Metināšanas materiālu dizains un mehānisms — galvenā saikne zemsprieguma{0}}elektriskās metināšanas komponentos

Attīstoties rūpnieciskās elektrifikācijas un automatizācijas tehnoloģijām, prasības attiecībā uz zemsprieguma-elektrisko izstrādājumu drošību, stabilitāti un ilgtermiņa uzticamību pastāvīgi pieaug. Galvenajām sastāvdaļām, piemēram, kontaktu mezgliem, termiskiem mezgliem, magnētiskiem mezgliem un vadošām savienojuma konstrukcijām, ir nepieciešamas stabilas metāla savienojumu tehnoloģijas, lai panāktu pastāvīgu savienojumu. Starp daudziem savienošanas procesiem elektrisko savienojumu ražošanā plaši tiek izmantotas lodēšanas un metināšanas tehnoloģijas to uzticamības un pielāgojamības dēļ. Piemēram, sadurmetināšana un pretestības metināšana ir kļuvušas par nozīmīgiem tehnoloģiskiem pamatiem elektrisko komponentu ražošanā.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zemsprieguma -elektrisko slēdžu sistēmās tādas problēmas kā kontaktu izdegšana-, sudraba krāsas kontaktu atslāņošanās un palielināta kontaktu pretestība tieši ietekmē izstrādājuma kalpošanas laiku un drošību. Attiecīgā statistika liecina, ka, ja metināšanas kvalitāte ir nepietiekama, saskares materiālu izdegšanas ātrums-var palielināties 2–3 reizes, tādējādi ievērojami samazinot izstrādājuma kalpošanas laiku. Tāpēc vienādos izstrādājuma projektēšanas apstākļos metināšanas kvalitāte bieži kļūst par galveno faktoru, kas nosaka iekārtas uzticamību. Metināšanas process, metināšanas materiāli, pamatmateriālu īpašības un aprīkojuma iespējas kopīgi nosaka galīgo kvalitāti, starp kurām īpaši svarīga ir metināšanas materiālu konstrukcija un izvēle. Daudzas elektrisko savienojumu konstrukcijas, piemēram, lodēti elektriskie kontakti, ir balstīti uz stabiliem cietlodēšanas materiāliem, lai nodrošinātu ilgstošu-uzticamu darbību.

 

Lodmetāls darbojas kā tilts starp pamatmateriālu un substrātu metināšanas sistēmā, nodrošinot metalurģisku savienojumu starp dažādiem materiāliem. Salīdzinoši zemās cietlodēšanas temperatūras un piemērotības sarežģītām konstrukcijām un dažādu materiālu savienojumiem dēļ cietlodēšana tiek plaši izmantota zemsprieguma elektroierīču ražošanā. No materiāla viedokļa lodmetālus var klasificēt dažādās sistēmās, piemēram, uz sudraba- un vara- bāzes, un pēc fiziskās formas tos var iedalīt cietlodmetālos, pulverlodējumos un pastas lodmetālos. Dažādiem elektriskiem izstrādājumiem, piemēram, elektrisko kontaktu komplektiem, bieži ir jāizvēlas piemērotas lodēšanas sistēmas, pamatojoties uz to darbības strāvu, temperatūras apstākļiem un mehānisko struktūru.

 

Faktiskās metināšanas laikā metinātajā šuvē var rasties tādi defekti kā porainība, plaisas un izdedžu ieslēgumi, kas vājina metinātā savienojuma mehānisko izturību un vadītspēju. Piemēram, ja sudraba kontakti lodē vara substrātu, metināšanas karsēšanas procesā uz vara virsmas viegli notiek oksidēšanās. Ja oksidācijas reakcija netiek efektīvi kontrolēta, varš savienojas ar skābekli, veidojot vara oksīdu, kas metinājuma sacietēšanas laikā veido eitektisko struktūru ar zemu -kušanas- punktu, kas sadalīta pa vara graudu robežām, tādējādi samazinot savienojuma kopējo izturību. Līdzīgas problēmas var rasties dažos projekcijas metināšanas savienojumos, tādēļ lodēšanas un metināšanas vides kontrolei ir izšķiroša nozīme.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Galvenie metināšanas porainības cēloņi ir cieši saistīti ar materiālu termofizikālajām īpašībām. Gan sudrabam, gan varam ir augsta siltumvadītspēja. Kad metinātais baseins dzesēšanas fāzē strauji sacietē, gāzu šķīdība baseinā strauji samazinās un sākas nokrišņi. Ja gāzes nevar savlaicīgi izplūst pirms sacietēšanas, metinājuma iekšpusē veidosies porainības struktūras. Šāda veida problēmai jāpievērš īpaša uzmanība, ražojot sudrablodētus elektriskos kontaktus, jo metināšanas defekti ietekmē strāvas pārvades jaudu un ilgtermiņa uzticamību.

 

Metinot sudraba kontaktus ar vara pamatni, sakausēšanas zonā var rasties arī karstas plaisas. Galvenie cēloņi ir lielais vara lineārās izplešanās koeficients, sacietēšanas laikā izveidotā Cu+Cu₂O eitektiskā struktūra un piemaisījumu segregācija pamatmateriālā pie graudu robežām. Šo faktoru kopējā ietekme var izraisīt sprieguma koncentrāciju metināšanas zonā, kā rezultātā veidojas plaisas. Dažām metinātām elektrisko kontaktu daļām šīs plaisas var tieši ietekmēt elektriskās iekārtas darbības stabilitāti.

 

No dažādām lodēšanas sistēmām vara un vara sakausējumu savienošanai plaši izmanto fosforu{0}}saturošus vara-lodmetālus. Fosforu{3}}saturošiem lodmetāliem ir laba plūstamība un pašlodēšanas īpašības, taču tiem ir arī zināms trauslums. Tāpēc materiāla projektēšanas laikā ir jāatrod līdzsvars starp plūstamību un šuvju stingrību. Daudzām lodēšanas sistēmām, ko izmanto lodētiem sudraba kontaktu mezgliem, ir nepieciešama kompozīcijas optimizācija, lai uzlabotu vispārējo metināšanas uzticamību.

 

Fosforam lodēšanas sistēmās ir divas galvenās lomas. Pirmkārt, saskaņā ar Cu-P fāzes diagrammu, kad fosfora saturs sasniedz noteiktu proporciju, varš un fosfors var veidot zemu-kušanas-eutektisko struktūru, ievērojami samazinot lodmetāla kušanas temperatūru un uzlabojot metinājuma plūstamību. Tomēr Cu₃P ir tipiska trausla fāze, un tās saturs palielinās, palielinoties fosfora saturam. Tāpēc ir nepieciešama stingra fosfora satura kontrole, lai izvairītos no pārmērīga trausluma metinātajā savienojumā. Dažos vara sudraba metināto kontaktu lietojumos šī sastāva kontrole ir īpaši svarīga.

 

Otrkārt, fosfors arī uzrāda zināmu pašlodēšanas pakāpi metināšanas procesā. Augstas -temperatūras apstākļos vara oksīdi var reaģēt ar fosforu, veidojot oksīdus, tādējādi kavējot turpmāku vara virsmas oksidēšanos. Šī reakcija var veidot aizsargājošu šķidro oksīda slāni, saglabājot pamatmateriāla virsmu aktīvu un atvieglojot lodēšanas mitrināšanu un difūziju. Šī īpašība padara fosforu{5}}saturošus lodmetālus ļoti vērtīgus vara materiālu savienošanai un plaši izmanto konstrukcijās, piemēram, elektriskajos kontaktos ar sudraba galu.

 

Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka fosforu-saturošiem lodmetāliem ir vāja izturība pret koroziju sēru-saturošā vidē, slikta mitrināmība ar materiāliem, kuru pamatā ir dzelzs, un tie var veidot trauslus savienojumus. Tāpēc, metinot tēraudu vai dzelzi saturošus sakausējumus, ir jāizvēlas alternatīvas lodēšanas sistēmas, pamatojoties uz konkrētajiem apstākļiem. Pielāgotiem elektrisko kontaktu komponentiem, kam nepieciešama augsta uzticamība, lodmetāla saderības novērtējums ir īpaši svarīgs.

 

Attiecībā uz lodēšanas sastāva optimizāciju, pievienojot nelielu daudzumu leģējošu elementu, var ievērojami uzlabot metinātā savienojuma mikrostruktūru. Piemēram, daži sakausējuma elementi var pazemināt sakausējuma kušanas temperatūru, palielināt eitektiskās struktūras īpatsvaru un mainīt Cu₃P fāzes morfoloģiju, pārveidojot to no blokainas vai dendritiskas struktūras smalkās daļiņās, tādējādi uzlabojot savienojuma stingrību un plastiskumu. Šī materiāla dizaina pieeja ir plaši izmantota augstas -uzticamības AgCu kontaktu komplektiem sadales iekārtām.

 

No metināšanas saskarnes struktūras viedokļa tipisks lodēts savienojums parasti sastāv no trim daļām: saskarnes slāņa, difūzijas slāņa un atlikušā slāņa. Interfeisa slānis galvenokārt sastāv no metalurģiskās saites slāņa, kas izveidots starp sakausējuma elementiem un pamatmateriālu; difūzijas slānis galvenokārt sastāv no vara{1}}bāzes cieta šķīduma, kas satur fosforu un leģējošus elementus; un atlikušais slānis var saturēt neizkliedētu Cu₃P eitektisko struktūru. Lai uzlabotu metināšanas stiprību, ir nepieciešams samazināt atlikušā slāņa biezumu un optimizēt eitektisko struktūru, izmantojot materiāla dizainu. Šī mikrostruktūras vadība ir ļoti svarīga daudziem sarežģītiem elektrisko kontaktu mezgliem, kas pārklāti ar zeltu vai sudrabu.

 

Papildus lodēšanas sastāva dizainam ļoti aktīvā plūsma ir arī svarīgs faktors metināšanas kvalitātes nodrošināšanā. Piemērota plūsma var noņemt oksīdus no pamatmateriāla virsmas, uzlabot lodēšanas mitrināšanu un novērst metāla pamatnes koroziju. Labi-izstrādāta plūsmas sistēma nodrošina vienmērīgu, blīvu un pilnīgu metinājuma struktūru, vēl vairāk uzlabojot metinājuma uzticamību. Šāda veida process parasti tiek izmantots automatizētos metināšanas procesos, piemēram, krāsns cietlodēšanai vai pretestības cietlodēšanai.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nepārtraukti attīstot zemsprieguma{0}}elektrotehnoloģiju, elektroiekārtu projektēšanā pastāvīgi tiek ieviesti jauni materiāli un konstrukcijas, izvirzot augstākas prasības metināšanas uzticamībai. No lodēšanas dizaina līdz metināšanas procesa kontrolei un saskarnes mikrostruktūras optimizācijai, sinerģiska materiālu zinātnes un ražošanas tehnoloģiju attīstība nepārtraukti virza elektrisko savienojumu tehnoloģiju attīstību.

 

Praktiski rūpnieciskos lietojumos stabila un uzticama metināšanas tehnoloģija ne tikai pagarina elektrisko izstrādājumu kalpošanas laiku, bet arī ievērojami samazina iekārtu uzturēšanas izmaksas. Masveidā ražotiem sudraba lodētu kontaktu montāžas rūpnīcas/OEM produktiem metināšanas materiālu dizains un procesa optimizācija ir kļuvuši par būtisku pamatu produktu kvalitātes nodrošināšanai.

 

 

Mūsdienu elektroiekārtās ļoti uzticamas metinātās konstrukcijas ir kļuvušas par būtisku pamatu kontaktkomponentu ražošanā. No sudraba kontaktlodēšanas līdz vara{1}}vadošas struktūras savienojumiem, dažāda veida sudraba-lodētiem elektriskiem kontaktiem unVara sudraba metinātie kontaktitiek plaši izmantoti relejos, slēdžos, kontaktoros un sadales iekārtās. Izmantojot nobriedušos procesus, piemēram, sadurmetināšanu, pretestības metināšanu, projekcijas metināšanu un cietlodēšanu krāsnī, var ražot stabilus un uzticamus lodētus elektriskos kontaktus un sarežģītas pielāgotas elektriskās kontaktu sastāvdaļas.

 

Strāvas slēdžu un rūpniecisko elektrisko iekārtu vajadzībām specializētie ražotāji parasti piedāvā pilnīgus produktu risinājumus, tostarp elektriskos kontaktu blokus, elektriskos kontaktus ar sudraba galu un AgCu kontaktu komplektus sadales ierīcēm. Šie augstas veiktspējas-elektrisko kontaktu komponenti nodrošina vadītspēju, vienlaikus izpildot prasības attiecībā uz augstu uzticamību un ilgu kalpošanas laiku.