Suvirinimo medžiagų dizainas ir mechanizmas – pagrindinė žemos{0} įtampos elektros suvirinimo komponentų grandis

Tobulėjant pramonės elektrifikavimo ir automatizavimo technologijoms, žemos įtampos elektros gaminių saugos, stabilumo ir ilgalaikio patikimumo reikalavimai nuolat auga. Pagrindiniams komponentams, tokiems kaip kontaktiniai mazgai, šiluminiai mazgai, magnetiniai mazgai ir laidžios jungties konstrukcijos, reikalingos stabilios metalinės sujungimo technologijos, kad būtų užtikrintas nuolatinis sujungimas. Tarp daugybės sujungimo procesų elektros jungčių gamyboje plačiai naudojamos litavimo ir suvirinimo technologijos dėl savo patikimumo ir pritaikomumo. Pavyzdžiui, sandūrinis suvirinimas ir varžinis suvirinimas tapo svarbiais technologiniais pagrindais gaminant elektrinius komponentus.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Žemos{0}}įtampos elektros jungiklių sistemose tokios problemos kaip kontaktų perdegimas-, sidabro spalvos kontaktų atsiskyrimas ir padidėjusi kontaktų varža tiesiogiai veikia gaminio tarnavimo laiką ir saugą. Atitinkama statistika rodo, kad esant nepakankamai suvirinimo kokybei, kontaktinių medžiagų išdegimo greitis gali padidėti 2–3 kartus, todėl gaminio eksploatavimo laikas labai sutrumpėja. Todėl tomis pačiomis gaminio projektavimo sąlygomis suvirinimo kokybė dažnai tampa pagrindiniu veiksniu, lemiančiu įrangos patikimumą. Suvirinimo procesas, suvirinimo medžiagos, pagrindinių medžiagų charakteristikos ir įrangos galimybės kartu lemia galutinę kokybę, tarp kurių ypač svarbus suvirinimo medžiagų projektavimas ir parinkimas. Daugelis elektros jungčių konstrukcijų, pvz., lituotų elektros kontaktų, yra pagrįstos stabiliomis litavimo medžiagomis, kurios užtikrina ilgalaikį patikimą veikimą.

 

Lydmetalis veikia kaip tiltas tarp pagrindinės medžiagos ir pagrindo suvirinimo sistemoje, leidžiantis metalurgiškai sujungti skirtingas medžiagas. Dėl santykinai žemos litavimo temperatūros ir tinkamumo sudėtingoms konstrukcijoms bei skirtingų medžiagų jungtims litavimas plačiai naudojamas žemos įtampos elektros prietaisų gamyboje. Medžiagos požiūriu lydmetaliai gali būti skirstomi į įvairias sistemas, pvz., sidabro- ir vario- pagrindu, o pagal fizinę formą juos galima suskirstyti į vientisus, miltelinius ir įklijuotus lydmetalius. Skirtingiems elektros gaminiams, pvz., elektros kontaktiniams mazgams, dažnai reikia parinkti tinkamas litavimo sistemas, atsižvelgiant į jų veikimo srovę, temperatūros sąlygas ir mechaninę struktūrą.

 

Faktinio suvirinimo metu gali atsirasti defektų, tokių kaip poringumas, įtrūkimai ir šlako intarpai, dėl kurių susilpnėja suvirinimo siūlės mechaninis stiprumas ir laidumas. Pavyzdžiui, sidabriniais kontaktais lituojant varinį pagrindą, suvirinimo kaitinimo proceso metu vario paviršius lengvai oksiduojasi. Jei oksidacijos reakcija nėra veiksmingai kontroliuojama, varis susijungia su deguonimi, sudarydamas vario oksidą, kuris suvirinimo siūlės kietėjimo metu sudaro žemo -lydymosi- eutektinę struktūrą, pasiskirstytą palei vario grūdelių ribas, todėl sumažėja bendras jungties stiprumas. Panašios problemos gali kilti su kai kuriomis projekcinio suvirinimo jungtimis, todėl litavimo ir suvirinimo aplinkos kontrolė yra labai svarbi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pagrindinės suvirinimo siūlės poringumo priežastys yra glaudžiai susijusios su medžiagų termofizinėmis savybėmis. Tiek sidabras, tiek varis pasižymi dideliu šilumos laidumu. Kai aušinimo fazės metu suvirinimo baseinas greitai kietėja, dujų tirpumas baseine greitai mažėja ir prasideda krituliai. Jei dujos negali laiku išeiti prieš sukietėjimą, suvirinimo siūlės viduje susidarys poringos struktūros. Tokio tipo problemai reikia skirti ypatingą dėmesį gaminant sidabrinius lituotus elektros kontaktus, nes suvirinimo defektai turi įtakos srovės perdavimo pajėgumui ir ilgalaikiam patikimumui.

 

Suvirinant sidabrinius kontaktus prie vario pagrindo, lydymosi zonoje taip pat gali atsirasti karštų įtrūkimų. Pagrindinės priežastys yra didelis vario tiesinio plėtimosi koeficientas, kietėjimo metu susidariusi Cu+Cu₂O eutektinė struktūra ir priemaišų atsiskyrimas pagrindinėje medžiagoje ties grūdelių ribomis. Bendras šių veiksnių poveikis gali sukelti įtempių koncentraciją suvirinimo srityje, dėl kurios gali susidaryti įtrūkimai. Kai kurių suvirintų elektrinių kontaktinių dalių įtrūkimai gali tiesiogiai paveikti elektros įrangos veikimo stabilumą.

 

Tarp įvairių litavimo sistemų vario ir vario lydinių sujungimui plačiai naudojami fosforo -turintys vario- lydmetaliai. Fosforo{3}}turintys lydmetaliai pasižymi geromis takumo ir savaiminio-litavimo savybėmis, tačiau taip pat yra šiek tiek trapūs. Todėl projektuojant medžiagą reikia išlaikyti pusiausvyrą tarp sklandumo ir jungties tvirtumo. Daugeliui litavimo sistemų, naudojamų lituotiems sidabriniams kontaktiniams mazgams, reikia optimizuoti sudėtį, kad būtų pagerintas bendras suvirinimo patikimumas.

 

Fosforas litavimo sistemose atlieka du pagrindinius vaidmenis. Pirma, pagal Cu-P fazės diagramą, kai fosforo kiekis pasiekia tam tikrą proporciją, varis ir fosforas gali sudaryti žemo -lydymosi Tačiau Cu₃P yra tipiška trapi fazė, o jos kiekis didėja didėjant fosforo kiekiui. Todėl būtina griežtai kontroliuoti fosforo kiekį, kad būtų išvengta per didelio suvirinimo siūlės trapumo. Naudojant tam tikrus vario sidabro suvirintus kontaktus, ši sudėties kontrolė yra ypač svarbi.

 

Antra, suvirinimo proceso metu fosforas taip pat pasižymi tam tikru savaiminio-litavimo laipsniu. Esant aukštai -temperatūrai, vario oksidai gali reaguoti su fosforu ir sudaryti oksidus, taip slopindami tolesnę vario paviršiaus oksidaciją. Ši reakcija gali sudaryti apsauginį skysto oksido sluoksnį, kuris palaiko aktyvų pagrindinės medžiagos paviršių ir palengvina lydmetalio drėkinimą ir difuziją. Dėl šios savybės fosforo{5}}turintys lydmetaliai yra labai vertingi varinių medžiagų sujungimui ir plačiai naudojami tokiose konstrukcijose kaip elektriniai kontaktai su sidabriniais antgaliais.

 

Tačiau svarbu pažymėti, kad fosforo -turintys lydmetaliai turi silpną atsparumą korozijai aplinkoje, kurioje yra sieros{1}}, prastai drėkina geležies{2}} medžiagas ir gali sudaryti trapius junginius. Todėl suvirinant plieną ar geležies lydinius, atsižvelgiant į konkrečias aplinkybes, reikia pasirinkti alternatyvias litavimo sistemas. Specialiems elektros kontaktiniams komponentams, kuriems reikalingas didelis patikimumas, litavimo suderinamumo įvertinimas yra ypač svarbus.

 

Kalbant apie lydmetalio sudėties optimizavimą, pridedant nedidelį kiekį legiruojančių elementų galima žymiai pagerinti suvirintos jungties mikrostruktūrą. Pavyzdžiui, tam tikri legiravimo elementai gali sumažinti lydinio lydymosi temperatūrą, padidinti eutektinės struktūros dalį ir pakeisti Cu₃P fazės morfologiją, paversdami ją iš blokinės arba dendritinės struktūros į smulkias daleles, taip pagerindami jungties tvirtumą ir plastiškumą. Šis medžiagų projektavimo metodas buvo plačiai taikomas didelio -patikimo AgCu kontaktų mazguose, skirtuose skirstomiesiems įrenginiams.

 

Suvirinimo sąsajos struktūros požiūriu tipiškas lituotas jungtis paprastai susideda iš trijų dalių: sąsajos sluoksnio, difuzinio sluoksnio ir liekamojo sluoksnio. Sąsajos sluoksnį daugiausia sudaro metalurginio ryšio sluoksnis, suformuotas tarp legiravimo elementų ir pagrindinės medžiagos; difuzinį sluoksnį daugiausia sudaro vario{1}} kietas tirpalas, kuriame yra fosforo ir legiravimo elementų; o likusiame sluoksnyje gali būti neišsklaidytos Cu₃P eutektinės struktūros. Siekiant pagerinti suvirinimo stiprumą, būtina sumažinti liekamojo sluoksnio storį ir optimizuoti eutektinę struktūrą per medžiagos dizainą. Šis mikrostruktūros valdymas yra labai svarbus daugeliui sudėtingų elektros kontaktų agregatų, padengtų auksu ar sidabru.

 

Be lydmetalio sudėties dizaino, labai aktyvus srautas taip pat yra svarbus veiksnys, užtikrinantis suvirinimo kokybę. Tinkamas srautas gali pašalinti oksidus nuo pagrindinės medžiagos paviršiaus, pagerinti lydmetalio drėkinimą ir užkirsti kelią metalinio pagrindo korozijai. Gerai-suprojektuota srauto sistema užtikrina lygią, tankią ir pilną suvirinimo struktūrą, dar labiau padidindama suvirinimo patikimumą. Šio tipo procesas dažniausiai naudojamas automatizuotuose suvirinimo procesuose, tokiuose kaip krosnių litavimas arba atsparus litavimas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nuolat tobulinant žemos įtampos{0}}elektros technologiją, į elektros įrangos dizainą nuolat diegiama naujų medžiagų ir konstrukcijų, todėl suvirinimo patikimumui keliami aukštesni reikalavimai. Nuo lydmetalio projektavimo iki suvirinimo proceso valdymo ir sąsajos mikrostruktūros optimizavimo – sinergetinis medžiagų mokslo ir gamybos technologijų vystymasis nuolat skatina elektros jungčių technologijos pažangą.

 

Praktikoje pramonėje stabili ir patikima suvirinimo technologija ne tik prailgina elektros gaminių tarnavimo laiką, bet ir žymiai sumažina įrangos priežiūros išlaidas. Suvirinimo medžiagų projektavimas ir proceso optimizavimas tapo labai svarbiais gaminių kokybės užtikrinimo pagrindais.

 

 

Šiuolaikinėje elektros įrangoje itin patikimos suvirintos konstrukcijos tapo gyvybiškai svarbiu kontaktinių komponentų gamybos pagrindu. Nuo sidabrinio kontaktinio litavimo iki vario{1}}pagrįstų laidžios struktūros jungčių, įvairių tipų sidabru{2}}lituotų elektrinių kontaktų irVariniai sidabriniai suvirinti kontaktaiyra plačiai naudojami relėse, grandinės pertraukikliuose, kontaktoriuose ir skirstomuosiuose įrenginiuose. Taikant brandžius procesus, tokius kaip sandūrinis suvirinimas, atsparus suvirinimas, projekcinis suvirinimas ir litavimas krosnyje, gali būti pagaminti stabilūs ir patikimi lituoti elektros kontaktai ir sudėtingi individualūs elektros kontaktų komponentai.

 

Maitinimo jungiklių ir pramoninės elektros įrangos poreikiams specializuoti gamintojai paprastai siūlo išsamius gaminių sprendimus, įskaitant elektros kontaktų mazgus, elektrinius kontaktus su sidabriniais antgaliais ir skirstomųjų įrenginių AgCu kontaktų mazgus. Šie didelio našumo{1}}elektriniai kontaktiniai komponentai užtikrina laidumą ir atitinka didelio patikimumo ir ilgo tarnavimo reikalavimus.