Введение
Реле железнодорожных сигналов — это специальные переключатели, используемые для замыкания или размыкания цепей управления сигналами. Они являются одним из ключевых компонентов оборудования железнодорожной системы. Поэтому электрический срок службы и надежность релейной продукции всегда были горячей темой для разработчиков и пользователей. Исследователи провели множество исследований механизма отказа реле. Согласно данным промышленного применения и статистике испытаний, установлено, что сварка контактного материала, возникающая во время переключения, является одним из основных видов отказа.
ТвердыйМедные контактыявляются одними из наиболее важных компонентов контактной системы реле, поэтому их противосварочные характеристики напрямую влияют на надежность и срок службы реле. Сварка контактного материала относится к явлению, при котором контактный материал двух полюсов быстро нагревается и локально плавится под действием источника тепла, а затем быстро охлаждается и затвердевает, чтобы соединить два полюса в один, и не может быть разделен внешним восстанавливающим устройством. сила. Обычно ее разделяют на статическую сварку и динамическую сварку. Статическая сварка вызвана тепловым воздействием тока при замыкании контакта. В реальной работе это встречается крайне редко. Явление динамической сварки, при котором контактные материалы свариваются вместе из-за тепла, выделяемого дуговым разрядом в процессе замыкания или разъединения, является основной причиной выхода из строя контактов.
Дуга, возникающая при разрыве контакта, является ключом к началу динамической сварки. Энергия дуги вызывает частичное плавление контактного материала с образованием расплавленной области, а затем быстрое затвердевание расплавленной области может привести к образованию сварного шва в контактной части контакта. Когда сила сварки превышает разрушающую силу, образуется динамическая сварка контактного материала. Принято считать, что чем больше сила сварки контактного материала, тем хуже сопротивление материала сварке. При определенных условиях применения стойкость контактного материала к сварке тесно связана с его составом, структурой, удельным сопротивлением, теплопроводностью и другими свойствами. С одной стороны, это влияет на генерацию и интенсивность дуги, а с другой – на процесс сварки и величину сварочного усилия.
Люди провели обширные и глубокие исследования сварочных свойств контактных материалов из оксидов серебра, таких как AgCdO, AgSnO2 и AgCuO, а также предложили модели и теории сварки. Основная конструктивная идея этого типа материала заключается в том, что серебро действует как токопроводящая фаза, проводящая электричество и тепло, а нерастворимая фаза, такая как оксид, действует как стабилизатор для увеличения вязкости расплавленной фазы или как разлагатель. потреблять энергию дуги. Однако с увеличением мощности к новым реле предъявляются более высокие требования к противосвариваемым свойствам материалов контактов. Традиционные контактные материалы больше не могут соответствовать этим требованиям, а графитовые контактные материалы, пропитанные серебром, привлекают все больше внимания из-за их превосходных характеристик. Графитовые контактные материалы, пропитанные серебром, обычно включают серебро, пропитанное графитовым каркасом в качестве токопроводящей фазы, а графит как труднорастворимая фаза может как ограничивать размер расплавленной ванны, так и потреблять энергию дуги. Однако исследования графитовых контактных материалов, пропитанных серебром, не являются глубокими, особенно об исследованиях их поведения при сварке сообщается редко. Поэтому в этом исследовании использовалось сварочное испытательное устройство для изучения динамического сварочного поведения четырех графитовых контактных материалов, пропитанных серебром, при различных токах и напряжениях, а также систематически наблюдались и характеризовались морфология поверхности и микроструктура контактов. Путем сравнительного анализа были выбраны пропитанные серебром графитовые контактные материалы с отличными противосварочными характеристиками.
1. Экспериментируйте
1.1 Эксплуатационные и структурные характеристики графитовых контактных материалов, пропитанных серебром
Серия графит с импрегнированием серебром ЭлектротехническаяМедные заклепкиМатериалы были изготовлены методом горячего изостатического прессования с использованием графитовой матрицы различной пористости и структуры пор. Эксплуатационные показатели материалов приведены в таблице 1. Микроструктуру импрегнированных серебром графитовых контактных материалов и морфологию поверхности после испытания на работоспособность сварки плавлением наблюдали и охарактеризовали с помощью металлографического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа.
1.2 Проверка сварочных характеристик и сбор данных
Четыре типа импрегнированных серебром графитовых контактных материалов были переработаны в статические контакты с рабочей поверхностью 3,5 мм × 4,1 мм. К ним прилагались электрические медные заклепки из металлического серебра. Сварочные характеристики контактных материалов проверялись в условиях тока нагрузки от 80 до 100 А и соответствующего напряжения от 80 до 100 В с использованием устройства для испытания силы сварки, разработанного Харбинским технологическим институтом (см. рисунок 1). В ходе испытания для каждого испытания использовался новый контакт, чтобы обеспечить нахождение контактной поверхности в исходном состоянии. Сигналы напряжения, тока и контактной силы в процессе замыкания контактов собирались с помощью многоканального осциллографа KEYSIGHT DSOX3024T.
В испытательном устройстве статическая электрическая медьЗаклепки Контактызакреплены на вращающемся приспособлении, а вращающееся приспособление прикреплено к подвижному концу датчика силы через изолирующее гнездо. Статический конец датчика силы закреплен на регулировочном слайде, который может регулировать положение в направлении плоскости через монтажное гнездо. Датчик силы собирает данные о силовом состоянии статического контакта для получения данных о контактном давлении и силе сварки. Геркон закреплен на изолирующем неподвижном гнезде и полагается на приводной электромагнит, который толкает статический контакт, подлежащий тестированию, для завершения замыкающего действия. После отключения питания приводного электромагнита для отключения он использует собственный сброс жесткости. Поскольку ход приводного электромагнита фиксирован, данное устройство изменяет контактную силу между контактами, регулируя положение приводного электромагнита. Во время испытания лазерный датчик смещения используется для измерения смещения геркона и контроля хода контакта. Неподвижные концы вышеуказанных частей закреплены на основании, чтобы обеспечить стабильное относительное положение каждой части. Во время испытания электромагнит сначала заставляет подвижный контакт и статический контакт замыкаться под нагрузкой с определенной скоростью, затем отключает питание нагрузки и перемещает датчик силы, чтобы отрегулировать ползун для медленного разъединения замкнутых контактов.
Кривая изменения контактной силы в процессе разъединения контактов представлена на рисунке 2. Контакты, находящиеся в замкнутом состоянии в исходном состоянии, сохраняют контакт под определенным давлением; по мере движения ползуна контактная сила постепенно уменьшается от точки Б, а в точке Е уменьшается до 0, при этом подвижный и неподвижный контакты начинают разделяться; если между контактами нет сварки, контакты разъединятся напрямую, и контактное усилие составит 0. Если между контактами имеется сварка, контактная сила будет продолжать уменьшаться, а сила на статическом контакте будет меняться от давления к растяжению; точка W – положение, где контакты, имеющие сварку, начинают разъединяться, а величина напряжения в это время достигает максимума; затем область сварки контакта быстро раздвигается, сила сварки быстро уменьшается, и он полностью отделяется в точке S. В течение всего процесса разрыва сварки разница между минимальной динамической силой контакта перед подвижным и статичным контактами находятся вне контакта (точка W), а динамическая сила контакта после разделения (точка S) представляет собой максимальную силу сварки после сварки контактного материала.
2 Результаты и обсуждение
2.1. Микроструктура графитовых контактных материалов, импрегнированных серебром.
Металлографическая фотография импрегнированного серебром графита Медь Серебро.Связаться с РиветМатериал показан на рисунке 3, где ярко-белая область представляет собой металлическое серебро, а серо-черная область — графитовую матрицу. Процесс горячего изостатического прессования с пропиткой серебром может полностью заполнить поры графитовой матрицы металлическим серебром и сформировать сетчатую взаимосвязанную структуру металлического серебра. Однако из-за различий в пористой структуре и пористости графитовой матрицы микроструктуры четырех импрегнированных серебром графитовых контактных материалов существенно различаются: размер пор графитовой матрицы материала AgC (30) относительно однороден, а размер участка металлического серебра составляет около десятков микрон; в материале AgC (40) присутствуют крупные участки металлического серебра размером более 100 мкм; в материалах AgC (50) и AgC (60) имеется много областей металлического серебра размером менее 10 мкм.
Разница в микроструктуре графитовых контактных материалов, пропитанных серебром, является ключом к различиям в их характеристиках. В частности, с увеличением содержания углерода AgC(60) более чем в 16 раз превышает AgC(30), что связано с уменьшением содержания металлического серебра как токоведущей фазы. Однако электропроводные свойства материала не имеют равной пропорциональной зависимости с содержанием металлического серебра. Таким образом, проводящие свойства пропитанного серебром графитового контактного материала являются результатом синергетического эффекта металлического серебра и графита и тесно связаны с проводящими свойствами и пористой структурой графитового материала.
2.2 Сварочные характеристики графитовых контактных материалов, пропитанных серебром
Изменение силы сварки пропитанных серебром графитовых контактных материалов под действием тока показано на рисунке 4. Как видно из рисунка 4, при силе тока ниже 80 А между точками контакта не возникает сварочных явлений. из четырех контактных материалов. Когда ток увеличивается до 90 А, AgC(60) проявляет явление сварки с силой сварки 0,8×10-3 Н. Когда ток достигает 95 А, все четыре контактных материала проявляют явление сварки, но сила сварки варьируется в зависимости от величины и располагается ступенчато. При увеличении тока до 100 А сила сварки AgC30 достигает 1,5×10-3 Н, а сила сварки AgC(60) возрастает до 6,61×10-3 Н.
На рисунке 5 показана морфология поверхности четырех медно-графитовых электрических контактов, пропитанных серебром, после сварки плавлением на токе 100 А. Как видно из рисунка 5, область дуговой эрозии всех материалов имеет черный цвет. в центре и белый по краю, но размеры и микроструктура зоны эрозии у разных материалов различны. Площадь поверхности AgC(30), эродированной дугой, наименьшая, диаметром около 0,943 мм. Край — это частицы серебра, образованные металлическим серебром в центральной области, плавящиеся под действием дуги и распыляющиеся вокруг точки контакта в процессе динамической сварки плавлением. По мере уменьшения содержания Ag размер распыленных частиц серебра постепенно уменьшается. В центре зоны дуговой эрозии AgC (50) начинает появляться область вторичной эрозии. Область вторичной эрозии на поверхности AgC (60) более заметна и развивается в глубь материала. Это показывает, что во время процесса динамической сварки плавлением, то есть в процессе динамической сварки плавлением, возникали явления множественной дуговой эрозии.
Сила сварки пропорциональна площади поперечного сечения металлического серебра, которое плавится в материале и соединяется между собой в процессе охлаждения. По мере увеличения тока площадь дуговой эрозии увеличивается, а содержание расплавленного серебра в этой зоне увеличивается. Поэтому площадь поперечного сечения металлического серебра, соединяющегося друг с другом в процессе охлаждения, также увеличивается, и соответственно увеличивается сила сварки. Однако образование и прочность дуги тесно связаны с микроструктурой и свойствами материала. Повышенная проводимость увеличит напряжение, генерируемое дугой. Следовательно, при условии напряжения 90 В, соответствующего 90 А, только AgC (60) с самым высоким удельным сопротивлением имеет явление сварки. Размерный эффект графита, отделяющего металлическое серебро, может повлиять на распределение дуги по контактной поверхности. В то же время эффект продувки, вызванный CO2, образующимся при окислении графита, может повлиять на распределение дуги и снизить ее интенсивность. Совместное влияние этих двух эффектов на распределение и прочность дуги вместе с теплопроводностью материала требует дальнейших систематических исследований. Результаты текущих исследований показывают, что уменьшение пористости и размера пор графита не улучшает противосварочные характеристики. При массовой доле серебра менее 40 % и размере пор менее 10 мкм явление сварки будет происходить в условиях более низкого тока, а сила сварки увеличится более чем в 3 раза.
Согласно литературным исследованиям, сила сварки контактного материала AgCuO составляет от {{0}},2 Н до 0,4 Н при напряжении 12 В и токе от 10 А до 25 А. Динамическая сила сварки пропитанного серебром графита, материала медно-серебряного контакта для переключателя, протестированного в этих экспериментальных условиях, составляет менее 0,01 Н, что на 2 порядка ниже, чем сила сварки традиционного контактного материала AgMeO. Таким образом, по сравнению с контактным материалом AgMeO, графитовый контактный материал, пропитанный серебром, имеет более высокий начальный сварочный ток и чрезвычайно низкую силу сварки и представляет собой электрический контактный материал с превосходными противосварочными характеристиками. Сравнительный анализ силы сварки и морфологии зон дуговой эрозии показывает, что AgC(30) обладает лучшими противосварочными свойствами.
3 вывода
(1) Начальный сварочный ток графитового контактного материала, пропитанного серебром, составляет 9 0 А, а сила сварки составляет менее 0,01 Н, что обеспечивает превосходные противосварочные характеристики.
(2) Для того же графитового контактного материала, пропитанного серебром, по мере увеличения тока сила сварки увеличивается. Уменьшение контактного тока может снизить силу сварки, тем самым улучшив ее противосварочные характеристики.
(3) Для различных графитовых контактных материалов, пропитанных серебром, сила сварки увеличивается с увеличением содержания углерода, что тесно связано со структурой и свойствами его графитовой матрицы. В этом исследовании материал AgC(30) обладает лучшими противосварочными свойствами.
наши продукты
Электрическая медьЗаклепки Контакты- это соединительный продукт с отличными характеристиками. Прежде всего, медные гвозди изготовлены из высококачественной чистой меди и обладают отличной электро- и теплопроводностью. В области электронного оборудования, электрических систем и т. д. одиночные медные гвозди могут обеспечить эффективную передачу тока и тепла, а также обеспечить стабильную работу оборудования. Во-вторых, медные гвозди обладают отличной устойчивостью к коррозии. Будь то во влажной среде или при контакте с различными химическими веществами, медные гвозди могут сохранять стабильную работу, не подвержены ржавчине и повреждениям и значительно продлевают срок службы.
