ชุดประสานประสานทองแดงสัมผัสเงินแข็ง: คู่มือการผลิตและการเชื่อมโลหะ

ทองแดงและโลหะผสมของทองแดงแบ่งออกเป็นกลุ่มโลหะวิทยาหลักๆ สี่กลุ่ม: ทองแดงบริสุทธิ์ (สนามแข็งด้วยไฟฟ้าหรือทองแดงปลอดออกซิเจนที่มีค่ามากกว่าหรือเท่ากับ 99.9% Cu), ทองเหลือง (โลหะผสมทองแดง-สังกะสี), ทองแดง (โลหะผสมทองแดงที่มีดีบุก, อลูมิเนียม, ซิลิคอน หรือเบริลเลียม) และคิวโปรนิกเกิล (โลหะผสมทองแดง-นิกเกิล)เมื่อสร้างชุดประสานทองแดงหน้าสัมผัสโซลิดซิลเวอร์สำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ เซอร์กิตเบรกเกอร์ และคอนแทคเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูง (HVDC) การยึดถือพารามิเตอร์ทางเทอร์โมเครื่องกลและโลหะวิทยาอย่างเคร่งครัดนั้นไม่สามารถต่อรองได้ การนำความร้อนสูง (ประมาณ 401 W/(m·K) สำหรับทองแดงบริสุทธิ์) ทำให้เกิดการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว ทำให้การเชื่อมและการบัดกรีแบบมาตรฐานมีแนวโน้มที่จะเกิดการหลอมเหลวที่ไม่สมบูรณ์ การเจริญเติบโตของเกรนหยาบ และความเครียดจากความร้อนสูง หากการอุ่นเครื่องและการกำหนดค่าข้อต่อไม่ได้รับการควบคุมอย่างเหมาะสม

การปรับแต่งเกรนหลังการเชื่อมและการบรรเทาความเครียด

เนื่องจากทองแดงและโลหะผสมผ่านการตกผลึกอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้มีเม็ดหยาบหลังการเชื่อม-ซึ่งทำให้ความต้านทานแรงดึงและอายุความล้าลดลงโดยตรง- จำเป็นต้องมีการแทรกแซงทางกลทันทีสำหรับการประกอบแบบเชื่อมของหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเงิน ผู้ปฏิบัติงานจะต้องทำการขัดเบา ๆ บนตะเข็บเชื่อมโดยใช้ค้อนหัวแบนทันทีหลังจากการแข็งตัว การกระทำทางกลนี้จะสลายโครงสร้างเดนไดรต์ ปรับปรุงขนาดเกรน และบรรเทาความเครียดจากความร้อนที่ตกค้าง ตามมาตรฐานการทดสอบทางกล ISO 6892-1

โปรโตคอลการเตรียมพื้นผิว

ชั้นออกไซด์ น้ำมันดึง และสิ่งปนเปื้อนอินทรีย์ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคต่อการทำให้เปียกในระหว่างการบัดกรีแข็งแบบเหนี่ยวนำความถี่สูงหรือการเชื่อมด้วยความต้านทาน การทำความสะอาดพื้นผิวต้องเป็นไปตามระเบียบการ 2 ชั้น:

• การทำความสะอาดกลไก: ใช้แปรงลวดสแตนเลสหรือล้อขัดที่ใช้กับทองแดงโดยเฉพาะเพื่อขจัดคราบบนพื้นผิวจนกว่าจะเห็นความแวววาวของโลหะที่สดใส
• การขจัดไขมันและการดองด้วยสารเคมี: ล้างส่วนประกอบโดยใช้อะซิโตนหรือสารละลายน้ำโซเดียมไฮดรอกไซด์ 10% ที่อุณหภูมิ 30 องศา ล้างให้สะอาด จากนั้นดองในกรดไนตริก 35% หรือสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% เป็นเวลา 3 นาทีเพื่อละลายออกไซด์ที่พื้นผิว ล้างและทำให้แห้งสนิทก่อนประกอบ

การอุ่นเครื่องและการควบคุมอินพุตความร้อน

ทองแดงบริสุทธิ์และโลหะผสมทองแดงที่มีความนำไฟฟ้าสูงมีการกระจายความร้อนสูงสำหรับการเชื่อมหน้าสัมผัสเงินของแท่งทองแดง สำหรับส่วนที่หนากว่า 5 มม. จำเป็นต้องอุ่นก่อนเพื่อป้องกันรอบเย็นและขาดฟิวชั่น แหล่งพลังงานการเชื่อมจะต้องให้ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่าที่ใช้กับเหล็กกล้าคาร์บอนเพื่อชดเชยการสูญเสียความร้อนอย่างรวดเร็ว

การออกแบบร่วมและการบรรเทาความผิดเพี้ยน

เนื่องจากทองแดงมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง (ประมาณ 16.5 × 10-6/K) การหดตัวเชิงปริมาตรที่มีนัยสำคัญจึงเกิดขึ้นในระหว่างการแข็งตัว ทำให้เกิดการแตกร้าวระดับไมโครและการบิดเบือนเชิงมุม วิธีแก้ไขปัญหานี้:

• ออกแบบระยะห่างของข้อต่อที่กว้างขึ้นและมุมร่องที่ใหญ่ขึ้น (โดยทั่วไปคือร่อง V-groov 60 องศาถึง 70 องศา)
• ใช้การเชื่อมแทคชั่วคราวแบบหลายจุดเพื่อรักษาพิกัดความเผื่อมิติภายใน ±0.05 มม. ก่อนการเชื่อมด้วยความถี่สูงหรือการเชื่อมด้วยความต้านทานขั้นสุดท้าย

การจัดการวัสดุสิ้นเปลืองและความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม

สำหรับการผลิตส่วนประกอบที่มีการสัมผัสแบบประสาน โลหะตัวเติมและอิเล็กโทรดที่เคลือบจะต้องอบที่อุณหภูมิประมาณ 200 องศาเป็นเวลา 1 ถึง 2 ชั่วโมงก่อนใช้งาน เพื่อกำจัดความชื้นที่กักเก็บซึ่งทำให้เกิดความพรุนของไฮโดรเจน นอกจากนี้ ต้องใช้งานระบบระบายอากาศเฉพาะที่หรือระบบสกัดควันเพื่อป้องกันไข้ควันโลหะที่เกิดจากการสูดดมควันคอปเปอร์ออกไซด์ในระหว่างการต่อที่อุณหภูมิสูง

เมื่อแอปพลิเคชันเกี่ยวข้องการประสานหน้าสัมผัสเงินกับแท่งทองแดงขั้วต่อรีเลย์ ส่วนประกอบสวิตช์ หรือตัวนำไฟฟ้าอื่นๆ จัดเตรียมแบบร่าง เกรดวัสดุ ปริมาณประจำปีเป้าหมาย และข้อกำหนดทางไฟฟ้า/เครื่องกลที่จำเป็นสำหรับการประเมินกระบวนการ