giriiş
Demiryolu sinyal röleleri, sinyal kontrol devrelerini kapatmak veya açmak için kullanılan özel anahtarlardır. Demiryolu sistemi ekipmanlarının temel bileşenlerinden biridir. Bu nedenle röle ürünlerinin elektriksel ömrü ve güvenilirliği tasarımcılar ve kullanıcılar için her zaman sıcak bir konu olmuştur. Araştırmacılar rölelerin arıza mekanizması üzerine birçok araştırma yaptılar. Endüstriyel uygulamalara ve test istatistiklerine göre, anahtarlama eylemi sırasında üretilen kontak malzemesi kaynağının ana arıza modlarından biri olduğu bulunmuştur.
SağlamBakır KontaklarRöle kontak sistemindeki en kritik bileşenlerden biridir, dolayısıyla kaynak önleme performansları rölenin güvenilirliğini ve servis ömrünü doğrudan etkiler. Kontak malzemesi kaynağı, iki kutbun kontak malzemesinin, ısı kaynağının etkisi altında lokal olarak hızlı bir şekilde ısıtılıp eritildiği ve daha sonra iki kutbu birleştirmek için hızla soğutulup katılaştığı ve harici geri yükleme ile ayrılamadığı olgusunu ifade eder. güç. Genel olarak statik kaynak ve dinamik kaynak olarak ikiye ayrılır. Statik kaynak, kontağın kapanması sırasında akımın termal etkisinden kaynaklanır. Gerçek işte son derece nadirdir. Kapama veya bağlantı kesme işlemi sırasında ark deşarjının ürettiği ısı nedeniyle kontak malzemelerinin birbirine kaynaklandığı dinamik kaynak olgusu, kontak arızasının ana nedenidir.
Kontak devreyi kestiğinde oluşan ark, dinamik kaynağı başlatmanın anahtarıdır. Ark enerjisi, kontak malzemesinin kısmen erimesine neden olarak erimiş bir alan oluşturur ve daha sonra erimiş alanın hızlı katılaşması, kontağın temas kısmında bir kaynak oluşturabilir. Kaynak kuvveti kopma kuvvetinden büyük olduğunda temas malzemesinin dinamik kaynağı oluşacaktır. Genel olarak, temas malzemesinin kaynak kuvveti ne kadar büyük olursa, malzemenin kaynağa karşı direncinin de o kadar kötü olduğuna inanılır. Belirli uygulama koşulları altında, kontak malzemesinin kaynaklanmaya karşı direnci onun bileşimi, yapısı, direnci, ısıl iletkenliği ve diğer özellikleriyle yakından ilişkilidir. Bir yandan arkın oluşumunu ve yoğunluğunu etkilerken, diğer yandan kaynak işlemini ve kaynak kuvvetinin büyüklüğünü etkiler.
İnsanlar AgCdO, AgSnO2 ve AgCuO gibi gümüş metal oksit temas malzemelerinin kaynak davranışı üzerine kapsamlı ve derinlemesine araştırmalar yapmış ve kaynak modelleri ve teorileri önermişlerdir. Bu tür malzemenin ana tasarım fikri, gümüşün, elektrik ve ısıyı iletmek için akım taşıyan bir faz görevi görmesi ve oksit gibi çözünmeyen fazın, erimiş fazın viskozitesini arttırmak için bir stabilizatör veya ayrıştırıcı görevi görmesidir. Ark enerjisini tüketmek için. Ancak gücün artmasıyla birlikte yeni röleler, kontak malzemelerinin kaynaklanmaya karşı performansına yönelik daha yüksek gereksinimler ortaya koydu. Geleneksel kontak malzemeleri artık gereksinimleri karşılayamıyor ve gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemeleri mükemmel performanslarından dolayı giderek daha fazla ilgi görüyor. Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemeleri genellikle akım taşıyan faz olarak grafit iskeletine emdirilmiş gümüş içerir ve çözülmesi zor bir faz olarak grafit hem erimiş havuzun boyutunu sınırlayabilir hem de ark enerjisini tüketebilir. Ancak gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemeleri üzerine yapılan araştırmalar derinlemesine değildir, özellikle kaynak davranışlarına ilişkin araştırmalar nadiren rapor edilmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada dört gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesinin farklı akım ve gerilimlerdeki dinamik kaynak davranışını incelemek için bir kaynak test cihazı kullanılmış ve kontakların yüzey morfolojisi ve mikro yapısı sistematik olarak gözlemlenmiş ve karakterize edilmiştir. Karşılaştırmalı analiz yoluyla mükemmel kaynak önleme performansına sahip gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemeleri seçildi.
1. Deney
1.1 Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin performansı ve yapısal karakterizasyonu
Bir dizi gümüş emdirilmiş grafit ElektrikBakır PerçinlerMalzemeler farklı gözeneklilik ve gözenek yapısına sahip grafit matris kullanılarak sıcak izostatik presleme işlemiyle hazırlandı. Malzemelerin performans göstergeleri Tablo 1'de gösterilmektedir. Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin mikro yapısı ve ergitme kaynağı performans testi sonrası yüzey morfolojisi, metalografik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile gözlemlendi ve karakterize edildi.
1.2 Kaynak performans testi ve veri toplama
Dört tip gümüş emdirilmiş grafit temas malzemesi, 3,5 mm x 4,1 mm'lik bir çalışma yüzeyi ile statik temaslara işlendi. Metalik gümüşten yapılmış elektrikli bakır perçinlerle eşleştirildiler. Kontak malzemelerinin kaynak performansı, Harbin Teknoloji Enstitüsü tarafından geliştirilen bir kaynak kuvveti test cihazı kullanılarak 80 A ila 100 A yük akımı ve buna karşılık gelen 80 V ila 100 V voltaj koşulları altında test edildi (bkz. Şekil 1). Test sırasında, temas yüzeyinin başlangıç durumunda olduğundan emin olmak için her test için yeni bir kontak kullanıldı. Kontak kapatma işlemi sırasındaki voltaj, akım ve kontak kuvveti sinyalleri, KEYSIGHT DSOX3024T çok kanallı osiloskop kullanılarak toplandı.
Test cihazında statik Elektriksel BakırPerçin Kontaklarıdöner fikstür üzerine sabitlenir ve döner fikstür, yalıtımlı bir koltuk aracılığıyla kuvvet sensörünün hareketli ucuna sabitlenir. Kuvvet sensörünün statik ucu, bir montaj yuvası aracılığıyla düzlem yönündeki konumu ayarlayabilen bir ayar sürgüsü üzerine sabitlenmiştir. Kuvvet sensörü, temas basıncını ve kaynak kuvvetini elde etmek için statik temasın kuvvet durumunu toplar. Kamış, yalıtkan sabit bir yuvaya sabitlenmiştir ve kapanma eylemini tamamlamak üzere test edilecek statik kontağı itmek için tahrik elektromıknatısına güvenir. Sürüş elektromıknatısı kapatıldıktan sonra, bağlantıyı kesmek için kendi sertliğinin sıfırlanmasına güvenir. Tahrik elektromıknatısının stroku sabit olduğundan, bu cihaz tahrik elektromıknatısının konumunu ayarlayarak kontaklar arasındaki temas kuvvetini değiştirir. Test sırasında, lazer yer değiştirme sensörü, temas vuruşunu izlemek amacıyla kamışın yer değiştirmesini ölçmek için kullanılır. Yukarıdaki parçaların sabit uçları, her bir parçanın göreceli konumunun sabit olmasını sağlamak için tabana sabitlenmiştir. Test sırasında, elektromıknatıs önce hareketli kontağı ve statik kontağı belirli bir hızda yük ile kapanmaya yönlendirir, ardından yük güç kaynağını keser ve kapalı kontakları yavaşça ayırmak için sürgüyü ayarlamak üzere kuvvet sensörünü hareket ettirir.
Kontak ayırma işlemi sırasındaki kontak kuvveti değişim eğrisi Şekil 2'de gösterilmektedir. Başlangıç durumunda kapalı durumda olan kontaklar, belirli bir basınç altında teması sürdürür; kızak hareket ettikçe temas kuvveti B noktasından itibaren kademeli olarak azalır ve E noktasında 0'ye düşer ve hareketli ve statik temaslar ayrılmaya başlar; kontaklar arasında kaynak yoksa kontaklar doğrudan ayrılacak ve kontak kuvveti 0 olacaktır. Kontaklar arasında kaynak varsa kontak kuvveti azalmaya devam edecek ve statik kontak üzerindeki kuvvet basınçtan gerilime değişecektir; W noktası kaynak yapılmış kontakların ayrılmaya başladığı ve bu andaki gerilim değerinin maksimuma ulaştığı konumdur; daha sonra kontağın kaynak alanı hızla ayrılır, kaynak kuvveti hızla azalır ve S noktasında tamamen ayrılır. Tüm kaynak kırma işlemi sırasında, hareketli ve statik kontaklar öncesi minimum dinamik kontak kuvveti arasındaki fark ortaya çıkar. temas dışıdır (W noktası) ve ayrılmadan sonraki dinamik temas kuvveti (S noktası), temas malzemesi kaynaklandıktan sonraki maksimum kaynak kuvvetidir.
2 Sonuçlar ve tartışma
2.1 Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin mikro yapısı
Gümüş emdirilmiş grafit Bakır Gümüşün metalografik fotoğrafıPerçin ile iletişime geçinŞekil 3'te parlak beyaz alanın metalik gümüş, gri-siyah alanın ise grafit matris olduğu malzeme gösterilmektedir. Sıcak izostatik presleme gümüş emprenye işlemi, grafit matrisinin gözeneklerini metalik gümüşle tamamen doldurabilir ve ağ benzeri metalik gümüş birbirine bağlı bir yapı oluşturabilir. Bununla birlikte, grafit matrisinin gözenek yapısı ve gözenekliliğindeki farklılıklar nedeniyle, dört gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesinin mikro yapıları önemli ölçüde farklıdır: AgC (30) malzemesinin grafit matrisinin gözenek boyutu nispeten aynıdır, ve metalik gümüş alanın boyutu yaklaşık onlarca mikrondur; AgC (40) malzemesinde 100 μm'den büyük büyük boyutlu metalik gümüş alanlar vardır; AgC (50) ve AgC (60) malzemelerinde 10 μm'den küçük birçok metalik gümüş alan vardır.
Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin mikro yapısındaki farklılık, performans farklılıklarının anahtarıdır. Özellikle karbon içeriği arttıkça AgC(60), AgC(30)'un 16 katından daha fazlasına ulaşır, bu da akım taşıyan faz olarak metalik gümüş içeriğinin azalmasıyla ilişkilidir. Ancak malzemenin iletken özellikleri metalik gümüş içeriği ile eşit orantılı bir ilişkiye sahip değildir. Bu nedenle, gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesinin iletken özellikleri, metalik gümüş ve grafitin sinerjistik etkisinin bir sonucudur ve grafit malzemenin iletken özellikleri ve gözenek yapısı ile yakından ilişkilidir.
2.2 Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin kaynak performansı
Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemelerinin kaynak kuvvetinin akımla değişimi Şekil 4'te gösterilmektedir. Şekil 4'ten görülebileceği gibi akım 80 A'nın altında olduğunda temas noktaları arasında kaynak olayı oluşmaz. dört temas materyalinden biri. Akım 90 A'ya yükseldiğinde AgC(60), 0,8×10-3 N kaynak kuvvetiyle kaynak olgusu sergiler. Akım 95 A'ya ulaştığında, dört kontak malzemesinin tamamı da kaynak olgusu sergiler, ancak kaynak kuvveti, büyüklükte ve kademeli olarak düzenlenmiştir. Akım 100 A'ya yükseldiğinde AgC30'un kaynak kuvveti 1,5×10-3 N'ye ulaşırken AgC(60)'ın kaynak kuvveti 6,61×10-3 N'ye yükselir.
Şekil 5, 100 A akımda ergitme kaynağı sonrasında dört gümüş emdirilmiş grafit bakır elektrik kontağının yüzey morfolojisini göstermektedir. Şekil 5'ten görülebileceği gibi, tüm malzemelerin ark erozyon alanı siyahtır merkezde ve kenarda beyazdır ancak farklı malzemelerin erozyon alanının boyutu ve mikro yapısı farklıdır. Ark tarafından aşındırılan AgC (30) yüzeyinin alanı, yaklaşık 0,943 mm çapında en küçük olanıdır. Kenar, dinamik ergitme kaynağı işlemi sırasında arkın etkisi altında eriyen ve temas noktası etrafında saçılan, merkez bölgedeki metal gümüşün oluşturduğu gümüş parçacıklarıdır. Ag içeriği azaldıkça, püskürtülmüş gümüş parçacıklarının boyutu giderek azalır. AgC'nin (50) ark erozyon alanının ortasında ikincil erozyon alanı görünmeye başlar. AgC (60) yüzeyindeki ikincil erozyon alanı daha belirgindir ve malzemenin iç kısmına doğru gelişir. Bu, dinamik ergitme kaynağı işlemi, yani sıçrayan dinamik ergitme kaynağı işlemi sırasında çoklu ark erozyonu olgusunun meydana geldiğini gösterir.
Kaynak kuvveti, malzeme içinde eriyen ve soğuma işlemi sırasında birbirine bağlanan metal gümüşün kesit alanıyla orantılıdır. Akım arttıkça ark erozyon alanı artar ve bölgedeki erimiş gümüş içeriği artar. Dolayısıyla soğuma işlemi sırasında birbirine bağlanan metal gümüşün kesit alanı da artar ve buna bağlı olarak kaynak kuvveti de artar. Ancak arkın oluşumu ve mukavemeti malzemenin mikro yapısı ve özellikleriyle yakından ilgilidir. Artan iletkenlik ark tarafından üretilen voltajı artıracaktır. Bu nedenle, 90 A'ya karşılık gelen 90 V voltaj koşulu altında, yalnızca en yüksek dirence sahip AgC (60) kaynak olgusuna sahiptir. Metal gümüşü ayıran grafitin boyut etkisi, arkın temas yüzeyi üzerindeki dağılımını etkileyebilir. Aynı zamanda, grafit oksidasyonu tarafından üretilen CO2'nin neden olduğu temizleme etkisi ark dağılımını etkileyebilir ve ark yoğunluğunu azaltabilir. Bu iki etkinin ark dağılımı ve mukavemeti ile malzemenin ısıl iletkenliği üzerindeki birleşik etkileri daha fazla sistematik araştırma gerektirmektedir. Mevcut araştırma sonuçları, grafit gözenekliliğinin ve gözenek boyutunun azaltılmasının kaynak önleme performansını iyileştirmediğini göstermektedir. Gümüş kütle oranı %40'tan az ve gözenek boyutu 10 μm'den az olduğunda, daha düşük akım koşullarında kaynak olayı meydana gelecek ve kaynak kuvveti 3 kattan fazla artacaktır.
Literatür araştırmalarına göre AgCuO kontak malzemesinin kaynak kuvveti 12 V gerilimde ve 10 A ila 25 A akımda {{0}},2 N ila 0,4 N'dir. Bu deneysel koşul altında test edilen gümüş emdirilmiş grafit Bakır Gümüş Kontak Anahtar malzemesinin dinamik kaynak kuvveti 0,01 N'nin altındadır; bu, geleneksel AgMeO kontak malzemesinin kaynak kuvvetinden 2 kat daha düşüktür. Bu nedenle, AgMeO kontak malzemesiyle karşılaştırıldığında gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesi daha yüksek bir başlangıç kaynak akımına ve son derece düşük kaynak kuvvetine sahiptir ve mükemmel kaynak önleme performansına sahip bir elektrik kontak malzemesidir. Kaynak kuvveti ve ark erozyon alanı morfolojisinin karşılaştırmalı analizi, AgC(30)'un en iyi kaynak önleme performansına sahip olduğunu göstermektedir.
3 Sonuç
(1) Gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesinin başlangıç kaynak akımı 90 A'dır ve kaynak kuvveti 0,01 N'den azdır, bu da mükemmel kaynak önleme performansına sahiptir.
(2) Aynı gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemesi için akım arttıkça kaynak kuvveti de artar. Temas akımının azaltılması kaynak kuvvetini azaltabilir, böylece kaynak önleme performansını artırabilir.
(3) Farklı gümüş emdirilmiş grafit kontak malzemeleri için, grafit matrisinin yapısı ve özellikleriyle yakından ilişkili olan karbon içeriğinin artmasıyla kaynak kuvveti artar. Bu çalışmada AgC(30) malzemesi en iyi kaynak önleme performansına sahiptir.
ürünlerimiz
Elektrik BakırPerçin Kontaklarımükemmel performansa sahip bir bağlantı ürünüdür. Öncelikle bakır çiviler yüksek kaliteli saf bakırdan yapılmış olup mükemmel elektrik ve ısı iletkenliğine sahiptir. Elektronik ekipman, elektrik sistemleri vb. alanlarda tek bakır çiviler, akımın ve ısının verimli iletimini sağlayabilir ve ekipmanların kararlı çalışmasını sağlayabilir. İkincisi, bakır çiviler mükemmel korozyon direnci gösterir. Nemli bir ortamda veya çeşitli kimyasallarla temas halinde olsun, bakır çiviler istikrarlı performanslarını koruyabilir, paslanması ve hasar görmesi kolay değildir ve servis ömrünü büyük ölçüde uzatır.
