[发明专利]一种多晶硅真空炉用摩擦焊铜电极及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种真空炉用铜电极及其制造工艺，尤其涉及一种多晶硅真空炉用摩擦焊铜电极及其制造工艺。

背景技术

在光伏产业，多晶硅铸锭真空炉是用于铸造大型多晶硅锭的设备，它是将硅料高温熔融后通过定向凝固冷凝结晶，使其形成晶向一致的硅锭，从而达到太阳能电池对硅片品质的要求。铜电极的作用是将强大电流(2000左右安培)通过铜电极传入石墨电极再加热石墨板，使其发热，通过热辐射而加热硅料。现有的铜电极包括后端带进出冷却水管的铜电极杆，铜法兰，接电板，锁紧螺母，O型密封圈，绝缘保护组件，连接螺栓等。铜电极杆通常外径32mm～50mm，内径15mm～20mm，壁厚8.0mm～15.0mm，长度800mm～1000mm，前端封闭，外周圆设有螺纹，用与石墨电极内螺纹连接。外来电流通过铜电极杆导入石墨电极。目前，铜电极杆的制造采用两种方式：一种是选用纯铜管，一端熔焊封闭，由于常规熔化焊方法焊缝处不可避免产生气孔、夹杂、熔渣等缺陷，在急冷急热环境下，前端焊缝处在热应力作用下材料疲劳产生龟裂，容易漏水而报废，使用寿命短，维护工作量大。另一种是选用纯铜棒，采用深孔加工方式，这种加工方式虽然前端不需焊接，解决了前端漏水问题，但由于棒身长，深孔加工排屑困难而加工难度大，材料消耗高。此外，铜电极与石墨电极之间全靠螺纹衔接，并且是线接触，甚至有些地方是点接触，在强大电流流过该处时，由于接触面积较小，电阻过大，在此部位产生大量的热量，使温度急剧升高，使用一段时间后，两电极经常因烧蚀而粘结在一起，影响电流通过，导电率降低，必须停炉进行检修更换，且无法修复，也造成多晶硅生产企业铜电极和石墨电极使用寿命短，生产成本高。综上所述，铜电极前端焊接处漏水及螺纹衔接处强电流起弧侵蚀使其逐步损坏，是造成铜电极使用寿命短的主要原因。目前，国产铜电极使用寿命一般为一年，进口铜电极(采用纯铜棒深孔加工方式制造)使用寿命一般为三年。

研究一种使用寿命长，可修复，为多晶硅生产企业大幅度降低生产成本，同时制造简单，完全可以替代进口的多晶硅真空炉用铜电极，是本发明的一项重要课题。

发明内容

本课题探讨采用旋转摩擦焊技术，解决现有问题。旋转摩擦焊可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种。连续驱动摩擦焊的工作原理是：通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，由电动机带动一个工件旋转，同时把另一工件压向旋转工件，使其接触面相互摩擦产生热量和一定塑性变形，然后停止旋转，同时施加顶锻压力完成焊接。焊接质量与转速、摩擦时间、摩擦压力、顶锻压力和工件顶锻变形量有关。惯性摩擦焊的工作原理是：旋转工件与飞轮固定，由电动机驱动飞轮达设定的转速，随后电动机通过离合器与主轴脱开，然后把一个工件压向夹持在飞轮轴上的转动工件，工件间的摩擦阻力使飞轮减速，并将飞轮的动能转换成焊接所需的热能，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接。焊接质量与飞轮惯性矩、转速和顶锻力有关。摩擦焊所用的摩擦焊机包括驱动系统(惯性摩擦焊机还包括飞轮)和加压装置。大量文献记载证明，摩擦焊在工厂生产线上已广泛用于发动机燃烧室、排气阀、轴、轴套、杆件、管子与法兰、石油钻杆和钻芯的连接和变截面杆件的连接。

本发明的目的是提供一种制造简单、使用寿命长、可修复的多晶硅真空炉用摩擦焊铜电极及其制造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多晶硅真空炉用摩擦焊铜电极，包括外径为32mm～50mm的铜电极杆，铜法兰，接电板，锁紧螺母，O型密封圈，绝缘保护组件，连接螺栓，其特征在于：铜电极杆至少设置两段，采用摩擦焊连为一体。

所述铜电极杆设置成前中后三段，中、后段选用不同外径的两种规格纯铜管摩擦焊连接，前段选用纯铜棒，与中段摩擦焊连接。

所述铜电极杆设置成前中后三段，前、后段选用不同外径的纯铜棒钻孔后与中段的纯铜管摩擦焊连接。

所述铜电极杆设置成相同外径的前后两段，前段选用纯铜棒钻孔后与后段的纯铜管摩擦焊连接。

为了加工方便，铜电极杆还可设置三段以上摩擦焊连接。