Lutowane srebrne styki w wyłącznikach-wysokonapięciowych: wiązanie materiałów i odporność na łuk

Zespół styków lutowanych srebrem łączy głowicę stykową-na bazie srebra z miedzianą podporą w metalurgicznie spojonej warstwie lutu. W przypadku wysokoprądowych wyłączników-dobór materiału styków, temperatura lutowania, geometria złącza, pokrycie-powierzchni łączenia i kontrola po-lutowaniu bezpośrednio wpływają na rezystancję styków, wzrost temperatury, retencję mechaniczną i zachowanie-erozji łuku.

W przypadku wyłączników MCCB i innych-wysokoprądowych struktur przełączających celem inżynierskim nie jest po prostu powierzchnia styku bogata w srebro. Kompletny zespół musi utrzymywać ścieżkę prądową o niskiej-oporności, a jednocześnie wytrzymywać powtarzającą się energię łuku, cykle termiczne i obciążenia mechaniczne na styku.

Materiały kontaktowe AgWC i AgC do ekspozycji na łuk

Podczas przerwy powierzchnia styku jest narażona na miejscowe nagrzewanie, przyłączenie łuku, przenoszenie materiału i powtarzające się cykle termiczne. Dlatego systemy AgWC i AgC są brane pod uwagę, gdy aplikacja wymaga twardszej fazy kontaktowej niż czyste srebro.

Rzeczywisty skład należy wybrać w oparciu o prąd znamionowy, napięcie,-wytrzymałość na przerwę w obwodzie, częstotliwość przełączania i geometrię styków, a nie samą nazwę materiału.

W przypadku systemu styków MCCB główki stykowej nie można oceniać niezależnie od miedzianej podstawy. Materiał stykowy o dobrej odporności na łuk może w dalszym ciągu powodować przedwczesne uszkodzenie montażu, jeśli lutowane złącze zawiera puste przestrzenie, niewystarczające zwilżenie lub nieodpowiednią powierzchnię łączenia.

Rezystancja stykowa i wzrost temperatury w warunkach testowych IEC 60947

Na rezystancję styku wpływa stan powierzchni, nacisk styku, twardość materiału, geometria styku i konstrukcja ścieżki prądowej. Niska wartość rezystancji początkowej jest użyteczna tylko wtedy, gdy pozostaje stabilna po cyklach termicznych i elektrycznych.

W przypadku kontroli produkcji zespoły inżynieryjne powinny zdefiniować mierzalne kryteria akceptacji dla:

• Rezystancja styku w mΩ przy określonym prądzie testowym.
• Wzrost temperatury styków poniżej prądu znamionowego.
• Tolerancja wymiarowa łba kontaktowego-w mm.
• Lutowane pokrycie złącza i wykrywalny obszar pustych przestrzeni.
• Mechaniczna wytrzymałość na ścinanie w MPa.
• Twardość powierzchniowa lub mikro-twardość w HV, jeśli ma to zastosowanie.

Specyfikacja dostawcy powinna zatem określać metodę testowania, miejsce pomiaru, zastosowany prąd i granicę akceptacji, a nie podawać jedynie ogólne stwierdzenie, takie jak „niska rezystancja”.

Połączenie lutowane a połączenie nitowane dla styków o wysokim-prądzie

Lutowanie i nitowanie tworzą różne interfejsy mechaniczne i elektryczne. Styk nitowy polega na odkształceniu mechanicznym i kontrolowanym kontakcie pomiędzy elementami, podczas gdy lutowanie tworzy połączenie metalurgiczne poprzez lutowniczy stop.

Konstrukcja lutowana może zapewnić ciągły obszar połączenia pod łbem stykowym, ale tylko wtedy, gdy połączenie jest odpowiednio zaprojektowane. Dostawca powinien kontrolować luz lutowniczy,-rozkład spoiwa, szybkość nagrzewania, temperaturę szczytową i warunki chłodzenia.

W przypadku nitowania główne zmienne przesuwają się w stronę średnicy trzpienia nitu, siły spęczającej, wysokości łba, koncentryczności i szczątkowego mechanicznego napięcia wstępnego.

Temperatura lutowania, zwilżanie i luz złącza

Proces lutowania należy ustalić na podstawie rzeczywistego układu-metalu dodatkowego, a nie ogólnej temperatury pieca.

Do ważnych zmiennych procesowych należą:

• Zakres topnienia stopu wypełniacza i temperatura likwidusu.
• Miedź-stan powierzchni podporowej przed lutowaniem.
• Wyrównanie-głowicy i podpory.
• Luz złącza i odległość przepływu kapilarnego.
• Szybkość nagrzewania i temperatura szczytowa.
• Czas utrzymywania w temperaturze lutowania.
• Atmosfera ochronna lub stan próżni.
• Kontrola szybkości chłodzenia i zniekształceń.

Do celów kwalifikacji produkcji należy zastosować przekroje metalograficzne-, aby potwierdzić, że stop wypełniacza przepłynął przez zamierzony obszar łączenia bez nadmiernych pustych przestrzeni, niepełnego zwilżenia lub niekontrolowanego tworzenia się międzymetali.

Wytrzymałość na ścinanie Większa lub równa 150 MPa: projekt testu, a nie twierdzenia marketingowe

Wartość-wytrzymałości na ścinanie, np. większą lub równą 150 MPa, należy podawać tylko wtedy, gdy jest powiązana z określoną kombinacją materiałów, geometrią złącza i metodą testową. Wynik liczbowy może się znacząco zmieniać w zależności od średnicy główki stykowej-, grubości lutu, obszaru nakładania się, przygotowania próbki i kierunku obciążenia.

W celu kwalifikacji dostawcy zapis testu powinien określać:

Złącze, które zawodzi wewnątrz materiału macierzystego, a nie wzdłuż lutowanego złącza, dostarcza informacji inżynierskich innych niż awaria złącza. Dlatego też zapisy kontroli jakości powinny dokumentować lokalizację pęknięcia, a nie tylko obciążenie szczytowe.

Geometria nośnika miedzi i przewodność elektryczna

Miedziany wspornik zapewnia główną ścieżkę-przenoszenia prądu za głowicą stykową. Gatunek miedzi,-powierzchnia przekroju poprzecznego, grubość podpory i geometria-strefy lutowania – wszystko to wpływa na spadek napięcia i wzrost temperatury.

Jeżeli określono przewodność elektryczną, specyfikacja zakupu powinna określać gatunek miedzi i podstawę testu. Wartości takich jak Większe lub równe 85% IACS nie należy przenosić pomiędzy gatunkami miedzi bez weryfikacji.

Konstrukcja mechaniczna powinna również zapobiegać nadmiernej koncentracji ciepła wokół obszaru lutowanego. Ostre zmiany przekroju, cienkie sekcje podporowe i źle kontrolowane ślady lutowania mogą powodować lokalne gradienty temperatury podczas pracy przy wysokim-prądzie.

Projekt interfejsu AgWC/AgC: kontrola wymiarowa 0,01–0,05 mm

Głowica stykowa i miedziana podpora muszą pozostać wyrównane podczas lutowania. W zależności od wielkości elementu i możliwości procesu, wymiary krytyczne mogą być kontrolowane w zakresie od ±0,01 mm do ±0,05 mm, ale rzeczywistą tolerancję należy ustalić na podstawie rysunku projektu wyłącznika i zestawu montażowego-w górę.

Kluczowe wymiary zwykle obejmują:

• Kontakt-średnica łba.
• Grubość główki kontaktowej-.
• Szerokość i grubość podpory.
• Średnica obszaru lutowania-.
• Kontakt-płaskość twarzy.
• Koncentryczność pomiędzy główką stykową a wspornikiem.
• Gotowa wysokość montażu.

Kontrolę wymiarową należy przeprowadzić po lutowaniu, ponieważ odkształcenia termiczne mogą zmienić ostateczną geometrię.

Wady lutowania: puste przestrzenie,-zamoczenie i niewspółosiowość

Najważniejsze wady lutowania są zazwyczaj związane z niepełnym przepływem wypełniacza, uwięzieniem gazu, zanieczyszczeniem i niekontrolowanym nagrzewaniem.

Dlatego kontrolowany proces lutowania twardego powinien być łączony z kontrolą wymiarową, a nie traktowany jako izolowana operacja termiczna.

Kontrola rentgenowska/CT pod kątem wewnętrznych wad lutowania

Kontrola wzrokowa nie pozwala na wiarygodną identyfikację wewnętrznych pustych przestrzeni pod srebrną główką stykową. W przypadku-komponentów wyłącznika wysokoprądowego-prześwietlenie rentgenowskie lub tomografia komputerowa może dostarczyć nie-niszczących dowodów stanu wewnętrznego stawu.

Specyfikacja inspekcji powinna określać:

• Obszar inspekcji.
• Minimalny wykrywalny rozmiar wady.
• Maksymalny dozwolony procent pustych przestrzeni lub indywidualny rozmiar pustych przestrzeni.
• Miejsce odbioru.
• Częstotliwość próbkowania.
• Rozdzielczość sprzętu.
• Identyfikacja partii.
• Format raportu z inspekcji.

Granice akceptacji należy uzgodnić z rysunkiem elementu lub planem jakości. Ogólna instrukcja „zero nieważności” nie jest przydatna z technicznego punktu widzenia, chyba że zdefiniowano również próg wykrywalności.

Weryfikacja ultradźwiękowa i metalograficzna

Kontrolę ultradźwiękową można rozważyć tam, gdzie geometria komponentów i kombinacja materiałów zapewniają wystarczające sprzężenie akustyczne i separację sygnału.

Do kwalifikacji procesu metalografia niszcząca pozostaje użyteczna, ponieważ bezpośrednio ujawnia:

• Lutowanie-ciągłości warstwy.
• Dystrybucja wypełniacza.
• Strefy reakcji interfejsu.
• Porowatość.
• Spękanie.
• Niepełne zwilżenie.
• Miejscowe przegrzanie.

Badania NDT i metalografia służą różnym celom. NDT wspiera kontrolę produkcji bez niszczenia komponentu; metalografia dostarcza szczegółowych dowodów-procesu rozwoju na podstawie wybranych próbek.

Testowanie ścinania i analiza uszkodzeń-

Test ścinania powinien przykładać kontrolowane obciążenie do główki stykowej, aż do wystąpienia uszkodzenia interfejsu lub-awarii materiału macierzystego.

Sprawozdanie z badania powinno zawierać dane identyfikacyjne próbki, partię materiału, powierzchnię złącza, maksymalną siłę, obliczone naprężenie, konfigurację obciążenia i lokalizację pęknięcia.

Na przykład:

Naprężenie ścinające (MPa)=Maksymalne obciążenie ścinające (N) ÷ Efektywna powierzchnia klejenia (mm²)

Jeśli efektywny obszar łączenia nie jest mierzony w sposób spójny, nie można bezpośrednio porównać danych dotyczących wytrzymałości na ścinanie dla różnych geometrii komponentów.

Certyfikacja materiałów AgWC/AgC i zapisy partii

W przypadku komponentów przełączających wysokiego napięcia-związanych z motoryzacją, identyfikowalność materiałów powinna obejmować etap od przyjęcia surowca do gotowego montażu.

Kontrolowany zapis może obejmować:

• Kontakt-gatunek materiału.
• Zawartość srebra lub deklarowany skład.
• Specyfikacja węglika wolframu lub fazy węglowej.
• Stopień miedzi.
• Wypełniacz-gatunek metalu.
• Dostawca-surowców.
• Numer partii.
• Data produkcji.
• Identyfikacja sprzętu do lutowania twardego.
• Profil temperatury lutowania.
• Identyfikacja operatora lub linii produkcyjnej.
• Wynik NDT.
• Wynik kontroli wymiarowej.
• Wynik testu mechanicznego.

Systemy jakości ISO 9001 i IATF 16949 mogą zapewnić ramy dla kontroli procesu i identyfikowalności, podczas gdy rzeczywiste kryteria akceptacji komponentów powinny pozostać-specyficzne dla produktu.

Zgodność materiałowa z dyrektywami RoHS i REACH

Zgodność materiałów powinna być udokumentowana poprzez kontrolowane deklaracje i, jeśli to konieczne, badania laboratoryjne.

W przypadku zamówień pakiet dostawcy powinien rozróżniać:

• Deklaracja składu materiału.
• Dokumentacja zgodności z dyrektywą RoHS.
• Deklaracja-stanu substancji REACH.
• Certyfikat materiału przychodzącego.
• Możliwość śledzenia-partii produkcyjnej.
• Końcowy protokół kontroli.

To oddzielenie zapobiega nieprawidłowemu traktowaniu dokumentu zgodności jako dowodu właściwości mechanicznych lub elektrycznych.

Możliwości procesu: ±0,01 mm do ±0,05 mm Wymiary krytyczne

Możliwości wymiarowe należy oceniać na podstawie rzeczywistego rysunku technicznego. W przypadku precyzyjnych zespołów stykowych pomiar może obejmować mikrometry, układy optyczne, sprzęt CMM lub dedykowane mierniki.

Jeżeli na rysunku określono ±0,01 mm, dostawca powinien wykazać zdolność procesu przy użyciu określonego systemu pomiarowego i metody pobierania próbek, a nie polegać na pojedynczym wyniku kontroli.

W przypadku-produkcji na większą skalę można zastosować statystyczną kontrolę procesu do takich wymiarów, jak-wysokość łba styku, grubość podpory, wysokość zespołu lutowanego i koncentryczność.

Co decyduje o wymaganej wytrzymałości złącza lutowniczego dla srebrnego styku wyłącznika?

Wymagana wartość zależy od geometrii styku, obciążenia zespołu, cykli termicznych i zastosowania. Wytrzymałość na ścinanie należy określić w MPa wraz z geometrią badania, powierzchnią łączenia, kierunkiem obciążenia i sposobem zniszczenia.

W jaki sposób sprawdzana jest jakość wewnętrznego lutowania srebrnego zespołu styków?

Kontrola rentgenowska lub tomografia komputerowa może wykryć wewnętrzne puste przestrzenie i niekompletne połączenia bez niszczenia elementu. Wybrane próbki można następnie poddać przekrojom metalograficznym i testom ścinania w celu kwalifikacji procesu.

Jaką identyfikowalność powinien zapewnić dostawca styków lutowanych AgWC lub AgC?

Dostawca powinien powiązać partie-materiałów kontaktowych i miedzi-podpory z dokumentacją-metalu wypełniającego, parametrami lutowania, wynikami badań NDT, kontrolą wymiarową i końcową identyfikacją partii. Systemy ISO 9001 lub IATF 16949 mogą wspierać tę strukturę identyfikowalności.

W przypadku bieżących programów-wyłączników automatycznych wyślij teraz rysunek styków, wymagania materiałowe AgWC/AgC i kryteria kontroli lutowania twardego dla swojegoLutowany srebrny zespół styków, dzięki czemu zespół produkcyjny może sprawdzić wspólny projekt, oprzyrządowanie, badania NDT i wykonalność produkcji przed kolejną wersją zakupową.