Dizajn i mehanizam materijala za zavarivanje—ključna karika u niskonaponskim električnim komponentama za zavarivanje-

Sa razvojem industrijskih tehnologija elektrifikacije i automatizacije, zahtjevi za sigurnošću, stabilnošću i dugotrajnom-pouzdanošću niskonaponskih-električnih proizvoda se stalno povećavaju. Osnovne komponente kao što su kontaktni sklopovi, termalni sklopovi, magnetni sklopovi i provodne strukture veze zahtijevaju stabilne metalne tehnologije povezivanja kako bi se postiglo trajno spajanje. Među brojnim procesima povezivanja, tehnologije lemljenja i zavarivanja se široko koriste u proizvodnji električnih priključaka zbog svoje pouzdanosti i prilagodljivosti. Na primjer, sučeono zavarivanje i otporno zavarivanje postali su važni tehnološki temelji u proizvodnji električnih komponenti.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U niskonaponskim sistemima električnih prekidača, problemi kao što su pregaranje- kontakta, odvajanje srebrnog kontakta i povećan otpor kontakta direktno utiču na radni vijek proizvoda i sigurnosne performanse. Relevantni statistički podaci pokazuju da kada je kvalitet zavarivanja nedovoljan, stopa izgaranja-kontaktnih materijala može se povećati za 2 do 3 puta, što dovodi do značajnog smanjenja životnog vijeka proizvoda. Stoga, pod istim uvjetima dizajna proizvoda, kvaliteta zavarivanja često postaje ključni faktor koji određuje pouzdanost opreme. Proces zavarivanja, materijali za zavarivanje, karakteristike osnovnog materijala i mogućnosti opreme zajedno određuju konačni kvalitet, među kojima je posebno važan dizajn i izbor materijala za zavarivanje. Mnoge strukture električne veze, kao što su lemljeni električni kontakti, oslanjaju se na stabilne materijale za lemljenje za dugotrajan-pouzdan rad.

 

Lem služi kao most između osnovnog materijala i podloge u sistemu zavarivanja, omogućavajući metalurško spajanje između različitih materijala. Zbog svoje relativno niske temperature lemljenja i pogodnosti za složene strukture i veze različitih materijala, lemljenje se široko koristi u proizvodnji niskonaponskih električnih uređaja. Iz perspektive materijala, lemovi se mogu klasificirati u različite sisteme kao što su srebro-na bazi i bakra-, a u pogledu fizičkog oblika, mogu se podijeliti na čvrste lemove, lemove u prahu i lemove u obliku paste. Različiti električni proizvodi, kao što su sklopovi električnih kontakata, često zahtijevaju odabir odgovarajućih sistema lemljenja na osnovu njihove radne struje, temperaturnih uslova i mehaničke strukture.

 

Tokom stvarnog zavarivanja, u zavaru se mogu pojaviti defekti kao što su poroznost, pukotine i inkluzije šljake, slabeći mehaničku čvrstoću i provodljivost zavarenog spoja. Na primjer, u slučaju srebrnih kontakata koji lemljuju bakrenu podlogu, lako dolazi do oksidacije na površini bakra tokom procesa zagrijavanja zavarivanja. Ako se reakcija oksidacije ne kontrolira efikasno, bakar se kombinuje s kisikom i formira bakrov oksid, koji tokom skrućivanja šava formira eutektičku strukturu niske{2}}tačke{3}}tačke raspoređene duž granica zrna bakra, čime se smanjuje ukupna čvrstoća spoja. Slični problemi se mogu pojaviti u nekim spojevima za projekciju zavarivanja, što čini kontrolu lema i okruženja zavarivanja ključnom.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Glavni uzroci poroznosti zavara usko su povezani s termofizičkim svojstvima materijala. I srebro i bakar imaju visoku toplotnu provodljivost. Kada se zavareni bazen brzo stvrdne tokom faze hlađenja, rastvorljivost gasova u bazenu se brzo smanjuje i počinje taloženje. Ako plinovi ne mogu izaći na vrijeme prije skrućivanja, unutar vara će se formirati porozne strukture. Ova vrsta problema zahtijeva posebnu pažnju prilikom proizvodnje srebrno lemljenih električnih kontakata, jer defekti zavarivanja utiču na trenutni prenosni kapacitet i dugoročnu{4}}pouzdanost.

 

Prilikom zavarivanja srebrnih kontakata na bakrenu podlogu mogu se pojaviti i vruće pukotine u zoni fuzije. Glavni uzroci uključuju veliki koeficijent linearne ekspanzije bakra, Cu+Cu₂O eutektičku strukturu formiranu tokom skrućivanja i segregaciju nečistoća u osnovnom materijalu na granicama zrna. Kombinirani učinak ovih faktora može dovesti do koncentracije naprezanja u području zavara, što rezultira stvaranjem pukotina. Za neke zavarene električne kontaktne dijelove, ove pukotine mogu direktno utjecati na radnu stabilnost električne opreme.

 

Među različitim sistemima lemljenja, lemovi na bazi fosfora-koji sadrže bakar- se široko koriste za spajanje bakra i legura bakra. Lemovi koji sadrže fosfor- posjeduju dobru fluidnost i svojstva samo{4}}lemljenja, ali također pokazuju određenu krhkost. Stoga se mora postići ravnoteža između fluidnosti i žilavosti spoja tokom dizajna materijala. Mnogi sistemi lemljenja koji se koriste za lemljene srebrne kontaktne sklopove zahtijevaju optimizaciju sastava kako bi se poboljšala ukupna pouzdanost zavara.

 

Fosfor igra dvije glavne uloge u sistemima lemljenja. Prvo, prema Cu-P faznom dijagramu, kada sadržaj fosfora dostigne određeni udio, bakar i fosfor mogu formirati eutektičku strukturu niske{2}}tačke-tačke, značajno smanjujući temperaturu topljenja lema i poboljšavajući fluidnost šava. Međutim, Cu₃P je tipična krta faza, a njegov sadržaj raste s povećanjem sadržaja fosfora. Stoga je neophodna stroga kontrola sadržaja fosfora kako bi se izbjegla prekomjerna krhkost u zavarenom spoju. U određenim primjenama bakar srebrnih zavarenih kontakata, ova kontrola sastava je posebno kritična.

 

Drugo, fosfor takođe pokazuje određeni stepen samolemljenja-u toku procesa zavarivanja. U uslovima visoke-temperature, oksidi bakra mogu reagovati sa fosforom i formirati okside, čime inhibiraju dalju oksidaciju površine bakra. Ova reakcija može formirati zaštitni sloj tekućeg oksida, održavajući površinu osnovnog materijala aktivnom i olakšavajući vlaženje i difuziju lema. Ova karakteristika čini lemove koji sadrže fosfor- veoma vrijednim za spajanje bakarnih materijala i široko korištenim u strukturama kao što su električni kontakti sa srebrnim vrhom.

 

Međutim, važno je napomenuti da lemovi koji sadrže fosfor-imaju slabu otpornost na koroziju u sredinama koje sadrže sumpor-, slabo vlaženje s materijalima na bazi željeza- i mogu formirati krhke spojeve. Stoga, kada zavarite čelik ili legure koje sadrže željezo{4}}, alternativni sistemi lemljenja moraju biti odabrani na osnovu specifičnih okolnosti. Za prilagođene električne kontaktne komponente koje zahtijevaju visoku pouzdanost, procjena kompatibilnosti lemljenja je posebno važna.

 

Što se tiče optimizacije sastava lema, dodavanje malih količina legirajućih elemenata može značajno poboljšati mikrostrukturu zavarenog spoja. Na primjer, određeni legirajući elementi mogu sniziti tačku topljenja legure, povećati udio eutektičke strukture i promijeniti morfologiju Cu₃P faze, pretvarajući je iz blokovske ili dendritske strukture u fine čestice, čime se poboljšava žilavost i plastičnost spoja. Ovaj pristup dizajnu materijala je široko primijenjen na visoko-pouzdane AgCu kontaktne sklopove za razvodne uređaje.

 

Iz perspektive strukture sučelja zavara, tipični lemljeni spoj obično se sastoji od tri dijela: međusloja, difuzijskog sloja i zaostalog sloja. Interfejs sloj se uglavnom sastoji od metalurškog veznog sloja formiranog između legirajućih elemenata i osnovnog materijala; difuzioni sloj se uglavnom sastoji od čvrste otopine na bazi bakra- koja sadrži fosfor i legirajuće elemente; a rezidualni sloj može sadržavati nedifuznu Cu₃P eutektičku strukturu. Da bi se poboljšala čvrstoća zavara, potrebno je smanjiti debljinu zaostalog sloja i optimizirati eutektičku strukturu kroz dizajn materijala. Ova kontrola mikrostrukture je ključna za mnoge složene sklopove električnih kontakata pozlaćenih-ili posrebrenih kontakata.

 

Osim dizajna sastava lema, visokoaktivni fluks je također važan faktor u osiguravanju kvaliteta zavara. Odgovarajući fluks može ukloniti okside s površine osnovnog materijala, poboljšati kvašenje lemom i spriječiti koroziju metalne podloge. Dobro-dizajniran sistem fluksa promovira glatku, gustu i punu strukturu zavara, dodatno povećavajući pouzdanost zavara. Ova vrsta procesa se obično nalazi u automatizovanim procesima zavarivanja kao što je lemljenje u peći ili otporno lemljenje.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uz kontinuirani razvoj niskonaponske{0}}električne tehnologije, novi materijali i strukture se stalno uvode u dizajn električne opreme, postavljajući sve veće zahtjeve za pouzdanost zavarivanja. Od dizajna lemljenja do kontrole procesa zavarivanja i optimizacije mikrostrukture interfejsa, sinergijski razvoj nauke o materijalima i proizvodne tehnologije kontinuirano pokreće napredak tehnologije električnog povezivanja.

 

U praktičnim industrijskim primjenama, stabilna i pouzdana tehnologija zavarivanja ne samo da produžava vijek trajanja električnih proizvoda već i značajno smanjuje troškove održavanja opreme. Za masovno-proizvedenu tvornicu/OEM proizvode za srebrno lemljene kontakte, dizajn materijala za zavarivanje i optimizacija procesa postali su ključni temelji za osiguranje kvaliteta proizvoda.

 

 

U modernoj električnoj opremi, visoko pouzdane zavarene konstrukcije postale su vitalna osnova za proizvodnju kontaktnih komponenti. Od lemljenja srebrnim kontaktom do veza na bazi provodne strukture na bazi bakra-, raznih vrsta srebrom{2}}lemljenih električnih kontakata iBakar Srebrni zavareni kontaktise široko koriste u relejima, prekidačima, kontaktorima i razvodnim uređajima. Kroz zrele procese kao što su čeono zavarivanje, otporno zavarivanje, projekcijsko zavarivanje i lemljenje u peći, mogu se proizvesti stabilni i pouzdani lemljeni električni kontakti i složene električne kontakt komponente po mjeri.

 

Za potrebe električnih prekidača i industrijske električne opreme, specijalizovani proizvođači obično nude kompletna rješenja proizvoda uključujući sklopove električnih kontakata, električne kontakte sa srebrnim vrhom i AgCu kontaktne sklopove za razvodne uređaje. Ove električne kontaktne komponente visokih{1}}performansi osiguravaju provodljivost dok ispunjavaju zahtjeve primjene visoke pouzdanosti i dugog vijeka trajanja.