降温至40℃出炉，然后观察从真空炉出来后零件表面状况及钎料的流散性和浸润性。 4.1 将样品放置在1#生产线真空炉进行对比验证：将样品1，2放置在1#生产线A真空炉：其中样品1裸露放置于陶瓷片上放进炉内;样品2放置于陶瓷片上并套上洁净的陶瓷罐，上下用陶瓷片遮盖后放进炉内。将样品3，4放置在1#生产线B真空炉：其中样品3裸露放置在陶瓷片上放进炉内;样品4放置于陶瓷片上并套上洁净的陶瓷罐，上下用陶瓷片遮盖后放进炉内。
4.1.1 工件样品表面颜变化：降温后从真空炉内取出样品，目测4件样品表面均出现发红
现象，其中样品1，3发红现象明显。样品2，4发红现象与样品1，3相比较轻微，但与同炉正常泽的其它产品工件相比较仍然存在发红现象。将上述样品及正常产品在10倍放大镜下观察，看到的颜变化与目测直接观察到的结果完全相同;而同时A、B炉一起出炉的其它无氧铜的正常产品工件46～104件全部未出现表面发红现象。
4.1.2 钎料流散情况：将样品1，2，3，4放进真空炉，同时在端面上各放置了直径φ15的钎料环一片。降温后从真空炉内取出样品，对其逐一进行详细观察，发现钎料的流散性和浸润性基本正常，与以前对钎料性能的试验结果基本相同。但是，发红越明显的样品钎料浸润界面越脏，似乎有少量黑物质析出。
4.2 样品在2#生产线真空炉进行验证：将样品5，6放进2#生产线真空炉进行试验，验证工件发红是否与真空炉及其气氛有关。样品5与样品1、3进炉方式相同，裸露放置;样品6与样品2、4进炉方式相同，密封放置。出炉后工件表面均出现发红现象，样品5上放置的钎料流散后表面存在明显脏印，与1#生产线试验结果是一致的，说明与真空炉及其炉内的气氛无关。
5.结论
从上述理化分析及试验结果可以得出：钎焊后导杆发红问题的根本原因是原材料无氧铜含氧量严重超标。
无氧铜材料含氧量过高，材料晶粒粗大，导致材料在高温下生成铜的低价化合物;同时吸附真空炉内的蒸发物，零件表面变。
参考文献
[1]李建明.电器工艺与工装[M].机械工业出版社，2005.
[2]李建基.高中压开关设备实用技术[M]机械工业出版社，2001.
[3]徐国政等.高压断路器原理和应用[M].清华大学出版社，2000.
侯智伟，男，工程师，从事断路器及高压开关柜的设计及开发工作。
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