Дизайн и механизъм на заваръчните материали — ключова връзка в компонентите за електрозаваряване с ниско{0}}напрежение

С развитието на технологиите за индустриална електрификация и автоматизация изискванията за безопасност, стабилност и дългосрочна-надеждност на електрическите продукти с ниско-напрежение непрекъснато нарастват. Основните компоненти, като контактни възли, термични възли, магнитни възли и проводими свързващи структури, всички изискват стабилни метални свързващи технологии за постигане на постоянно свързване. Сред многобройните процеси на свързване, технологиите за спояване и заваряване са широко използвани в производството на електрически връзки поради тяхната надеждност и адаптивност. Например челното заваряване и съпротивителното заваряване се превърнаха във важни технологични основи в производството на електрически компоненти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В -електрически превключвателни системи с ниско напрежение, проблеми като изгаряне на-контакти, отделяне на сребърен контакт и повишено контактно съпротивление влияят пряко на експлоатационния живот на продукта и ефективността на безопасността. Съответните статистики показват, че когато качеството на заваряване е незадоволително, степента на изгаряне-на контактните материали може да се увеличи от 2 до 3 пъти, което води до значително намаляване на живота на продукта. Следователно, при същите условия на проектиране на продукта, качеството на заваряване често се превръща в ключов фактор, определящ надеждността на оборудването. Процесът на заваряване, материалите за заваряване, характеристиките на основния материал и възможностите на оборудването заедно определят крайното качество, сред които дизайнът и изборът на материали за заваряване са особено важни. Много структури за електрическо свързване, като запоени електрически контакти, разчитат на стабилни спояващи материали за дългосрочна-надеждна работа.

 

Припоят действа като мост между основния материал и субстрата в заваръчна система, позволявайки металургично свързване между различни материали. Поради сравнително ниската си температура на спояване и пригодността за сложни структури и връзки на различни материали, спояването се използва широко в производството на електроуреди с ниско{1}}напрежение. От материална гледна точка припоите могат да бъдат класифицирани в различни системи, като например сребро-и мед-базирани, а по отношение на физическа форма те могат да бъдат разделени на твърди припои, прахообразни припои и припои на паста. Различни електрически продукти, като например електрически контактни възли, често изискват избор на подходящи системи за запояване въз основа на техния работен ток, температурни условия и механична структура.

 

По време на действителното заваряване могат да се появят дефекти като порьозност, пукнатини и включвания на шлака в заваръчния шев, отслабвайки механичната якост и проводимостта на заваръчното съединение. Например, в случай на сребърни контакти, запояващи медна основа, лесно се получава окисляване на медната повърхност по време на процеса на нагряване при заваряване. Ако окислителната реакция не се контролира ефективно, медта се свързва с кислорода, за да образува меден оксид, който по време на втвърдяването на заваръчния шев образува евтектична структура с ниска -точка на топене-, разпределена по границите на медните зърна, като по този начин намалява общата здравина на съединението. Подобни проблеми могат да възникнат при някои проекционни заваръчни връзки, което прави контрола на спойката и средата на заваряване от решаващо значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основните причини за порьозността на заваръчния шев са тясно свързани с топлофизичните свойства на материалите. И среброто, и медта имат висока топлопроводимост. Когато заваръчната вана се втвърди бързо по време на фазата на охлаждане, разтворимостта на газовете във вана намалява бързо и започва утаяване. Ако газовете не могат да излязат навреме преди втвърдяване, вътре в заваръчния шев ще се образуват порьозни структури. Този тип проблем изисква специално внимание при производството на сребърни запоени електрически контакти, тъй като заваръчните дефекти влияят върху капацитета за предаване на ток и-дългосрочната надеждност.

 

При заваряване на сребърни контакти към медна основа могат да се появят и горещи пукнатини в зоната на топене. Основните причини включват големия коефициент на линейно разширение на медта, евтектичната структура на Cu+Cu₂O, образувана по време на втвърдяването, и отделянето на примеси в основния материал по границите на зърната. Комбинираният ефект на тези фактори може да доведе до концентрация на напрежение в зоната на заваръчния шев, което води до образуване на пукнатини. За някои заварени електрически контактни части тези пукнатини могат директно да повлияят на работоспособността на електрическото оборудване.

 

Сред различните спояващи системи, фосфор{0}}съдържащите-припои на основата на мед се използват широко за свързване на мед и медни сплави. Фосфор{3}}съдържащите припои притежават добра течливост и свойства на само-запояване, но също така проявяват известна крехкост. Следователно, трябва да се намери баланс между течливостта и якостта на съединението по време на проектирането на материала. Много системи за запояване, използвани за запоени сребърни контактни възли, изискват оптимизиране на състава, за да се подобри цялостната надеждност на заварката.

 

Фосфорът играе две основни роли в системите за спояване. Първо, според фазовата диаграма на Cu-P, когато съдържанието на фосфор достигне определена пропорция, медта и фосфорът могат да образуват евтектична структура с ниска -точка на топене-, което значително намалява температурата на топене на спойката и подобрява течливостта на заваръчния шев. Въпреки това, Cu₃P е типична крехка фаза и съдържанието му се увеличава с увеличаване на съдържанието на фосфор. Поради това е необходим строг контрол на съдържанието на фосфор, за да се избегне прекомерната крехкост на заваръчната връзка. При някои приложения на медно-сребърни заварени контакти този контрол на състава е особено критичен.

 

Второ, фосфорът също показва известна степен на само{0}}спояване по време на процеса на заваряване. При високи -температурни условия медните оксиди могат да реагират с фосфора, за да образуват оксиди, като по този начин възпрепятстват по-нататъшното окисление на медната повърхност. Тази реакция може да образува защитен слой от течен оксид, поддържайки повърхността на основния материал активна и улеснявайки намокрянето и дифузията на спойка. Тази характеристика прави-съдържащите фосфор припои изключително ценни за свързване на медни материали и широко използвани в структури като електрически контакти със сребърен връх.

 

Въпреки това е важно да се отбележи, че съдържащите-фосфор припои имат слаба устойчивост на корозия в среди,-съдържащи сяра, слаба омокряемост с материали на основата на желязо-и могат да образуват крехки съединения. Следователно, когато заварявате стомана или сплави,-съдържащи желязо, трябва да се изберат алтернативни системи за запояване въз основа на конкретните обстоятелства. За персонализирани електрически контактни компоненти, изискващи висока надеждност, оценката на съвместимостта на спойка е особено важна.

 

Що се отнася до оптимизирането на състава на спойката, добавянето на малки количества легиращи елементи може значително да подобри микроструктурата на заварената връзка. Например, определени легиращи елементи могат да понижат точката на топене на сплавта, да увеличат дела на евтектична структура и да променят морфологията на Cu3P фазата, превръщайки я от блокова или дендритна структура във фини частици, като по този начин подобряват якостта и пластичността на съединението. Този подход за проектиране на материали е широко приложен за високо-надеждни контактни възли от AgCu за комутационни апарати.

 

От гледна точка на интерфейсната структура на заваръчния шев, типично споено съединение обикновено се състои от три части: интерфейсен слой, дифузионен слой и остатъчен слой. Интерфейсният слой се състои главно от металургичен свързващ слой, образуван между легиращите елементи и основния материал; дифузионният слой се състои основно от твърд разтвор на медна -основа, съдържащ фосфор и легиращи елементи; и остатъчният слой може да съдържа недифузна Cu3P евтектична структура. За да се подобри здравината на заваръчния шев, е необходимо да се намали дебелината на остатъчния слой и да се оптимизира евтектичната структура чрез дизайн на материала. Този контрол на микроструктурата е от решаващо значение за много сложни позлатени или сребърни контактни модули с електрически контакти.

 

В допълнение към дизайна на състава на спойката, високоактивният флюс също е важен фактор за осигуряване на качество на заваръчния шев. Подходящият флюс може да премахне оксидите от повърхността на основния материал, да подобри омокряемостта на спойката и да предотврати корозията на металната основа. Добре-проектираната флюсова система насърчава гладка, плътна и пълна структура на заваръчния шев, като допълнително повишава надеждността на заваръчния шев. Този тип процес обикновено се среща в автоматизирани процеси на заваряване, като спояване в пещ или съпротивително спояване.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С непрекъснатото развитие на ниско{0}}електрическата технология в дизайна на електрическото оборудване постоянно се въвеждат нови материали и структури, поставяйки по-високи изисквания към надеждността на заваряването. От дизайна на спойка до контрола на процеса на заваряване и оптимизирането на микроструктурата на интерфейса, синергичното развитие на науката за материалите и производствената технология непрекъснато движи напредъка на технологията за електрическо свързване.

 

В практическите индустриални приложения стабилната и надеждна технология за заваряване не само удължава живота на електрическите продукти, но също така значително намалява разходите за поддръжка на оборудването. За масово-произвежданите сребърни запоени контактни сглобки Factory/OEM продукти дизайнът на заваръчния материал и оптимизацията на процесите се превърнаха в решаваща основа за осигуряване на качество на продукта.

 

 

В съвременното електрическо оборудване високонадеждните заварени конструкции се превърнаха в жизненоважна основа за производството на контактни компоненти. От запояване със сребърен контакт до свързване на проводящи структури на-базирана мед, различни видове споени със сребро-електрически контакти иМедни сребърни заварени контактисе използват широко в релета, прекъсвачи, контактори и разпределителни уредби. Чрез зрели процеси като челно заваряване, съпротивително заваряване, заваряване на проекция и спояване в пещ могат да бъдат произведени стабилни и надеждни запоени електрически контакти и сложни персонализирани електрически контактни компоненти.

 

За нуждите на захранващи превключватели и промишлено електрическо оборудване, специализираните производители обикновено предлагат цялостни продуктови решения, включително електрически контактни възли, електрически контакти със сребърен връх и контактни възли от AgCu за комутационни апарати. Тези високо{1}}ефективни електрически контактни компоненти осигуряват проводимост, като същевременно отговарят на изискванията за приложение за висока надеждност и дълъг експлоатационен живот.