Introducere
Releele de semnal feroviar sunt întrerupătoare speciale utilizate pentru a închide sau deschide circuitele de control al semnalului. Ele sunt una dintre componentele cheie ale echipamentelor sistemului feroviar. Prin urmare, durata de viață electrică și fiabilitatea produselor relee au fost întotdeauna un subiect fierbinte pentru designeri și utilizatori. Cercetătorii au efectuat o mulțime de cercetări privind mecanismul de defecțiune al releelor. Conform aplicațiilor industriale și statisticilor de testare, se constată că sudarea materialului de contact generată în timpul acțiunii de comutare este unul dintre principalele sale moduri de defecțiune.
SolidContacte din cuprusunt una dintre cele mai critice componente ale sistemului de contact al releului, astfel încât performanța lor anti-sudare afectează în mod direct fiabilitatea și durata de viață a releului. Sudarea materialului de contact se referă la fenomenul conform căruia materialul de contact al celor doi poli este rapid încălzit și topit local sub acțiunea sursei de căldură, apoi răcit și solidificat rapid pentru a conecta cei doi poli într-unul singur și nu poate fi separat de restaurarea externă. vigoare. În general, este împărțit în sudare statică și sudare dinamică. Sudarea statică este cauzată de efectul termic al curentului în timpul închiderii contactului. Este extrem de rar în munca efectivă. Fenomenul de sudare dinamică în care materialele de contact sunt sudate între ele datorită căldurii generate de descărcarea arcului în timpul procesului de închidere sau deconectare este principala cauză a defectării contactului.
Arcul generat atunci când contactul rupe circuitul este cheia pentru inițierea sudării dinamice. Energia arcului face ca materialul de contact să se topească parțial pentru a forma o zonă topită și apoi solidificarea rapidă a zonei topite poate forma o sudură la partea de contact a contactului. Când forța de sudare este mai mare decât forța de rupere, se va forma sudarea dinamică a materialului de contact. În general, se crede că cu cât forța de sudare a materialului de contact este mai mare, cu atât este mai slabă rezistența materialului la sudare. În anumite condiții de aplicare, rezistența la sudare a materialului de contact este strâns legată de compoziția sa, structura, rezistivitate, conductibilitatea termică și alte proprietăți. Pe de o parte, afectează generarea și intensitatea arcului, iar pe de altă parte, afectează procesul de sudare și dimensiunea forței de sudare.
Oamenii au efectuat cercetări extinse și aprofundate asupra comportamentului de sudare a materialelor de contact cu oxid de metal de argint, cum ar fi AgCdO, AgSnO2 și AgCuO, și au propus modele și teorii de sudare. Ideea principală de proiectare a acestui tip de material este că argintul acționează ca o fază purtătoare de curent pentru a conduce electricitatea și căldura, iar faza insolubilă, cum ar fi oxidul, acționează ca un stabilizator pentru a crește vâscozitatea fazei topite sau ca un descompozitor. pentru a consuma energia arcului. Cu toate acestea, odată cu creșterea puterii, noile relee au propus cerințe mai mari pentru performanța antisudură a materialelor de contact. Materialele de contact tradiționale nu mai pot îndeplini cerințele, iar materialele de contact din grafit impregnate cu argint au primit din ce în ce mai multă atenție datorită performanței lor excelente. Materialele de contact cu grafit impregnat cu argint implică, în general, argint impregnat în scheletul de grafit ca fază purtătoare de curent, iar grafitul, ca fază greu de dizolvat, poate limita atât dimensiunea bazinului topit, cât și consuma energia arcului. Cu toate acestea, cercetările asupra materialelor de contact din grafit impregnate cu argint nu sunt aprofundate, în special cercetările asupra comportamentului lor la sudare sunt rareori raportate. Prin urmare, acest studiu a folosit un dispozitiv de testare a sudării pentru a studia comportamentul dinamic la sudare a patru materiale de contact din grafit impregnate cu argint la diferiți curenți și tensiuni și a observat și caracterizat sistematic morfologia suprafeței și microstructura contactelor. Prin analiză comparativă, au fost selectate materialele de contact din grafit impregnat cu argint, cu performanțe excelente anti-sudură.
1. Experimentează
1.1 Performanța și caracterizarea structurală a materialelor de contact din grafit impregnate cu argint
O serie de grafit impregnat cu argint electricNituri de cuprumaterialele au fost preparate prin procesul de presare izostatică la cald folosind matrice de grafit cu porozitate și structură de pori diferite. Indicatorii de performanță ai materialelor sunt prezentați în Tabelul 1. Microstructura materialelor de contact cu grafit impregnat cu argint și morfologia suprafeței după testul de performanță la sudarea prin fuziune au fost observate și caracterizate prin microscop metalografic și microscop electronic cu scanare.
1.2 Testarea performanței sudării și colectarea datelor
Patru tipuri de materiale de contact din grafit impregnat cu argint au fost prelucrate în contacte statice cu o suprafață de lucru de 3,5 mm × 4,1 mm. Au fost asortate cu nituri electrice din cupru din argint metalic. Performanța de sudare a materialelor de contact a fost testată în condițiile unui curent de sarcină de 80 A până la 100 A și o tensiune corespunzătoare de 80 V până la 100 V folosind un dispozitiv de testare a forței de sudare dezvoltat de Institutul de Tehnologie Harbin (vezi Figura 1). În timpul testului, un nou contact a fost folosit pentru fiecare test pentru a se asigura că suprafața de contact era în starea inițială. Semnalele de tensiune, curent și forță de contact în timpul procesului de închidere a contactului au fost colectate folosind un osciloscop multicanal KEYSIGHT DSOX3024T.
În dispozitivul de testare, cupru electric staticContacte cu niturisunt fixate pe dispozitivul rotativ, iar dispozitivul rotativ este fixat de capătul mobil al senzorului de forță printr-un scaun izolator. Capătul static al senzorului de forță este fixat pe o glisă de reglare care poate regla poziția în direcția plană printr-un scaun de montare. Senzorul de forță colectează starea de forță a contactului static pentru a obține presiunea de contact și forța de sudare. Lama este fixată pe un scaun fix izolator și se bazează pe electromagnetul de antrenare pentru a împinge contactul static de testat pentru a finaliza acțiunea de închidere. După ce electromagnetul de antrenare este oprit, se bazează pe propria resetare a rigidității pentru a se deconecta. Deoarece cursa electromagnetului de antrenare este fixă, acest dispozitiv modifică forța de contact dintre contacte prin reglarea poziției electromagnetului de antrenare. În timpul testului, senzorul de deplasare laser este utilizat pentru a măsura deplasarea trestiei pentru a monitoriza cursa de contact. Capetele fixe ale părților de mai sus sunt fixate pe bază pentru a se asigura că poziția relativă a fiecărei părți este stabilă. În timpul testului, electromagnetul conduce mai întâi contactul în mișcare și contactul static să se închidă cu sarcina la o anumită viteză, apoi întrerupe sursa de alimentare a sarcinii și mută senzorul de forță pentru a regla glisa pentru a separa încet contactele închise.
Curba de schimbare a forței de contact în timpul procesului de separare a contactului este prezentată în Figura 2. Contactele care sunt în stare închisă în starea inițială mențin contactul sub o anumită presiune; pe măsură ce glisa se mișcă, forța de contact scade treptat din punctul B și scade la 0 în punctul E, iar contactele în mișcare și cele statice încep să se separe; dacă nu există sudură între contacte, contactele se vor separa direct și forța de contact va fi 0. Dacă există sudare între contacte, forța de contact va continua să scadă, iar forța asupra contactului static se va schimba de la presiune la tensiune; punctul W este poziția în care contactele care au sudură încep să se separe, iar valoarea tensiunii în acest moment atinge maximul; apoi zona de sudare a contactului este îndepărtată rapid, forța de sudare scade rapid și este complet separată în punctul S. Pe parcursul întregului proces de rupere a sudării, diferența dintre forța de contact dinamică minimă înainte de contactele în mișcare și statice. sunt în afara contactului (punctul W), iar forța dinamică de contact după separare (punctul S) este forța maximă de sudare după ce materialul de contact este supus.
2 Rezultate și discuții
2.1 Microstructura materialelor de contact cu grafit impregnat cu argint
Fotografia metalografică a grafitului impregnat cu argint Cupru ArgintContactați Rivetmaterialul este prezentat în Figura 3, unde zona albă strălucitoare este argintiu metalic, iar zona gri-negru este matricea de grafit. Procesul de impregnare cu argint prin presare izostatică la cald poate umple complet porii matricei de grafit cu argint metalic și poate forma o structură interconectată de argint metalic asemănător rețelei. Cu toate acestea, datorită diferențelor în structura porilor și porozitatea matricei de grafit, microstructurile celor patru materiale de contact din grafit impregnate cu argint sunt semnificativ diferite: dimensiunea porilor matricei de grafit a materialului AgC (30) este relativ uniformă, iar dimensiunea zonei de argint metalic este de aproximativ zeci de microni; există zone de argint metalic de dimensiuni mari mai mari de 100 μm în materialul AgC (40); și există multe zone de argint metalic mai mici de 10 μm în materialele AgC (50) și AgC (60).
Diferența de microstructură a materialelor de contact din grafit impregnate cu argint este cheia diferențelor de performanță ale acestora. În special, pe măsură ce crește conținutul de carbon, AgC(60) atinge de peste 16 ori mai mult decât AgC(30), ceea ce este legat de scăderea conținutului de argint metalic ca fază purtătoare de curent. Cu toate acestea, proprietățile conductoare ale materialului nu au o relație egală proporțională cu conținutul de argint metalic. Prin urmare, proprietățile conductoare ale materialului de contact din grafit impregnat cu argint sunt rezultatul efectului sinergic al argintului metalic și al grafitului și sunt strâns legate de proprietățile conductoare și structura porilor materialului de grafit.
2.2 Performanța de sudare a materialelor de contact din grafit impregnate cu argint
Modificarea forței de sudare a materialelor de contact din grafit impregnate cu argint cu curent este prezentată în Figura 4. După cum se poate observa din Figura 4, când curentul este sub 80 A, nu are loc niciun fenomen de sudare între punctele de contact. dintre cele patru materiale de contact. Când curentul crește la 90 A, AgC(60) prezintă un fenomen de sudare cu o forță de sudare de 0,8×10-3 N. Când curentul atinge 95 A, toate cele patru materiale de contact prezintă fenomen de sudare, dar forța de sudare variază în magnitudine și este dispusă în trepte. Când curentul crește la 100 A, forța de sudare a lui AgC30 ajunge la 1,5×10-3 N, în timp ce forța de sudare a lui AgC(60) crește la 6,61×10-3 N.
Figura 5 prezintă morfologia suprafeței a patru contacte electrice din cupru grafit impregnat cu argint după sudarea prin fuziune la un curent de 100 A. După cum se poate vedea din Figura 5, zona de eroziune a arcului a tuturor materialelor este neagră. în centru și alb la margine, dar dimensiunea și microstructura zonei de eroziune a diferitelor materiale sunt diferite. Aria suprafeței AgC (30) erodata de arc este cea mai mică, cu un diametru de aproximativ 0,943 mm. Marginea sunt particulele de argint formate de argintul metalic din zona centrală care se topește sub acțiunea arcului și pulverizează în jurul punctului de contact în timpul procesului de sudare prin fuziune dinamică. Pe măsură ce conținutul de Ag scade, dimensiunea particulelor de argint pulverizate scade treptat. Zona de eroziune secundară începe să apară în centrul zonei de eroziune a arcului AgC (50). Zona de eroziune secundară de pe suprafața AgC (60) este mai evidentă și se dezvoltă în interiorul materialului. Acest lucru arată că fenomene multiple de eroziune cu arc au avut loc în timpul procesului de sudare prin fuziune dinamică, adică procesul de sudare dinamică prin fuziune.
Forța de sudare este proporțională cu aria secțiunii transversale a argintului metalic care se topește în material și se conectează împreună în timpul procesului de răcire. Pe măsură ce curentul crește, aria de eroziune a arcului crește, iar conținutul de argint topit din zonă crește. Prin urmare, aria secțiunii transversale a argintului metalic care se conectează între ele în timpul procesului de răcire crește și ea, iar forța de sudare crește în consecință. Cu toate acestea, generarea și rezistența arcului sunt strâns legate de microstructura și proprietățile materialului. Conductivitatea îmbunătățită va crește tensiunea generată de arc. Prin urmare, în condiția de tensiune de 90 V corespunzătoare la 90 A, doar AgC (60) cu cea mai mare rezistivitate are un fenomen de sudare. Efectul de dimensiune al grafitului care separă metalul argint poate afecta distribuția arcului pe suprafața de contact. În același timp, efectul de purjare cauzat de CO2 generat de oxidarea grafitului poate afecta distribuția arcului și poate reduce intensitatea arcului. Efectele combinate ale acestor două efecte asupra distribuției arcului și rezistenței împreună cu conductivitatea termică a materialului necesită cercetări sistematice suplimentare. Rezultatele cercetării actuale arată că reducerea porozității grafitului și a dimensiunii porilor nu îmbunătățește performanța anti-sudare. Când fracția de masă de argint este mai mică de 40% și dimensiunea porilor este mai mică de 10 μm, fenomenul de sudare va avea loc în condiții de curent mai scăzute, iar forța de sudare va crește de mai mult de 3 ori.
Conform cercetărilor din literatură, forța de sudare a materialului de contact AgCuO este de {{0}}.2 N până la 0.4 N la o tensiune de 12 V și un curent de 10 A până la 25 A. Forța de sudare dinamică a contactului cu argint cupru grafit impregnat cu argint pentru materialul comutator testat în această condiție experimentală este sub 0,01 N, care este cu 2 ordine de mărime mai mică decât forța de sudare a materialului de contact tradițional AgMeO. Prin urmare, în comparație cu materialul de contact AgMeO, materialul de contact din grafit impregnat cu argint are un curent de sudare inițial mai mare și o forță de sudare extrem de scăzută și este un material de contact electric cu o performanță excelentă anti-sudare. Analiza comparativă a forței de sudare și a morfologiei zonei de eroziune a arcului arată că AgC(30) are cea mai bună performanță anti-sudare.
3 Concluzii
(1) Curentul inițial de sudare al materialului de contact cu grafit impregnat cu argint este de 90 A, iar forța de sudare este mai mică de 0,01 N, care are o performanță excelentă anti-sudare.
(2) Pentru același material de contact cu grafit impregnat cu argint, pe măsură ce curentul crește, forța de sudare crește. Reducerea curentului de contact poate reduce forța de sudare, îmbunătățind astfel performanța sa anti-sudare.
(3) Pentru diferite materiale de contact cu grafit impregnat cu argint, forța de sudare crește odată cu creșterea conținutului de carbon, care este strâns legat de structura și proprietățile matricei sale de grafit. În acest studiu, materialul AgC(30) are cea mai bună performanță anti-sudare.
produsele noastre
Cupru electricContacte cu niturieste un produs de conectare cu performanțe excelente. În primul rând, cuiele de cupru sunt fabricate din cupru pur de înaltă calitate și au o conductivitate electrică și termică excelentă. În domeniul echipamentelor electronice, sistemelor electrice etc., cuiele unice de cupru pot asigura transmiterea eficientă a curentului și căldurii și asigura funcționarea stabilă a echipamentelor. În al doilea rând, cuiele de cupru prezintă o rezistență excelentă la coroziune. Indiferent dacă sunt într-un mediu umed sau în contact cu diverse substanțe chimice, cuiele de cupru își pot menține performanța stabilă, nu sunt ușor de ruginit și deteriorat și își pot prelungi foarte mult durata de viață.
