Въведение
Железопътните сигнални релета са специални превключватели, използвани за затваряне или отваряне на вериги за управление на сигнала. Те са един от ключовите компоненти в оборудването на железопътната система. Поради това електрическият живот и надеждността на релейните продукти винаги са били гореща тема за дизайнерите и потребителите. Изследователите са провели много изследвания върху механизма на повреда на релетата. Според промишлени приложения и статистически данни за изпитване е установено, че заваряването на контактния материал, генерирано по време на превключването, е един от основните му режими на отказ.
ТвърдиМедни контактиса едни от най-критичните компоненти в контактната система на релето, така че тяхната защита срещу заваряване пряко влияе върху надеждността и експлоатационния живот на релето. Заваряването на контактния материал се отнася до явлението, че контактният материал на двата полюса бързо се нагрява и разтопява локално под действието на източника на топлина и след това бързо се охлажда и втвърдява, за да свърже двата полюса в едно и не може да бъде разделен от външно възстановяване сила. Обикновено се разделя на статично заваряване и динамично заваряване. Статичното заваряване се причинява от топлинния ефект на тока по време на затварянето на контакта. Това е изключително рядко в действителната работа. Феноменът на динамично заваряване, при който контактните материали са заварени заедно поради топлината, генерирана от дъговия разряд по време на процеса на затваряне или разединяване, е основната причина за повреда на контакта.
Дъгата, генерирана, когато контактът прекъсва веригата, е ключът към започване на динамично заваряване. Енергията на дъгата кара контактния материал да се стопи частично, за да образува разтопена зона, а след това бързото втвърдяване на разтопената зона може да образува заварка в контактната част на контакта. Когато силата на заваряване е по-голяма от силата на скъсване, ще се образува динамично заваряване на контактния материал. Обикновено се смята, че колкото по-голяма е силата на заваряване на контактния материал, толкова по-лоша е устойчивостта на материала на заваряване. При определени условия на приложение устойчивостта на заваряване на контактния материал е тясно свързана с неговия състав, структура, съпротивление, топлопроводимост и други свойства. От една страна, това влияе върху генерирането и интензитета на дъгата, а от друга - върху процеса на заваряване и размера на силата на заваряване.
Хората са провели обширни и задълбочени изследвания върху поведението при заваряване на контактни материали със сребърен метален оксид, като AgCdO, AgSnO2 и AgCuO, и са предложили модели и теории за заваряване. Основната идея за проектиране на този тип материал е, че среброто действа като фаза, носеща ток за провеждане на електричество и топлина, а неразтворимата фаза като оксид действа като стабилизатор за увеличаване на вискозитета на стопената фаза или като разлагател да консумира енергия на дъгата. Въпреки това, с увеличаването на мощността, новите релета поставиха по-високи изисквания за ефективността срещу заваряване на контактните материали. Традиционните контактни материали вече не могат да отговорят на изискванията, а импрегнираните със сребро графитни контактни материали получават все повече внимание поради отличното си представяне. Импрегнираните със сребро графитни контактни материали обикновено включват сребро, импрегнирано в графитния скелет като фаза, носеща ток, а графитът като трудноразтворима фаза може както да ограничи размера на разтопения басейн, така и да консумира енергия на дъгата. Изследванията на импрегнираните със сребро графитни контактни материали обаче не са задълбочени, особено рядко се съобщава за изследванията на тяхното поведение при заваряване. Следователно, това изследване използва устройство за изпитване на заваряване, за да изследва динамичното поведение при заваряване на четири импрегнирани със сребро графитни контактни материали при различни токове и напрежения и систематично наблюдава и характеризира морфологията на повърхността и микроструктурата на контактите. Чрез сравнителен анализ бяха избрани импрегнираните със сребро графитни контактни материали с отлична производителност против заваряване.
1. Експериментирайте
1.1 Ефективност и структурна характеристика на импрегнирани със сребро графитни контактни материали
Серия импрегниран със сребро графит ElectricalМедни нитовематериалите са получени чрез процес на горещо изостатично пресоване, използвайки графитна матрица с различна порьозност и структура на порите. Индикаторите за ефективност на материалите са показани в таблица 1. Микроструктурата на импрегнираните със сребро графитни контактни материали и морфологията на повърхността след теста за ефективност на заваряване чрез стопяване бяха наблюдавани и характеризирани с металографски микроскоп и сканиращ електронен микроскоп.
1.2 Тест за ефективност на заваряване и събиране на данни
Четири вида импрегнирани със сребро графитни контактни материали бяха обработени в статични контакти с работна повърхност 3, 5 mm × 4, 1 mm. Те бяха съчетани с електрически медни нитове, изработени от метално сребро. Ефективността на заваряване на контактните материали беше тествана при условия на ток на натоварване от 80 A до 100 A и съответно напрежение от 80 V до 100 V, като се използва устройство за изпитване на заваръчна сила, разработено от Технологичния институт в Харбин (виж Фигура 1). По време на теста беше използван нов контакт за всеки тест, за да се гарантира, че контактната повърхност е в първоначалното състояние. Сигналите за напрежение, ток и контактна сила по време на процеса на затваряне на контакта бяха събрани с помощта на многоканален осцилоскоп KEYSIGHT DSOX3024T.
В тестовото устройство статичната електрическа медНитови контактиса фиксирани върху въртящото се приспособление, а въртящото се приспособление е фиксирано към подвижния край на сензора за сила чрез изолиращо гнездо. Статичният край на сензора за сила е фиксиран върху плъзгач за регулиране, който може да регулира позицията в посока на равнината чрез монтажна седалка. Сензорът за сила събира състоянието на силата на статичния контакт, за да получи контактното налягане и силата на заваряване. Тръстиката е фиксирана върху изолираща фиксирана седалка и разчита на задвижващия електромагнит, за да натисне статичния контакт, който трябва да бъде тестван, за да завърши действието на затваряне. След като задвижващият електромагнит е изключен, той разчита на собственото си нулиране на твърдостта, за да изключи. Тъй като ходът на задвижващия електромагнит е фиксиран, това устройство променя контактната сила между контактите чрез регулиране на позицията на задвижващия електромагнит. По време на теста лазерният сензор за изместване се използва за измерване на изместването на гръбчето, за да се следи контактният ход. Фиксираните краища на горните части са фиксирани върху основата, за да се гарантира, че относителната позиция на всяка част е стабилна. По време на теста електромагнитът първо задвижва движещия се контакт и статичния контакт, за да се затворят с натоварване при определена скорост, след това прекъсва захранването на товара и премества сензора за сила, за да регулира плъзгача, за да отдели бавно затворените контакти.
Кривата на промяна на контактната сила по време на процеса на разделяне на контакта е показана на фигура 2. Контактите, които са в затворено състояние в първоначалното състояние, поддържат контакт при определено налягане; докато плъзгачът се движи, контактната сила постепенно намалява от точка B и намалява до 0 в точка E, а подвижният и статичният контакт започват да се разделят; ако няма заваряване между контактите, контактите ще се разделят директно и контактната сила ще бъде 0. Ако има заваряване между контактите, контактната сила ще продължи да намалява и силата върху статичния контакт ще се промени от натиск към опън; точка W е позицията, в която контактите, които имат заваряване, започват да се разделят и стойността на напрежението в този момент достига максимума; тогава зоната на заваряване на контакта бързо се раздалечава, силата на заваряване намалява бързо и е напълно отделена в точка S. По време на целия процес на счупване на заваряване, разликата между минималната динамична контактна сила преди движещите се и статични контакти са извън контакт (точка W) и динамичната контактна сила след разделяне (точка S) е максималната сила на заваряване, след като контактният материал бъде подложен на заваряване.
2 Резултати и обсъждане
2.1 Микроструктура на импрегнирани със сребро графитни контактни материали
Металографската снимка на импрегнирания със сребро графит Copper SilverСвържете се с Rivetматериал е показан на Фигура 3, където ярко бялата област е метално сребристо, а сиво-черната зона е графитната матрица. Процесът на импрегниране със сребро при горещо изостатично пресоване може напълно да запълни порите на графитната матрица с метално сребро и да образува мрежеста метална сребърна взаимосвързана структура. Въпреки това, поради разликите в структурата на порите и порьозността на графитната матрица, микроструктурите на четирите импрегнирани със сребро графитни контактни материали са значително различни: размерът на порите на графитната матрица на материала AgC (30) е относително еднакъв, и размерът на металната сребърна зона е около десетки микрони; има големи по размер метални сребърни зони, по-големи от 100 μm в материала AgC (40); и има много метални сребърни области под 10 μm в материалите AgC (50) и AgC (60).
Разликата в микроструктурата на импрегнираните със сребро графитни контактни материали е ключът към разликите в тяхната производителност. По-специално, тъй като съдържанието на въглерод се увеличава, AgC (60) достига повече от 16 пъти от това на AgC (30), което е свързано с намаляването на съдържанието на метално сребро като фаза, носеща ток. Проводимите свойства на материала обаче нямат еднаква пропорционална връзка със съдържанието на метално сребро. Следователно проводимите свойства на импрегнирания със сребро графитен контактен материал са резултат от синергичния ефект на металното сребро и графита и са тясно свързани с проводимите свойства и структурата на порите на графитния материал.
2.2 Заваряване на импрегнирани със сребро графитни контактни материали
Промяната на силата на заваряване на импрегнирани със сребро графитни контактни материали с ток е показана на Фигура 4. Както може да се види от Фигура 4, когато токът е под 8 0 A, не възниква явление на заваряване между контактните точки от четирите контактни материала. Когато токът се увеличи до 90 A, AgC(60) показва феномен на заваряване със сила на заваряване от 0,8×10-3 N. Когато токът достигне 95 A, и четирите контактни материала показват феномен на заваряване, но силата на заваряване варира в величина и е подреден стъпаловидно. Когато токът се увеличи до 100 A, силата на заваряване на AgC30 достига 1,5×10-3 N, докато силата на заваряване на AgC(60) се увеличава до 6,61×10-3 N.
Фигура 5 показва морфологията на повърхността на четири импрегнирани със сребро графитни медни електрически контакта след заваряване чрез стопяване при ток от 100 A. Както може да се види от Фигура 5, зоната на ерозия на дъгата на всички материали е черна в центъра и бяло по ръба, но размерът и микроструктурата на зоната на ерозия на различните материали са различни. Площта на повърхността на AgC (30), ерозирана от дъга, е най-малка, с диаметър около 0,943 mm. Ръбът е сребърните частици, образувани от металното сребро в централната зона, което се топи под действието на дъгата и се разпръсква около контактната точка по време на процеса на динамично заваряване чрез стопяване. Тъй като съдържанието на Ag намалява, размерът на разпръснатите сребърни частици постепенно намалява. Зоната на вторична ерозия започва да се появява в центъра на зоната на дъгова ерозия на AgC (50). Зоната на вторична ерозия на повърхността на AgC (60) е по-очевидна и се развива във вътрешността на материала. Това показва, че множество явления на дъгова ерозия са възникнали по време на процеса на динамично заваряване чрез стопяване, т.е. процеса на динамично заваряване чрез синтез.
Силата на заваряване е пропорционална на площта на напречното сечение на металното сребро, което се топи в материала и се свързва заедно по време на процеса на охлаждане. С увеличаването на тока площта на ерозия на дъгата се увеличава и съдържанието на разтопено сребро в зоната се увеличава. Следователно площта на напречното сечение на металното сребро, което се свързва помежду си по време на процеса на охлаждане, също се увеличава и съответно се увеличава силата на заваряване. Генерирането и силата на дъгата обаче са тясно свързани с микроструктурата и свойствата на материала. Подобрената проводимост ще увеличи напрежението, генерирано от дъгата. Следователно, при състояние на напрежение от 90 V, съответстващо на 90 A, само AgC (60) с най-високо съпротивление има заваръчен феномен. Ефектът на размера на графита, разделящ металното сребро, може да повлияе на разпределението на дъгата върху контактната повърхност. В същото време ефектът на прочистване, причинен от CO2, генериран от окисляването на графит, може да повлияе на разпределението на дъгата и да намали интензитета на дъгата. Комбинираните ефекти на тези два ефекта върху разпределението и якостта на дъгата заедно с топлопроводимостта на материала изискват по-нататъшни систематични изследвания. Настоящите резултати от изследване показват, че намаляването на порьозността на графита и размера на порите не подобрява ефективността срещу заваряване. Когато масовата част на среброто е по-малка от 40% и размерът на порите е по-малък от 10 μm, феноменът на заваряване ще възникне при условия на по-нисък ток и силата на заваряване ще се увеличи повече от 3 пъти.
Според литературни изследвания силата на заваряване на контактен материал AgCuO е {{0}}.2 N до 0.4 N при напрежение от 12 V и ток от 10 A до 25 A. Динамичната сила на заваряване на импрегнирания със сребро графитен меден сребърен контакт за превключвател, тестван при тези експериментални условия, е под 0,01 N, което е с 2 порядъка по-ниска от силата на заваряване на традиционния контактен материал AgMeO. Следователно, в сравнение с контактния материал AgMeO, импрегнираният със сребро графитен контактен материал има по-висок начален заваръчен ток и изключително ниска сила на заваряване и е електрически контактен материал с отлични характеристики против заваряване. Сравнителният анализ на силата на заваряване и морфологията на зоната на ерозия на дъгата показва, че AgC(30) има най-добра производителност срещу заваряване.
3 Изводи
(1) Първоначалният заваръчен ток на импрегнирания със сребро графитен контактен материал е 9 0 A, а силата на заваряване е по-малка от 0,01 N, което има отлични характеристики против заваряване.
(2) За същия импрегниран със сребро графитен контактен материал, с увеличаване на тока силата на заваряване се увеличава. Намаляването на контактния ток може да намали силата на заваряване, като по този начин подобри ефективността му срещу заваряване.
(3) За различни импрегнирани със сребро графитни контактни материали силата на заваряване се увеличава с увеличаване на съдържанието на въглерод, което е тясно свързано със структурата и свойствата на неговата графитна матрица. В това изследване материалът AgC(30) има най-добрата производителност срещу заваряване.
нашите продукти
Електрическа медНитови контактие свързващ продукт с отлична производителност. На първо място, медните гвоздеи са изработени от висококачествена чиста мед и имат отлична електрическа и топлопроводимост. В областта на електронното оборудване, електрическите системи и т.н., единичните медни пирони могат да осигурят ефективното предаване на ток и топлина и да осигурят стабилна работа на оборудването. Второ, медните гвоздеи показват отлична устойчивост на корозия. Независимо дали във влажна среда или в контакт с различни химикали, медните гвоздеи могат да запазят своята стабилна работа, не са лесни за ръжда и повреда и значително удължават експлоатационния си живот.
