Undersøgelse af fusionssvejseydelsen af ​​sølvimprægneret grafitkontaktmateriale

Jernbanesignalrelæer er specielle kontakter, der bruges til at lukke eller åbne signalkontrolkredsløb. De er en af ​​nøglekomponenterne i jernbanesystemudstyr. Derfor har den elektriske levetid og pålidelighed af relæprodukter altid været et varmt emne for designere og brugere. Forskere har udført meget forskning i relæernes fejlmekanisme. Ifølge industrielle applikationer og teststatistikker viser det sig, at svejsning af kontaktmateriale, der genereres under koblingshandlingen, er en af ​​dens vigtigste fejltilstande.

SolidKobber kontakterer en af ​​de mest kritiske komponenter i relækontaktsystemet, så deres anti-svejseydelse påvirker relæets pålidelighed og levetid direkte. Kontaktmaterialesvejsning refererer til det fænomen, at kontaktmaterialet i de to poler hurtigt opvarmes og smeltes lokalt under påvirkning af varmekilden, og derefter hurtigt afkøles og størkner for at forbinde de to poler til én og ikke kan adskilles ved den eksterne genopretning. kraft. Det er generelt opdelt i statisk svejsning og dynamisk svejsning. Statisk svejsning er forårsaget af den termiske effekt af strømmen under lukningen af ​​kontakten. Det er yderst sjældent i egentligt arbejde. Det dynamiske svejsefænomen, hvor kontaktmaterialerne svejses sammen på grund af den varme, der genereres af lysbueudladningen under lukke- eller frakoblingsprocessen, er hovedårsagen til kontaktsvigt.

Den lysbue, der genereres, når kontakten bryder kredsløbet, er nøglen til at starte dynamisk svejsning. Bueenergien får kontaktmaterialet til delvist at smelte for at danne et smeltet område, og derefter kan den hurtige størkning af det smeltede område danne en svejsning ved kontaktdelen af ​​kontakten. Når svejsekraften er større end brudkraften, vil der dannes dynamisk svejsning af kontaktmaterialet. Det antages generelt, at jo større svejsekraft kontaktmaterialet er, jo dårligere er materialets modstandsdygtighed over for svejsning. Under visse anvendelsesforhold er modstanden mod svejsning af kontaktmaterialet tæt forbundet med dets sammensætning, struktur, resistivitet, varmeledningsevne og andre egenskaber. På den ene side påvirker det genereringen og intensiteten af ​​buen, og på den anden side påvirker det svejseprocessen og størrelsen af ​​svejsekraften.

Folk har udført omfattende og dybdegående forskning i svejseadfærden af ​​sølvmetaloxid-kontaktmaterialer som AgCdO, AgSnO2 og AgCuO og foreslået svejsemodeller og teorier. Hoveddesignideen for denne type materiale er, at sølv fungerer som en strømførende fase til at lede elektricitet og varme, og den uopløselige fase, såsom oxid, fungerer som en stabilisator for at øge viskositeten af ​​den smeltede fase eller som en nedbryder. at forbruge lysbueenergi. Men med stigningen i effekt har nye relæer stillet højere krav til anti-svejseydelsen af ​​kontaktmaterialer. Traditionelle kontaktmaterialer kan ikke længere opfylde kravene, og sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer har fået mere og mere opmærksomhed på grund af deres fremragende ydeevne. Sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer involverer generelt sølv imprægneret ind i grafitskelettet som en strømførende fase, og grafit som en vanskelig opløselig fase kan både begrænse størrelsen af ​​den smeltede pool og forbruge lysbueenergi. Forskningen i sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer er dog ikke dybtgående, især forskningen i deres svejseadfærd rapporteres sjældent. Derfor brugte denne undersøgelse en svejsetestanordning til at studere den dynamiske svejseadfærd af fire sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer ved forskellige strømme og spændinger, og systematisk observeret og karakteriseret kontakternes overflademorfologi og mikrostruktur. Gennem sammenlignende analyse blev de sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer med fremragende anti-svejseevne udvalgt.

1.1 Ydeevne og strukturel karakterisering af sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer
En serie af sølvimprægneret grafit ElektriskKobbernittermaterialer blev fremstillet ved varm isostatisk presseproces under anvendelse af grafitmatrix med forskellig porøsitet og porestruktur. Materialernes ydeevneindikatorer er vist i tabel 1. Mikrostrukturen af ​​de sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer og overflademorfologien efter fusionssvejseydelsestesten blev observeret og karakteriseret ved metallografisk mikroskop og scanningelektronmikroskop.

1.2 Test af svejseydelse og dataindsamling
Fire typer sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer blev forarbejdet til statiske kontakter med en arbejdsflade på 3,5 mm × 4,1 mm. De blev matchet med elektriske kobbernitter lavet af metallisk sølv. Svejseydelsen af ​​kontaktmaterialerne blev testet under betingelserne for en belastningsstrøm på 80 A til 100 A og en tilsvarende spænding på 80 V til 100 V ved hjælp af en svejsekrafttestanordning udviklet af Harbin Institute of Technology (se figur 1). Under testen blev der brugt en ny kontakt til hver test for at sikre, at kontaktfladen var i den oprindelige tilstand. Spændings-, strøm- og kontaktkraftsignalerne under kontaktlukningsprocessen blev opsamlet ved hjælp af et KEYSIGHT DSOX3024T multi-kanal oscilloskop.

I testenheden er det statiske elektriske kobberNittekontakterer fastgjort på den roterende fikstur, og den roterende fikstur er fastgjort til den bevægelige ende af kraftsensoren gennem et isolerende sæde. Den statiske ende af kraftsensoren er fastgjort på en justeringsskyder, der kan justere positionen i plan retning gennem et monteringssæde. Kraftsensoren opsamler krafttilstanden for den statiske kontakt for at opnå kontakttrykket og svejsekraften. Reedet er fastgjort på et isolerende fast sæde og er afhængig af den drivende elektromagnet til at skubbe den statiske kontakt, der skal testes, for at fuldføre lukkehandlingen. Efter at den drivende elektromagnet er slukket, er den afhængig af sin egen stivhedsnulstilling for at afbryde. Da den drivende elektromagnets slag er fast, ændrer denne enhed kontaktkraften mellem kontakterne ved at justere positionen af ​​drivelektromagneten. Under testen bruges laserforskydningssensoren til at måle forskydningen af ​​reed for at overvåge kontaktslaget. De faste ender af de ovennævnte dele er fastgjort på basen for at sikre, at hver dels relative position er stabil. Under testen driver elektromagneten først den bevægelige kontakt og den statiske kontakt til at lukke med belastning ved en bestemt hastighed, afbryder derefter belastningsstrømforsyningen og flytter kraftsensoren for at justere glideren for langsomt at adskille de lukkede kontakter.

Kontaktkraftændringskurven under kontaktadskillelsesprocessen er vist i figur 2. Kontakterne, der er i lukket tilstand i starttilstanden, bevarer kontakten under et vist tryk; Når glideren bevæger sig, falder kontaktkraften gradvist fra punkt B og falder til 0 ved punkt E, og de bevægelige og statiske kontakter begynder at adskilles; hvis der ikke er nogen svejsning mellem kontakterne, adskilles kontakterne direkte, og kontaktkraften vil være 0. Hvis der er svejsning mellem kontakterne, vil kontaktkraften fortsætte med at falde, og kraften på den statiske kontakt vil ændre sig fra tryk til spænding; punkt W er den position, hvor kontakterne, der har svejsning, begynder at adskilles, og spændingsværdien på dette tidspunkt når maksimum; derefter trækkes svejseområdet af kontakten hurtigt fra hinanden, svejsekraften falder hurtigt, og den er fuldstændig adskilt ved punkt S. Under hele svejsebrudprocessen er forskellen mellem den minimale dynamiske kontaktkraft før de bevægelige og statiske kontakter er ude af kontakt (punkt W), og den dynamiske kontaktkraft efter adskillelse (punkt S) er den maksimale svejsekraft, efter at kontaktmaterialet har gennemgået svejsning.

2.1 Mikrostruktur af sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer
Det metallografiske fotografi af den sølvimprægnerede grafit Kobber SølvKontakt Rivetmateriale er vist i figur 3, hvor det lyse hvide område er metallisk sølv og det grå-sorte område er grafitmatrixen. Den varme isostatiske presning af sølvimprægneringsproces kan fylde grafitmatrixens porer fuldt ud med metallisk sølv og danne en netværkslignende metallisk sølv sammenkoblet struktur. Men på grund af forskellene i grafitmatricens porestruktur og porøsitet er mikrostrukturerne af de fire sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer væsentligt forskellige: Porestørrelsen af ​​grafitmatricen af ​​AgC (30) materialet er relativt ensartet, og størrelsen af ​​det metalliske sølvområde er omkring snesevis af mikrometer; der er store metalliske sølvområder større end 100 μm i AgC (40) materialet; og der er mange metalliske sølvområder på mindre end 10 μm i AgC (50) og AgC (60) materialerne.

Forskellen i mikrostrukturen af ​​sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer er nøglen til deres ydeevneforskelle. Især når kulstofindholdet stiger, når AgC(60) mere end 16 gange AgC(30), hvilket er relateret til faldet i indholdet af metallisk sølv som den strømførende fase. Imidlertid har materialets ledende egenskaber ikke et lige proportionalt forhold til indholdet af metallisk sølv. Derfor er de ledende egenskaber af det sølvimprægnerede grafitkontaktmateriale resultatet af den synergistiske effekt af metallisk sølv og grafit og er tæt forbundet med grafitmaterialets ledende egenskaber og porestruktur.

2.2 Svejseydelse af sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer
Ændringen af ​​svejsekraften af ​​sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer med strøm er vist i figur 4. Som det kan ses af figur 4, når strømmen er under 80 A, opstår der intet svejsefænomen mellem kontaktpunkterne af de fire kontaktmaterialer. Når strømmen stiger til 90 A, udviser AgC(60) et svejsefænomen med en svejsekraft på 0,8×10-3 N. Når strømmen når 95 A, udviser alle fire kontaktmaterialer et svejsefænomen, men svejsekraften varierer mht. størrelse og er arrangeret i en trinvis måde. Når strømmen stiger til 100 A, når AgC30's svejsekraft 1,5×10-3 N, mens svejsekraften af ​​AgC(60) stiger til 6,61×10-3 N.

Figur 5 viser overflademorfologien af ​​fire sølvimprægnerede elektriske grafitkobberkontakter efter smeltesvejsning ved en strøm på 100 A. Som det kan ses af figur 5, er buerosionsområdet for alle materialer sort i midten og hvid i kanten, men størrelsen og mikrostrukturen af ​​erosionsområdet af forskellige materialer er forskellige. Arealet af AgC (30) overflade eroderet af bue er det mindste, med en diameter på omkring 0,943 mm. Kanten er sølvpartiklerne, der dannes af metalsølv i det centrale område, der smelter under påvirkning af lysbuen og sputterer omkring kontaktpunktet under den dynamiske smeltesvejseproces. Efterhånden som Ag-indholdet falder, falder størrelsen af ​​de forstøvede sølvpartikler gradvist. Det sekundære erosionsområde begynder at dukke op i midten af ​​buerosionsområdet i AgC (50). Det sekundære erosionsområde på overfladen af ​​AgC (60) er mere tydeligt og udvikler sig til det indre af materialet. Dette viser, at flere buerosionsfænomener opstod under den dynamiske fusionssvejseproces, det vil sige den hoppende dynamiske fusionssvejseproces.

Svejsekraften er proportional med tværsnitsarealet af metalsølv, der smelter i materialet og forbinder sig under afkølingsprocessen. Efterhånden som strømmen øges, øges bueerosionsarealet, og indholdet af smeltet sølv i området øges. Derfor øges tværsnitsarealet af metalsølv, der forbinder hinanden under afkølingsprocessen, og svejsekraften stiger tilsvarende. Imidlertid er genereringen og styrken af ​​lysbuen tæt forbundet med materialets mikrostruktur og egenskaber. Den forbedrede ledningsevne vil øge den spænding, der genereres af lysbuen. Under spændingstilstanden på 90 V svarende til 90 A er det derfor kun AgC (60) med den højeste resistivitet, der har et svejsefænomen. Størrelseseffekten af ​​grafit, der adskiller metalsølv, kan påvirke fordelingen af ​​buen på kontaktfladen. Samtidig kan renseeffekten forårsaget af CO2 genereret af grafitoxidation påvirke lysbuefordelingen og reducere lysbueintensiteten. De kombinerede effekter af disse to effekter på lysbuefordelingen og styrken sammen med materialets varmeledningsevne kræver yderligere systematisk forskning. De nuværende forskningsresultater viser, at reduktionen af ​​grafitporøsitet og porestørrelse ikke forbedrer anti-svejseydelsen. Når sølvmassefraktionen er mindre end 40%, og porestørrelsen er mindre end 10 μm, vil svejsefænomenet opstå under lavere strømforhold, og svejsekraften vil stige med mere end 3 gange.

Ifølge litteraturforskning er AgCuO-kontaktmaterialets svejsekraft {{0}}.2 N til 0.4 N ved en spænding på 12 V og en strøm på 10 A til 25 A. Den dynamiske svejsekraft af den sølvimprægnerede grafit Kobber Sølv Kontakt til Switch materiale testet under denne eksperimentelle tilstand er alt under 0,01 N, hvilket er 2 størrelsesordener lavere end svejsekraften af ​​det traditionelle AgMeO kontakt materiale. Sammenlignet med AgMeO-kontaktmaterialet har det sølvimprægnerede grafitkontaktmateriale derfor en højere begyndelsessvejsestrøm og ekstremt lav svejsekraft og er et elektrisk kontaktmateriale med fremragende anti-svejseydelse. Sammenlignende analyse af svejsekraft og buerosionsområdes morfologi viser, at AgC(30) har den bedste anti-svejseydelse.

(1) Den indledende svejsestrøm for det sølvimprægnerede grafitkontaktmateriale er 9 0 A, og svejsekraften er mindre end 0,01 N, hvilket har fremragende anti-svejseydelse.
(2) For det samme sølvimprægnerede grafitkontaktmateriale øges svejsekraften, når strømmen stiger. Reduktion af kontaktstrømmen kan reducere svejsekraften og derved forbedre dens anti-svejseydelse.
(3) For forskellige sølvimprægnerede grafitkontaktmaterialer øges svejsekraften med stigningen i kulstofindholdet, hvilket er tæt forbundet med strukturen og egenskaberne af dens grafitmatrix. I denne undersøgelse har AgC(30) materiale den bedste anti-svejseevne.

vores produkter

Elektrisk kobberNittekontakterer et forbindelsesprodukt med fremragende ydeevne. Først og fremmest er kobbersøm lavet af rent kobber af høj kvalitet og har fremragende elektrisk og termisk ledningsevne. Inden for elektronisk udstyr, elektriske systemer osv. kan enkelte kobbersøm sikre en effektiv transmission af strøm og varme og sikre en stabil drift af udstyret. For det andet viser kobbersøm fremragende korrosionsbestandighed. Uanset om det er i et fugtigt miljø eller i kontakt med forskellige kemikalier, kan kobbersøm bevare deres stabile ydeevne, er ikke lette at ruste og beskadige og forlænge deres levetid betydeligt.

lære mere