Introduktion
Järnvägssignalreläer är speciella omkopplare som används för att stänga eller öppna signalstyrkretsar. De är en av nyckelkomponenterna i järnvägssystemutrustning. Därför har den elektriska livslängden och tillförlitligheten för reläprodukter alltid varit ett hett ämne för designers och användare. Forskare har gjort mycket forskning om felmekanismen hos reläer. Enligt industriella tillämpningar och teststatistik har det visat sig att svetsning av kontaktmaterial som genereras under omkopplingsåtgärden är ett av dess huvudsakliga fellägen.
FastKopparkontakterär en av de mest kritiska komponenterna i reläkontaktsystemet, så deras antisvetsningsprestanda påverkar direkt reläets tillförlitlighet och livslängd. Kontaktmaterialsvetsning hänvisar till fenomenet att kontaktmaterialet för de två polerna snabbt värms upp och smälts lokalt under inverkan av värmekällan, och sedan snabbt kyls och stelnar för att ansluta de två polerna till en och kan inte separeras genom den externa återställningen. tvinga. Det är generellt uppdelat i statisk svetsning och dynamisk svetsning. Statisk svetsning orsakas av den termiska effekten av strömmen under stängningen av kontakten. Det är extremt sällsynt i verkligt arbete. Det dynamiska svetsfenomenet där kontaktmaterialen svetsas samman på grund av värmen som genereras av ljusbågsurladdningen under stängnings- eller frånkopplingsprocessen är huvudorsaken till kontaktfel.
Den ljusbåge som genereras när kontakten bryter kretsen är nyckeln till att initiera dynamisk svetsning. Ljusbågsenergin gör att kontaktmaterialet delvis smälter för att bilda ett smält område, och sedan kan den snabba stelningen av det smälta området bilda en svets vid kontaktdelen av kontakten. När svetskraften är större än brytkraften kommer dynamisk svetsning av kontaktmaterialet att bildas. Det anses allmänt att ju större svetskraft kontaktmaterialet har, desto sämre är materialets motståndskraft mot svetsning. Under vissa applikationsförhållanden är motståndet mot svetsning av kontaktmaterialet nära relaterat till dess sammansättning, struktur, resistivitet, värmeledningsförmåga och andra egenskaper. Å ena sidan påverkar det genereringen och intensiteten av bågen, och å andra sidan påverkar det svetsprocessen och storleken på svetskraften.
Människor har utfört omfattande och djupgående forskning om svetsbeteendet hos silvermetalloxidkontaktmaterial som AgCdO, AgSnO2 och AgCuO, och föreslagit svetsmodeller och teorier. Den huvudsakliga designidén för denna typ av material är att silver fungerar som en strömförande fas för att leda elektricitet och värme, och den olösliga fasen som oxid fungerar som en stabilisator för att öka viskositeten i den smälta fasen eller som en nedbrytare att förbruka ljusbågsenergi. Men med den ökade effekten har nya reläer ställt högre krav på antisvetsprestanda hos kontaktmaterial. Traditionella kontaktmaterial kan inte längre uppfylla kraven, och silverimpregnerade grafitkontaktmaterial har fått mer och mer uppmärksamhet på grund av sin utmärkta prestanda. Silverimpregnerade grafitkontaktmaterial innefattar i allmänhet silver impregnerat i grafitskelettet som en strömförande fas, och grafit som en svårlöslig fas kan både begränsa storleken på den smälta poolen och förbruka ljusbågsenergi. Forskningen om silverimpregnerade grafitkontaktmaterial är dock inte djupgående, särskilt forskningen om deras svetsbeteende rapporteras sällan. Därför använde denna studie en svetstestanordning för att studera det dynamiska svetsbeteendet hos fyra silverimpregnerade grafitkontaktmaterial vid olika strömmar och spänningar, och systematiskt observerade och karakteriserade kontakternas ytmorfologi och mikrostruktur. Genom jämförande analys valdes de silverimpregnerade grafitkontaktmaterialen med utmärkt antisvetsningsprestanda.
1. Experimentera
1.1 Prestanda och strukturell karaktärisering av silverimpregnerade grafitkontaktmaterial
En serie silverimpregnerad grafit ElektriskKopparnitarmaterial framställdes genom varm isostatisk pressprocess med användning av grafitmatris med olika porositet och porstruktur. Materialens prestandaindikatorer visas i tabell 1. Mikrostrukturen hos de silverimpregnerade grafitkontaktmaterialen och ytmorfologin efter fusionssvetsprestandatestet observerades och karakteriserades med metallografiskt mikroskop och svepelektronmikroskop.
1.2 Test av svetsprestanda och datainsamling
Fyra typer av silverimpregnerade grafitkontaktmaterial bearbetades till statiska kontakter med en arbetsyta på 3,5 mm × 4,1 mm. De matchades med elektriska kopparnitar gjorda av metalliskt silver. Svetsprestandan hos kontaktmaterialen testades under förhållanden med en belastningsström på 80 A till 100 A och en motsvarande spänning på 80 V till 100 V med hjälp av en svetskrafttestanordning utvecklad av Harbin Institute of Technology (se figur 1). Under testet användes en ny kontakt för varje test för att säkerställa att kontaktytan var i utgångsläget. Spännings-, ström- och kontaktkraftsignalerna under kontaktstängningsprocessen samlades in med ett KEYSIGHT DSOX3024T flerkanalsoscilloskop.
I testanordningen, den statiska elektriska kopparnNitkontakterär fixerade på den roterande fixturen, och den roterande fixturen är fixerad till den rörliga änden av kraftsensorn genom ett isolerande säte. Den statiska änden av kraftsensorn är fixerad på en justeringsslid som kan justera positionen i plan riktning genom ett monteringssäte. Kraftsensorn samlar in krafttillståndet för den statiska kontakten för att erhålla kontakttrycket och svetskraften. Tången är fixerad på ett isolerande fast säte och förlitar sig på att den drivande elektromagneten trycker på den statiska kontakten som ska testas för att slutföra stängningsåtgärden. Efter att den drivande elektromagneten stängts av förlitar den sig på sin egen styvhetsåterställning för att koppla från. Eftersom slaget för den drivande elektromagneten är fixerad, ändrar denna anordning kontaktkraften mellan kontakterna genom att justera läget för den drivande elektromagneten. Under testet används laserförskjutningssensorn för att mäta rörets förskjutning för att övervaka kontaktslaget. De fasta ändarna av ovanstående delar är fixerade på basen för att säkerställa att den relativa positionen för varje del är stabil. Under testet driver elektromagneten först den rörliga kontakten och den statiska kontakten att stänga med belastning vid en viss hastighet, stänger sedan av strömförsörjningen för belastningen och flyttar kraftsensorn för att justera sliden för att sakta separera de slutna kontakterna.
Kontaktkraftsändringskurvan under kontaktseparationsprocessen visas i figur 2. Kontakterna som är i stängt tillstånd i initialtillståndet upprätthåller kontakt under ett visst tryck; när släden rör sig, minskar kontaktkraften gradvis från punkt B och minskar till 0 vid punkt E, och de rörliga och statiska kontakterna börjar separeras; om det inte finns någon svetsning mellan kontakterna kommer kontakterna att separeras direkt och kontaktkraften blir 0. Om det finns svetsning mellan kontakterna kommer kontaktkraften att fortsätta att minska, och kraften på den statiska kontakten kommer att ändras från tryck till spänning; punkt W är läget där kontakterna som har svetsning börjar separera, och spänningsvärdet vid denna tidpunkt når maximum; sedan dras svetsområdet av kontakten snabbt isär, svetskraften minskar snabbt och den separeras helt vid punkt S. Under hela svetsbrytningsprocessen, skillnaden mellan den minsta dynamiska kontaktkraften före de rörliga och statiska kontakterna är ur kontakt (punkt W) och den dynamiska kontaktkraften efter separation (punkt S) är den maximala svetskraften efter att kontaktmaterialet genomgått svetsning.
2 Resultat och diskussion
2.1 Mikrostruktur av silverimpregnerade grafitkontaktmaterial
Det metallografiska fotografiet av den silverimpregnerade grafiten KopparsilverKontakta Rivetmaterial visas i figur 3, där det ljusa vita området är metalliskt silver och det gråsvarta området är grafitmatrisen. Den heta isostatiska pressande silverimpregneringsprocessen kan helt fylla grafitmatrisens porer med metalliskt silver och bilda en nätverksliknande metallisk silver sammankopplad struktur. På grund av skillnaderna i grafitmatrisens porstruktur och porositet är mikrostrukturerna för de fyra silverimpregnerade grafitkontaktmaterialen signifikant olika: porstorleken på grafitmatrisen i AgC (30)-materialet är relativt enhetlig, och storleken på det metalliska silverområdet är ungefär tiotals mikron; det finns stora metalliska silverområden som är större än 100 μm i AgC (40)-materialet; och det finns många metalliska silverområden som är mindre än 10 μm i AgC (50) och AgC (60) materialen.
Skillnaden i mikrostrukturen hos silverimpregnerade grafitkontaktmaterial är nyckeln till deras prestandaskillnader. I synnerhet när kolhalten ökar når AgC(60) mer än 16 gånger den för AgC(30), vilket är relaterat till minskningen av halten metalliskt silver som strömförande fas. Emellertid har materialets ledande egenskaper inte ett lika proportionellt förhållande till innehållet av metalliskt silver. Därför är de ledande egenskaperna hos det silverimpregnerade grafitkontaktmaterialet resultatet av den synergistiska effekten av metalliskt silver och grafit, och är nära relaterade till grafitmaterialets ledande egenskaper och porstruktur.
2.2 Svetsprestanda för silverimpregnerade grafitkontaktmaterial
Förändringen av svetskraften hos silverimpregnerade grafitkontaktmaterial med ström visas i figur 4. Som framgår av figur 4, när strömmen är under 80 A, inträffar inget svetsfenomen mellan kontaktpunkterna av de fyra kontaktmaterialen. När strömmen ökar till 90 A uppvisar AgC(60) svetsfenomen med en svetskraft på 0,8×10-3 N. När strömmen når 95 A uppvisar alla fyra kontaktmaterial svetsfenomen, men svetskraften varierar i storlek och är arrangerad stegvis. När strömmen ökar till 100 A når svetskraften hos AgC30 1,5×10-3 N, medan svetskraften för AgC(60) ökar till 6,61×10-3 N.
Figur 5 visar ytmorfologin för fyra silverimpregnerade elektriska grafitkopparkontakter efter smältsvetsning vid en ström av 100 A. Som framgår av figur 5 är bågerosionsarean för alla material svart i mitten och vitt i kanten, men storleken och mikrostrukturen på erosionsområdet för olika material är olika. Arean av AgC (30) yta eroderad av båge är den minsta, med en diameter på cirka 0,943 mm. Kanten är silverpartiklarna som bildas av metallsilvret i det centrala området som smälter under inverkan av bågen och sputter runt kontaktpunkten under den dynamiska smältsvetsprocessen. När Ag-halten minskar, minskar storleken på de sputtrade silverpartiklarna gradvis. Det sekundära erosionsområdet börjar dyka upp i mitten av bågerosionsområdet i AgC (50). Det sekundära erosionsområdet på ytan av AgC (60) är mer uppenbart och utvecklas till det inre av materialet. Detta visar att flera bågarosionsfenomen inträffade under den dynamiska smältsvetsprocessen, det vill säga den studsande dynamiska smältsvetsprocessen.
Svetskraften är proportionell mot tvärsnittsarean av metallsilvret som smälter i materialet och förbinds under kylningsprocessen. När strömmen ökar ökar bågerosionsarean och halten smält silver i området ökar. Därför ökar också tvärsnittsarean av metallsilvret som ansluter till varandra under kylningsprocessen, och svetskraften ökar i enlighet därmed. Genereringen och styrkan av bågen är dock nära relaterade till materialets mikrostruktur och egenskaper. Den förbättrade konduktiviteten kommer att öka spänningen som genereras av ljusbågen. Under spänningstillståndet på 90 V motsvarande 90 A är det därför endast AgC (60) med den högsta resistiviteten som har ett svetsfenomen. Storlekseffekten av grafitavskiljande metallsilver kan påverka fördelningen av bågen på kontaktytan. Samtidigt kan rensningseffekten som orsakas av CO2 som genereras av grafitoxidation påverka ljusbågsfördelningen och minska ljusbågens intensitet. De kombinerade effekterna av dessa två effekter på ljusbågsfördelningen och styrkan tillsammans med materialets värmeledningsförmåga kräver ytterligare systematisk forskning. De aktuella forskningsresultaten visar att minskningen av grafitporositet och porstorlek inte förbättrar antisvetsprestandan. När silvermassafraktionen är mindre än 40% och porstorleken är mindre än 10 μm, kommer svetsfenomenet att inträffa under lägre strömförhållanden och svetskraften kommer att öka med mer än 3 gånger.
Enligt litteraturforskning är svetskraften hos AgCuO-kontaktmaterial {{0}}.2 N till 0.4 N vid en spänning på 12 V och en ström på 10 A till 25 A. Den dynamiska svetskraften hos den silverimpregnerade grafiten Koppar-Silverkontakt för Switch-material som testats under detta experimentella tillstånd är all under 0,01 N, vilket är 2 storleksordningar lägre än svetskraften för det traditionella AgMeO-kontaktmaterialet. Jämfört med AgMeO-kontaktmaterialet har därför det silverimpregnerade grafitkontaktmaterialet en högre initial svetsström och extremt låg svetskraft, och är ett elektriskt kontaktmaterial med utmärkt antisvetsprestanda. Jämförande analys av svetskraft och bågeerosionsområdes morfologi visar att AgC(30) har den bästa anti-svetsningsprestandan.
3 Slutsatser
(1) Den initiala svetsströmmen för det silverimpregnerade grafitkontaktmaterialet är 9 0 A, och svetskraften är mindre än 0,01 N, vilket har utmärkt antisvetsningsprestanda.
(2) För samma silverimpregnerade grafitkontaktmaterial ökar svetskraften när strömmen ökar. Att minska kontaktströmmen kan minska svetskraften och därigenom förbättra dess antisvetsningsprestanda.
(3) För olika silverimpregnerade grafitkontaktmaterial ökar svetskraften med ökningen av kolhalten, vilket är nära relaterat till strukturen och egenskaperna hos dess grafitmatris. I denna studie har AgC(30)-material den bästa antisvetsningsprestandan.
våra produkter
Elektrisk kopparNitkontakterär en anslutningsprodukt med utmärkt prestanda. För det första är kopparspik gjorda av högkvalitativ ren koppar och har utmärkt elektrisk och termisk ledningsförmåga. Inom områdena elektronisk utrustning, elektriska system etc. kan enkla kopparspikar säkerställa effektiv överföring av ström och värme och säkerställa en stabil drift av utrustningen. För det andra visar kopparspik utmärkt korrosionsbeständighet. Vare sig det är i en fuktig miljö eller i kontakt med olika kemikalier kan kopparspik bibehålla sin stabila prestanda, är inte lätta att rosta och skada, och förlänger livslängden avsevärt.
