Спояване във вакуумна пещ на AgW и CuW огнеупорни контакти в тежкотоварни въздушни прекъсвачи (ACB)

Сребърно-волфрамови (AgW) и медно-волфрамови (CuW) контакти се използват при взискателни превключващи приложения, където устойчивостта на ерозия на дъгата, термичната стабилност и електрическата проводимост трябва да бъдат балансирани в рамките на определена геометрия на контакта. Спояването във вакуумна пещ свързва тези огнеупорни контактни материали с проводими поддържащи компоненти, като същевременно ограничава окисляването и замърсяването на потока. Целостта на фугата зависи от подготовката на субстрата, съвместимостта на пълнителя и метала, равномерността на температурата в пещта, качеството на вакуума и проверената залепена зона - не само от обработката с вакуум.

 

 

 

Защо контактните материали на основата на волфрам се използват при превключване на висок ток
Въздушните прекъсвачи за тежък режим на работа (ACB) трябва да прекъсват токове на повреда, които могат да достигнат десетки килоампери, в зависимост от номиналната експлоатация на устройството и крайната способност за прекъсване на късо съединение. По време на прекъсване, електрическа дъга създава интензивно локализирано нагряване, пренасяне на материал и повтарящи се термични цикли на контактната повърхност.

 

Волфрамът има точка на топене приблизително 3422 градуса и запазва устойчивост при висока температура в сравнение с много обичайни проводими метали. В композитните контакти AgW и CuW, богатата на волфрам фаза допринася за устойчивост на дъгова ерозия, докато проводимата фаза поддържа пренос на ток и разсейване на топлината. Действителната производителност зависи от състава, плътността, микроструктурата, геометрията на контакта и скоростта на отваряне на прекъсвача и дизайна на контрола на дъгата.

 

Контактен материал	Типични характеристики на материала	Основно съображение за проектиране
AgW (сребро-волфрам)	Богата на сребро проводима фаза, комбинирана с волфрам за устойчивост на дъга	Балансирайте проводимостта, контактното съпротивление и устойчивостта на ерозия за превключване
CuW (мед-волфрам)	Медна проводима фаза, комбинирана с волфрам за устойчивост на дъга и термична стабилност.	Контролирайте проводимостта, топлинния транспорт и ефективността на ерозия според избрания състав
Поддръжка от чиста мед	Висока електрическа проводимост и полезна способност за пренос на топлина	Изисква подходящ контактен интерфейс и защита срещу прекомерно увреждане на дъгата
Свържете се със сребърна поддръжка или подкрепа	Може да осигури проводим свързващ интерфейс в избрани възли	Съвместимостта на пълнителя и работната температура трябва да бъдат оценени за цялата фуга

 

AgW и CuW обикновено са композитни материали, а не хомогенни волфрамови сплави. Техните свойства варират в зависимост от волфрамовата фракция, производствения път и получената микроструктура. Самото обозначение на материала е недостатъчно, за да се установи ефективността на прекъсване на контакта.

Целостта на ставата при термичен цикъл, предизвикан от дъга
Запоеният интерфейс свързва огнеупорния контактен елемент с неговата опора или опора. По време на превключване температурните градиенти могат да доведат до диференциално разширение между контактния композит, добавъчния метал и опорния компонент. Повтарящите се цикли могат да предизвикат напукване, намаляване на ефективната залепена площ или увеличаване на електрическото съпротивление.

 

Основните рискове при проектирането включват:
Диференциално топлинно разширение:AgW, CuW, медта и спояващите спояващи добавъчни метали имат различни коефициенти на топлинно разширение. Геометрията на фугата и дебелината на пълнежния слой трябва да поемат полученото напрежение.
Локализирано текущо стесняване:Непълното свързване или празните клъстери намаляват ефективната проводима площ и могат да създадат локализирано нагряване.
Термична умора:Повтарящото се нагряване и охлаждане може да разпространи дефекти на интерфейса, особено близо до ъгли или резки промени в сечението.
Изкривяване на контактното лице:Прекомерната или неравномерна топлина при спояване може да промени плоскостта или да доведе до изкривяване, което да повлияе на крайната контактна междина и разпределението на налягането.
Междуфазово замърсяване:Оксиди, остатъци от машинна обработка и уловени замърсители могат да възпрепятстват намокрянето и да отслабят съединението.

Следователно запоеното съединение трябва да бъде квалифицирано като част от готовия контактен възел. Визуално приемливо външно уплътнение не доказва, че вкопаният интерфейс има подходяща свързана площ.

 

 

Защо вакуумното спояване е подходящо за огнеупорни контактни възли
Богатите на волфрам материали са трудни за свързване с помощта на конвенционални подходи за спояване, тъй като намокрянето зависи силно от състоянието на повърхността, химията на пълнителя и температурата на процеса. Спояването във вакуумна пещ намалява излагането на атмосферен кислород и може да ограничи образуването на оксид върху подходящо подготвени повърхности. Той също така избягва въвеждането на конвенционални остатъци от флюс в съединението, когато процесът е проектиран да работи без флюс.

 

Вакуумът обаче не гарантира 100% намокряне. Омокрянето остава зависимо от системата пълнеж-метал, химията на повърхността, състава и порьозността на контактния материал, хлабината на фугата и термичния цикъл. Определени комбинации от материали може да изискват съвместим метализиращ слой или друга квалифицирана повърхностна обработка преди запояване.

 

Спецификацията на процеса трябва да дефинира:
1. Състав и състояние на основата, включително клас AgW или CuW и поддържащия материал.
2. Подготовка на повърхността и максимално допустимия интервал между почистването и зареждането на пещта.
3. Състав на пълнежния метал, форма, разположение и съвместимост с работната температура.
4. Хлабина на фугата и дизайн на приспособлението за поддържане на центровката по време на нагряване.
5. Ниво на вакуум в пещта, скорост на нагряване, температура на накисване, време на престой и условия на охлаждане.
6. Проверка след спояване, включително оценка на залепената площ и проверка на размерите.

Избор на спояващ добавъчен метал за възли AgW и CuW
Изборът на пълнежен метал трябва да отчита намокрянето, експлоатационната температура, електрическото съпротивление, пластичността на съединението и термичните граници на всички компоненти. Пълнител, който овлажнява един субстрат ефективно, може да не осигури приемливо свързване с друг без съвместимо състояние на повърхността.

 

Критерий за избор	Инженерни изисквания	Риск от повреда, ако не се контролира
Съвместимост с намокряне	Демонстрирано овлажняване на определен клас AgW/CuW и поддържащ материал	Непълно покритие на ставите или несвързани региони
Температура на спояване	Над ликвидуса на пълнежа и в квалифицираните термични граници на сглобката	Непълен поток, прекомерна реакция или изкривяване на компонента
Електрически свойства	Приемливо съпротивление за предвидения път на тока	Допълнителен спад на напрежението и локално отопление
Топлинно разширение	Съединението може да понесе диференциално разширение по време на експлоатация	Междуфазово напукване при термичен цикъл
Работна температура	Пълнителят запазва адекватна механична и електрическа цялост при очакваната работна температура.	Омекотяване на фугите, пълзене или преждевременна деградация
Химическа съвместимост	Ограничена вредна реакция с огнеупорния композит и подложката	Чупливи реакционни слоеве или отслабени интерфейси

 

Химичният състав на пълнежния метал и температурата на спояване трябва да бъдат избрани за действителната комбинация от материали. Технически не е разумно да се предписва една универсална пълнежна сплав или температура на пещта за всички AgW и CuW контакти.

Атмосфера на пещта, обезгазяване и равномерност на температурата
Вакуумното спояване е контролиран термичен процес, а не просто нагряване на част във вакуумна камера. Маслата, полиращите смеси, остатъците от почистване и влагата могат да се отделят по време на цикъла. Остатъчното замърсяване може да повлияе на намокрянето или да допринесе за порьозност, ако газът се улови на повърхността.

Производственият процес трябва да контролира както подготовката на товара, така и цикъла на пещта.

 

Променлива на процеса	Цел	Препоръчителен контрол
Почистване и подсушаване	Намалете въглеводородите, влагата и частиците	Използвайте валидирана процедура за почистване и определени условия за работа
Ниво на вакуум	Ограничете окисляването и поддържайте квалифицирана атмосфера за спояване	Запишете налягане спрямо одобрения цикъл; дефинирайте аларми и граници на отхвърляне
Скорост на нагряване	Управлявайте термичните градиенти и отделянето на газове	Установете квалифициран профил на наклона за действителното натоварване на пещта
Температура на накисване	Постигнете необходимия поток и омокряне на пълнежния метал	Използвайте калибрирано измерване на температурата и валидиран работен прозорец
Равномерност на температурата	Ограничете вариациите между частите и позициите на товара	Определяне на работната зона на пещта и представителната конфигурация на натоварването
Време на престой	Оставете достатъчен поток на пълнителя без прекомерна реакция	Установете чрез представителни опити за спояване
Скорост на охлаждане	Контролирайте термичните градиенти и остатъчното напрежение	Посочете условията на охлаждане въз основа на материалите и геометрията на фугите

 

Цикълът на пещта трябва да бъде валидиран, като се използват представителни производствени натоварвания. Еднородността на температурата в пещта и действителната температура на частта не са непременно идентични, особено когато масата на частта, конструкцията на приспособлението и плътността на натоварване варират.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

 

Определяне на критериите за приемане на запоени AgW/CuW контакти
Номинално съотношение на кухини от 5% или по-малко може да се използва като специфична за проекта цел за приемане на запоен интерфейс, но това не е универсална граница за приемане за всички ACB контакти. Допустимият размер на дефекта, местоположението на дефекта и необходимата свързана площ трябва да бъдат определени от дизайна на контакта, електрическото натоварване, механичното натоварване и спецификацията на клиента.

 

Само общата празна площ може да не предскаже надеждността на ставата. Единична голяма празнина близо до силно натоварен ръб може да бъде по-вредна от няколко малки, разпределени пори със същата кумулативна площ. Следователно критериите за приемане трябва да вземат предвид както общата площ на индикацията, така и местоположението, размера и разпределението на отделните индикации.

 

Стабилният план за проверка прави разлика между:
Коефициент на празнота:Прогнозната проектирана площ на откритите кухини, разделена на оценената площ на фугата.
Съотношение на залепена площ:Прогнозната площ на ефективно свързване, разделена на номиналната повърхност на интерфейса.
Максимално индивидуално показание:Най-голямата открита несвързана област или пора.
Местоположение на дефекта на ръба:Дали дадена индикация пресича ръб на съединението или критичен участък за пренос на напрежение.
Електрически характеристики:Дали сглобеният контакт отговаря на определените граници на устойчивост и повишаване на температурата.

Когато чертежът определя коефициент на празнота не повече от 5%, процедурата за инспекция трябва също така да определи как се измерва оценяваната площ и как се третират индикациите по ръбовете.

Ултразвуково изпитване срещу разрушителна металографска проверка
Ултразвуковото изпитване (UT) може да помогне за идентифициране на прекъсванията на интерфейса, но неговата пригодност зависи от размерите на контакта, геометрията на фугата, затихването на материала, достъпа до повърхността и акустичните свойства на композита AgW/CuW. Малки, извити или неправилни интерфейси може да е трудно да се оценят надеждно без валидирана процедура за проверка.

 

За плътни огнеупорни контактни възли, методът на проверка трябва да бъде избран чрез опити, като се използват представителни съединения и известни или независимо характеризирани дефекти. Разрушителната металография може да предостави пряко доказателство за състоянието на интерфейса върху взети проби от части, докато ултразвуковата инспекция може да подпомогне неразрушителен скрининг, когато е демонстрирана адекватна способност за откриване.

 

Метод на проверка	Първична информация	Предимства	Ограничения
Ултразвуково изследване (UT)	Вътрешни прекъсвания и индикации за интерфейс	Неразрушителен; може да поддържа инспекция на производството, когато геометрията и материалът позволяват	Чувствителността на откриване зависи от геометрията, калибрирането и реакцията на материала
Металографско напречно сечение	Директен изглед на споената повърхност, разпределението на пълнителя и кухините	Оценка с висока разделителна способност на локалната структура на ставите	Разрушителен; оценява само избраната секция или местоположение
Рентгенова радиография или компютърна томография	Вариации на вътрешната плътност и триизмерно разпределение на дефектите в зависимост от техниката	Може да разкрие вътрешни характеристики, недостъпни за повърхностна проверка	Разделителната способност, контрастът и откриваемостта зависят от дебелината на материала и геометрията на дефекта
Четирипроводно измерване на съпротивление	Електрическо съпротивление на зададения токов път	Директно измерване на електрически характеристики	Не разкрива независимо местоположението на дефекта или доказва механична цялост
Механично изпитване	Якост на съединението при определен режим на натоварване	Оценява товароносимостта	Може да не възпроизвежда зареждането на услугата; обикновено разрушителни или базирани на проби

 

За пускане в производство избраният метод трябва да бъде подкрепен от документирана процедура, калибрирано оборудване, представителни референтни проби и определени критерии за приемане. Резултатът от инспекция без разрушаване не трябва да се докладва като количествено съотношение на празнини, освен ако не е доказано, че методът осигурява това измерване с подходяща точност.

Корелиране на съотношението на кухините с електрическите и механичните характеристики
Връзката между съотношението на кухините и производителността зависи от формата на съединението и пространственото разпределение на дефектите. Празнините могат да намалят ефективната проводима площ, да увеличат плътността на тока около останалите свързани области и да създадат локални топлинни градиенти. В същото време дефектите в близост до ръба на интерфейса могат да увеличат локалната концентрация на напрежение при термичен цикъл.

 

Планът за валидиране на проекта трябва да съпостави избрания метод за безразрушителен контрол с представителни металографски разрези и електрически измервания.

 

Етап на проверка	Измерване	Инженерно предназначение
Първоначална проверка	Интерфейсни индикации и състояние на размерите	Установете базовото качество на запоения възел
Оценка на залепената площ	Съотношение на кухини, разпределение на дефектите и местоположение на ръба, когато могат да бъдат измерени	Проверете съответствието с дефинираните критерии за съвместно приемане
Електрически тестове	Четирипроводно съпротивление в определени точки на измерване	Открийте прекомерно съпротивление или нестабилна електрическа работа
Топлинна оценка	Повишаване на температурата при определен токов профил	Идентифицирайте локално нагряване, свързано със съпротивление или свиване на тока
Валидиране на механично или умора	Работоспособност при определени натоварвания и цикли	Оценете дълготрайността на съединението при представителни условия на обслужване
Проверка след теста	Повторете електрическите и структурните проверки	Идентифицирайте нарастването на дефекта или промените след зареждане

 

Границите на приемливост трябва да бъдат установени преди валидирането на производството. Ако е посочен 5% максимален коефициент на празнота, свързаният метод за изпитване, несигурността на измерването и планът за вземане на проби трябва да бъдат съгласувани с клиента. Успешният резултат от съотношението на празнините не замества електрическата, термичната или механичната квалификация.

 

 

 

Управление на нередовни контактни профили и големи свързани интерфейси
Тежките ACB дъгови контакти могат да използват некръгли профили, стъпаловидни секции, извити повърхности или големи контактни повърхности. Тези геометрии увеличават значението на повторяемостта на приспособлението, поставянето на пълнителя и контрола на размерите по време на вакуумно спояване.

 

По-голям номинален интерфейс не създава автоматично по-голяма ефективна свързана площ. Разпределението на пълнителя може да варира в зависимост от хлабината на фугата, плоскостта на повърхността, налягането на закрепване и позицията на компонента в рамките на натоварването на пещта. Неправилните форми също могат да развият неравномерни термични градиенти по време на нагряване и охлаждане.

 

Инженерният преглед трябва да идентифицира критични за качеството функции, преди инструментите и приспособленията да бъдат пуснати на пазара:
Размери на контактната повърхност и плоскост:Контролирайте геометрията, която определя свързващия интерфейс и контактното налягане.
Размери на запоения интерфейс:Определете номиналната площ на фугата и областите, където несвързаните индикации са неприемливи.
Разположение на пълнителя:Предотвратете изместване, непълно покритие или прекомерно натрупване на пълнител по време на нагряване.
Твърдост на приспособлението и подравняване:Поддържайте проектираната позиция, без да налагате ненужно напрежение върху крехки или порести контактни материали.
Допуск за обработка след запояване:Отчитайте изкривяването и довършителните операции, необходими за постигане на крайния контактен профил.
Проследимост:Свържете готовия монтаж с посочените материали, цикъл на пещта и записи от инспекции.

Чертежът трябва да разграничава номиналните размери от функционалните допуски. Трябва да се прилагат строги толеранси към характеристиките, които влияят върху подравняването на контактите, електрическите характеристики или монтажа, а не безразборно към всяка повърхност.

Обработка след запояване и проверка на размерите
Някои възли изискват шлайфане или механична обработка след запояване, за да се постигне крайният контактен профил, състояние на повърхността или монтажни размери. Тези операции трябва да избягват въвеждането на пукнатини, отчупване на ръбовете или прекомерно остатъчно напрежение в огнеупорния контактен материал или споената повърхност.

 

Проверката на размерите трябва да използва базова структура, която отразява изискванията за монтаж и свързване на завършения комплект. Инспекцията с координатна измервателна машина (CMM) може да провери сложни профили и позиционни връзки, където геометрията на детайла и стратегията за измерване са подходящи.

 

Качествена характеристика	Подход за проверка	Основа за приемане
Контактно лицев профил	CMM, оптично измерване или подходящ специален габарит	Одобрен чертеж
Плоскостност и успоредност	CMM или валидиран метод за измерване на повърхността	Функционални изисквания към контактния интерфейс
Позиция на монтажния отвор	CMM или специално приспособление за проверка	Позиционен толеранс, базиран на дата
Целостта на запоените съединения	Квалифициран UT, радиография, металография или определена комбинация	Одобрени съвместни критерии за приемане
Електрическо съпротивление	Четирипроводно измерване на Келвин	Определена устойчивост и толерантност
Повърхностни дефекти	Визуална проверка при определено осветление и увеличение, когато е необходимо	Одобрени визуални критерии
Много последователност	Статистически размерен мониторинг и проследимост	План за контрол на клиента и договорени критерии за капацитет на процеса

 

Резултатите от CMM установяват съответствие на размерите; те не доказват вътрешна цялост на спояване. По същия начин, здравият запоен интерфейс не гарантира, че крайният контактен профил отговаря на своите допуски за сглобяване. Тези характеристики изискват отделна проверка.

Производствена квалификация и документация за качество в автомобилен стил
Когато клиентът изисква пакет за качество в автомобилния стил, планът за контрол трябва да свързва сертифицирането на материалите, записите от цикъла на пещта, проверката на размерите, тестването на целостта на ставите и електрическата проверка с одобрената ревизия на частта.

 

Сертифицирането по IATF 16949 трябва да се изисква само за конкретния производствен обект, когато сертификационният му статус е проверен. Клиентът може да изисква документация за PPAP ниво 3, но нивото на подаване и критериите за одобрение трябва да бъдат договорени за всяка програма.

 

Подходящият квалификационен пакет може да включва:
Сертификати за материали за определен клас AgW/CuW, поддържащ материал и пълнител за спояване.
Записи за подготовка на повърхността и цикъл на пещ, включително дефинирани параметри на процеса.
Доклади за проверка на размерите за контактни повърхности, монтажни характеристики и цялостна геометрия на монтажа.
Данни за валидиране на избрания метод за безразрушителен контрол.
Металографски резултати от представителни квалификационни проби.
Електрическо съпротивление и, когато е посочено, протоколи от изпитване за повишаване на температурата.
Контролни планове, доказателство за системата за измерване и проследимост на партидата.
Одобрени процедури за контрол на отклоненията и промените за материали, инструменти, химия на пълнителя или параметри на спояване.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

Необходими данни за OEM оферта и преглед на DFM
Технически валидната оферта изисква материал, геометрия, условия на обслужване и изисквания за качество, които определят осъществимостта на процеса. За монтаж на дъгов контактен прекъсвач, първоначалният преглед трябва да установи:

 

Входни данни	Защо има значение
Изисквания за състав, качество и плътност на AgW/CuW	Определя поведението на материала и пригодността на процеса на свързване
Поддръжка на материал и конфигурация на интерфейса	Установява съображения за съвместимост на пълнителя и топлинно разширение
2D чертеж и 3D CAD модел	Определя контактния профил, номиналната площ на съединението и критичните размери
Спецификация на пълнителя за спояване, ако е фиксирана	Ограничава квалифицирания термичен цикъл и химията на ставите
Изисквания за номинален ток и прекъсване на късо съединение	Осигурява контекст за електрическа и топлинна квалификация
Условия на работа и термичен цикъл	Определя необходимата оценка на дълготрайността
Максимално съотношение на кухини и критерии за залепена площ	Установява основата за приемане на проверката
Годишно търсене и размер на партидата	Информира зареждането на пещта, дизайна на приспособленията и планирането на инспекцията
Необходима документация за качество	Дефинира записите за валидиране и пакета за изпращане от клиента

 

Ефективността при късо съединение е свойство на цялостния дизайн на прекъсвача и неговата валидирана система за прекъсване. Един запоен контактен възел не може самостоятелно да установи номиналната мощност на прекъсване на ACB. Материалът на контакта, геометрията, работният механизъм, дъговата камера и условията на изпитване трябва да се разглеждат заедно.

Обхват на доставка на Apollo за AgW/CuW запоени контактни възли
Apollo Electronic Components (Xiamen) Co., Ltd може да прегледа чертежи и технически изисквания за огнеупорни контактни възли, предназначени за индустриално превключващо оборудване. Производственият маршрут трябва да бъде потвърден спрямо действителния дизайн на компонента и възможностите на доставящия производствен обект.

 

Инженерната дискусия трябва да се съсредоточи върху съвместимостта на материалите, конфигурацията на съединението, изискванията за цикъла на пещта, толерансите на размерите и метода на проверка, необходим за проверка на заровения интерфейс. За големи или нередовни контакти с AgW/CuW, тези решения трябва да бъдат решени преди да бъдат ангажирани производствени инструменти и образци за квалификация.

 

Целта е документирана производствена спецификация, която свързва чертежа с повтарящи се условия на процеса и измерими критерии за приемане. Когато клиентът посочи коефициент на празнота не повече от 5%, методът на проверка и неговата демонстрирана способност за откриване трябва да бъдат включени в договорения план за качество.

 

 

За какво съотношение на празнини е приемливовакуумно запоени AgW и CuW контакти?
Проектът може да определи максимално съотношение на празнота от 5%, но това не е универсално ограничение за индустрията. Приемането трябва да определи метода на проверка, оценената площ на фугата, максималната индивидуална индикация и лечението на дефектите по ръбовете.

Може ли вакуумното спояване да гарантира 100% омокряне на контакти на базата на волфрам?
Не. Вакуумът намалява риска от окисляване, но не гарантира пълно намокряне. Резултатите зависят от химическия състав на пълнителя, състоянието на субстрата, подготовката на повърхността, хлабината на фугите и квалифицирания цикъл на пещ. Необходими са представителни изпитвания и проверка на целостта на ставите.

Какви документи за инспекция трябва да предостави доставчикът на OEM за ACB запоени контакти?
Договореният пакет може да включва сертификати за материали, записи от цикъла на пещта, отчети за размерите, квалифицирани резултати от неразрушителен контрол, металографски проби, електрически измервания и възможност за проследяване на партидата. PPAP документацията трябва да следва определеното от клиента ниво на подаване.