Design og mekanisme af svejsematerialer – et nøgleled i lavspændingselektriske svejsekomponenter-

Med udviklingen af ​​industriel elektrificerings- og automatiseringsteknologier er kravene til sikkerhed, stabilitet og langsigtet{0}}pålidelighed af elektriske lavspændingsprodukter konstant stigende.- Kernekomponenter såsom kontaktsamlinger, termiske samlinger, magnetiske samlinger og ledende forbindelsesstrukturer kræver alle stabile metalforbindelsesteknologier for at opnå permanent binding. Blandt talrige forbindelsesprocesser er lodde- og svejseteknologier meget udbredt i fremstilling af elektriske forbindelser på grund af deres pålidelighed og tilpasningsevne. For eksempel er stødsvejsning og modstandssvejsning blevet vigtige teknologiske fundamenter i fremstilling af elektriske komponenter.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I elektriske afbrydersystemer med lav-spænding påvirker problemer såsom kontaktudbrænding-udbrændt, sølvkontaktløshed og øget kontaktmodstand direkte produktets levetid og sikkerhedsydelse. Relevant statistik viser, at når svejsekvaliteten er utilstrækkelig, kan udbrændingshastigheden for kontaktmaterialer stige med 2 til 3 gange, hvilket fører til en betydelig reduktion i produktets levetid. Derfor bliver svejsekvalitet under de samme produktdesignbetingelser ofte en nøglefaktor, der bestemmer udstyrets pålidelighed. Svejseproces, svejsematerialer, grundmaterialekarakteristika og udstyrsevner bestemmer tilsammen den endelige kvalitet, blandt hvilke design og udvælgelse af svejsematerialer er særligt vigtige. Mange elektriske forbindelsesstrukturer, som f.eks. loddede elektriske kontakter, er afhængige af stabile loddematerialer for at sikre langsigtet pålidelig drift.

 

Loddemetal fungerer som en bro mellem grundmaterialet og underlaget i et svejsesystem, hvilket muliggør metallurgisk binding mellem forskellige materialer. På grund af dens relativt lave loddetemperatur og egnethed til komplekse strukturer og uens materialeforbindelser, er lodning i vid udstrækning brugt til fremstilling af elektriske apparater med lav-spænding. Fra et materialemæssigt perspektiv kan loddematerialer klassificeres i forskellige systemer såsom sølv-baseret og kobber-baseret, og med hensyn til fysisk form kan de opdeles i solide lodninger, pulverloddemidler og pastalodder. Forskellige elektriske produkter, såsom elektriske kontaktsamlinger, kræver ofte valg af passende loddesystemer baseret på deres driftsstrøm, temperaturforhold og mekaniske struktur.

 

Under faktisk svejsning kan der forekomme defekter såsom porøsitet, revner og slaggeindeslutninger i svejsningen, hvilket svækker den mekaniske styrke og ledningsevne af svejseforbindelsen. For eksempel, i tilfælde af sølvkontakter, der lodder et kobbersubstrat, opstår der let oxidation på kobberoverfladen under svejseopvarmningsprocessen. Hvis oxidationsreaktionen ikke kontrolleres effektivt, kombineres kobber med oxygen til dannelse af kobber(II)oxid, som under svejsningens størkning danner en eutektisk struktur med lavt-smeltepunkt- fordelt langs kobberkorngrænserne, hvilket reducerer den samlede styrke af samlingen. Lignende problemer kan forekomme i nogle projektionssvejseforbindelser, hvilket gør kontrollen af ​​lodde- og svejsemiljøet afgørende.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hovedårsagerne til svejseporøsitet er tæt forbundet med materialernes termofysiske egenskaber. Både sølv og kobber har høj varmeledningsevne. Når svejsebassinet størkner hurtigt under afkølingsfasen, falder opløseligheden af ​​gasser i bassinet hurtigt, og nedbøren begynder. Hvis gasserne ikke kan slippe ud i tide før størkning, vil der dannes porøsitetsstrukturer inde i svejsningen. Denne type problemer kræver særlig opmærksomhed, når man fremstiller sølvloddede elektriske kontakter, da svejsedefekter påvirker den nuværende transmissionskapacitet og langsigtede-pålidelighed.

 

Ved svejsning af sølvkontakter til et kobbersubstrat kan der også opstå varme revner i smeltezonen. Hovedårsagerne omfatter den store lineære ekspansionskoefficient af kobber, den Cu+Cu₂O eutektiske struktur dannet under størkning og adskillelsen af ​​urenheder i basismaterialet ved korngrænser. Den kombinerede effekt af disse faktorer kan føre til spændingskoncentration i svejseområdet, hvilket resulterer i revnedannelse. For nogle svejsede elektriske kontaktdele kan disse revner direkte påvirke driftsstabiliteten af ​​det elektriske udstyr.

 

Blandt forskellige loddesystemer er fosfor-holdige kobber-baserede loddemidler i vid udstrækning brugt til at forbinde kobber og kobberlegeringer. Fosfor-holdige loddemidler besidder god flydende og selv-loddeegenskaber, men udviser også en vis skørhed. Derfor skal der skabes en balance mellem flydeevne og fugesejhed under materialedesign. Mange loddesystemer, der bruges til loddede sølvkontaktsamlinger, kræver sammensætningsoptimering for at forbedre den samlede svejsepålidelighed.

 

Fosfor spiller to hovedroller i loddesystemer. For det første, ifølge Cu-P fasediagrammet, når fosforindholdet når en vis andel, kan kobber og fosfor danne en eutektisk struktur med lavt-smeltepunkt-, hvilket signifikant reducerer loddemets smeltetemperatur og forbedrer svejsefluiditeten. Cu₃P er imidlertid en typisk sprød fase, og dens indhold stiger med stigende fosforindhold. Derfor er streng kontrol med fosforindholdet nødvendig for at undgå for stor skørhed i svejsefugen. Ved visse anvendelser af kobbersølvsvejsede kontakter er denne sammensætningskontrol særlig kritisk.

 

For det andet udviser fosfor også en vis grad af selv-lodning under svejseprocessen. Under høje-temperaturforhold kan kobberoxider reagere med fosfor og danne oxider og derved hæmme yderligere oxidation af kobberoverfladen. Denne reaktion kan danne et beskyttende flydende oxidlag, som holder basismaterialets overflade aktiv og letter loddemiddelbefugtning og diffusion. Denne egenskab gør fosfor-holdige loddematerialer meget værdifulde til kobbermaterialesammenføjning og anvendes i vid udstrækning i strukturer såsom elektriske kontakter med sølvspidser.

 

Det er dog vigtigt at bemærke, at fosfor-holdige loddemidler har svag korrosionsbestandighed i svovlholdige-miljøer, dårlig befugtning med jern-baserede materialer og kan danne skøre forbindelser. Ved svejsning af stål eller jernholdige legeringer skal der derfor vælges alternative loddesystemer baseret på de specifikke omstændigheder. For brugerdefinerede elektriske kontaktkomponenter, der kræver høj pålidelighed, er vurdering af loddekompatibilitet særlig vigtig.

 

Med hensyn til optimering af loddesammensætning kan tilføjelse af små mængder legeringselementer forbedre mikrostrukturen af ​​den svejste samling betydeligt. For eksempel kan visse legeringselementer sænke smeltepunktet af en legering, øge andelen af ​​eutektisk struktur og ændre morfologien af ​​Cu₃P-fasen, transformere den fra en blokeret eller dendritisk struktur til fine partikler, og derved forbedre samlingens sejhed og plasticitet. Denne materialedesigntilgang er blevet brugt bredt til AgCu-kontaktsamlinger med høj-pålidelighed til koblingsudstyr.

 

Set fra svejsegrænsefladestrukturens perspektiv består en typisk loddet samling normalt af tre dele: et grænsefladelag, et diffusionslag og et restlag. Grænsefladelaget består hovedsageligt af et metallurgisk bindingslag dannet mellem legeringselementerne og basismaterialet; diffusionslaget består hovedsageligt af en kobber-baseret fast opløsning indeholdende fosfor og legeringselementer; og det resterende lag kan indeholde udiffunderet Cu3P eutektisk struktur. For at forbedre svejsestyrken er det nødvendigt at reducere tykkelsen af ​​det resterende lag og optimere den eutektiske struktur gennem materialedesign. Denne mikrostrukturkontrol er afgørende for mange komplekse elektriske kontaktforgyldte-- eller sølvkontaktenheder.

 

Ud over design af loddesammensætning er højaktiv flux også en vigtig faktor for at sikre svejsekvaliteten. Egnet flusmiddel kan fjerne oxider fra basismaterialets overflade, forbedre loddets fugtighed og forhindre korrosion af metalsubstratet. Et vel-designet fluxsystem fremmer en jævn, tæt og fuld svejsestruktur, hvilket yderligere forbedrer svejsepålideligheden. Denne type proces findes almindeligvis i automatiserede svejseprocesser såsom ovnlodning eller modstandslodning.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Med den kontinuerlige udvikling af elektrisk-lavspændingsteknologi introduceres nye materialer og strukturer konstant i design af elektrisk udstyr, hvilket stiller højere krav til svejsepålidelighed. Fra loddedesign til svejseproceskontrol og grænseflademikrostrukturoptimering driver den synergistiske udvikling af materialevidenskab og fremstillingsteknologi kontinuerligt fremskridtet inden for elektrisk forbindelsesteknologi.

 

I praktiske industrielle applikationer forlænger stabil og pålidelig svejseteknologi ikke kun levetiden for elektriske produkter, men reducerer også omkostningerne til vedligeholdelse af udstyr betydeligt. For masse-producerede Silver Brazed Contact Assembly Factory/OEM-produkter er svejsematerialedesign og procesoptimering blevet et afgørende grundlag for at sikre produktkvalitet.

 

 

I moderne elektrisk udstyr er meget pålidelige svejsede strukturer blevet et vigtigt grundlag for fremstilling af kontaktkomponenter. Fra sølvkontaktlodning til kobber-baserede ledende strukturforbindelser, forskellige typer sølv-loddede elektriske kontakter ogKobber Sølv Svejsede Kontakteranvendes i vid udstrækning i relæer, afbrydere, kontaktorer og koblingsudstyr. Gennem modne processer såsom stødsvejsning, modstandssvejsning, projektionssvejsning og ovnlodning kan stabile og pålidelige loddede elektriske kontakter og komplekse tilpassede elektriske kontaktkomponenter fremstilles.

 

Til behovene for strømafbrydere og industrielt elektrisk udstyr tilbyder specialiserede producenter typisk komplette produktløsninger, herunder elektriske kontaktsamlinger, sølvtippede elektriske kontakter og AgCu kontaktsamlinger til koblingsudstyr. Disse højtydende elektriske kontaktkomponenter sikrer ledningsevne, mens de opfylder applikationskravene om høj pålidelighed og lang levetid.