Contatos de prata soldados em disjuntores de alta{0}tensão: ligação de materiais e resistência ao arco

Um conjunto de contato de prata brasado combina um cabeçote de contato-à base de prata com um suporte de cobre por meio de uma camada de brasagem ligada metalurgicamente. Para disjuntores-de alta corrente, a seleção do material de contato, a temperatura de brasagem, a geometria da junta, a cobertura-da área de ligação e a inspeção pós{4}}brasagem afetam diretamente a resistência de contato, o aumento térmico, a retenção mecânica e o comportamento da-erosão do arco.

Para MCCB e outras estruturas de comutação de alta-corrente, o objetivo da engenharia não é simplesmente uma superfície de contato-rica em prata. A montagem completa deve manter um caminho de corrente de baixa{3}}resistência enquanto resiste à energia repetida do arco, ao ciclo térmico e à carga mecânica na interface de contato.

Materiais de contato AgWC e AgC para exposição ao arco

Durante a interrupção, a superfície de contato é exposta a aquecimento localizado, fixação de arco, transferência de material e ciclos térmicos repetidos. Os sistemas AgWC e AgC são, portanto, considerados quando a aplicação requer uma fase de contato mais dura do que a prata pura.

A formulação real deve ser selecionada de acordo com a corrente nominal, tensão, serviço de interrupção de curto-circuito, frequência de chaveamento e geometria do contato, e não apenas pelo nome do material.

Para um sistema de contato MCCB, o cabeçote de contato não pode ser avaliado independentemente do suporte de cobre. Um material de contato com boa resistência ao arco ainda pode produzir falha prematura na montagem se a interface soldada contiver vazios, umidade insuficiente ou área de ligação inadequada.

Resistência de contato e aumento térmico nas condições de teste IEC 60947

A resistência de contato é afetada pela condição da superfície, pressão de contato, dureza do material, geometria do contato e projeto do caminho da corrente. Um valor de resistência inicial baixo é útil somente quando permanece estável após ciclos térmicos e elétricos.

Para o controle da produção, as equipes de engenharia devem definir critérios de aceitação mensuráveis ​​para:

• Resistência de contato em mΩ sob a corrente de teste especificada.
• Aumento da temperatura do contato abaixo da corrente nominal.
• Tolerância dimensional da-cabeça de contato em mm.
• Cobertura de junta soldada e área vazia detectável.
• Resistência ao cisalhamento mecânico em MPa.
• Dureza superficial ou micro{0}}dureza em HV, quando aplicável.

Uma especificação do fornecedor deve, portanto, identificar o método de teste, o local de medição, a corrente aplicada e o limite de aceitação, em vez de relatar apenas uma declaração geral, como “baixa resistência”.

Junta soldada versus junta rebitada para contatos-de alta corrente

A brasagem e a rebitagem criam diferentes interfaces mecânicas e elétricas. Um contato rebitado depende da deformação mecânica e do contato controlado entre os componentes, enquanto a brasagem forma uma junta metalúrgica através de uma liga de enchimento de brasagem.

Uma estrutura soldada pode fornecer uma área contínua de ligação abaixo da cabeça de contato, mas somente quando a junta for projetada adequadamente. O fornecedor deve controlar a folga da brasagem, a distribuição-do metal de adição, a taxa de aquecimento, a temperatura de pico e as condições de resfriamento.

Para rebitagem, as variáveis ​​primárias mudam para o diâmetro da haste do rebite, força de perturbação, altura da cabeça, concentricidade e pré-carga mecânica residual.

Temperatura de brasagem, umedecimento e folga de juntas

O processo de brasagem deve ser estabelecido a partir do sistema-real de metal de adição, e não a partir de uma temperatura genérica do forno.

Variáveis ​​de processo importantes incluem:

• Faixa de fusão da liga de enchimento e temperatura liquidus.
• Condição-da superfície do suporte de cobre antes da brasagem.
• Responsável-de contato e alinhamento de suporte.
• Folga conjunta e distância do fluxo capilar.
• Taxa de aquecimento e temperatura de pico.
• Tempo de permanência na temperatura de brasagem.
• Atmosfera protetora ou condição de vácuo.
• Taxa de resfriamento e controle de distorção.

Para qualificação de produção, seções transversais metalográficas-devem ser usadas para confirmar que a liga de enchimento fluiu através da região de ligação pretendida sem vazios excessivos, umedecimento incompleto ou formação intermetálica descontrolada.

Resistência ao cisalhamento maior ou igual a 150 MPa: projeto de teste em vez de afirmações de marketing

Um valor-de resistência ao cisalhamento, como Maior ou igual a 150 MPa, só deve ser declarado quando estiver vinculado a uma combinação de material, geometria de junta e método de teste definidos. O resultado numérico pode mudar significativamente com o diâmetro-da cabeça de contato, a espessura da brasagem, a área de sobreposição, a preparação da amostra e a direção do carregamento.

Para qualificação do fornecedor, o registro do teste deverá identificar:

Uma junta que falha dentro do material base, em vez de ao longo da interface soldada, fornece informações de engenharia diferentes de uma falha na interface. Os registros de GQ devem, portanto, documentar o local da fratura e não apenas o pico de carga.

Geometria de suporte de cobre e condutividade elétrica

O suporte de cobre fornece o principal caminho-de transporte de corrente atrás do cabeçote de contato. O grau de cobre, a-área da seção transversal, a espessura do suporte e a geometria da zona-de brasagem influenciam a queda de tensão e o aumento térmico.

Quando a condutividade elétrica for especificada, a especificação de compra deverá identificar o grau de cobre e a base de teste. Um valor como Maior ou igual a 85% IACS não deve ser transferido entre tipos de cobre sem verificação.

O projeto mecânico também deve evitar concentração térmica excessiva ao redor da área soldada. Mudanças bruscas de seção, seções de suporte finas e pegadas de brasagem mal controladas podem criar gradientes de temperatura locais durante operação de alta-corrente.

Projeto de interface AgWC/AgC: controle dimensional de 0,01–0,05 mm

A cabeça de contato e o suporte de cobre devem permanecer alinhados durante a brasagem. Dependendo do tamanho do componente e da capacidade do processo, as dimensões críticas podem ser controladas dentro de faixas como ±0,01 mm a ±0,05 mm, mas a tolerância real deve ser estabelecida a partir do desenho do projeto do disjuntor e da pilha de montagem-.

As principais dimensões normalmente incluem:

• Diâmetro da cabeça-de contato.
• Espessura da-cabeça de contato.
• Largura e espessura do suporte.
• Diâmetro da área-de brasagem.
• Contato-planicidade da face.
• Concentricidade entre cabeça de contato e suporte.
• Altura de montagem finalizada.

A inspeção dimensional deve ser realizada após a brasagem, pois a distorção térmica pode alterar a geometria final.

Defeitos de brasagem: vazios,-não umedecimento e desalinhamento

Os defeitos de brasagem mais importantes estão geralmente associados a fluxo de enchimento incompleto, aprisionamento de gás, contaminação e aquecimento descontrolado.

Um processo de brasagem controlado deve, portanto, ser combinado com a inspeção dimensional, em vez de ser tratado como uma operação térmica isolada.

Inspeção-de raios X/TC para defeitos internos de brasagem

A inspeção visual não consegue identificar com segurança os vazios internos abaixo de uma cabeça de contato prateada. Para componentes-de disjuntores de alta corrente, raios-X ou tomografia computadorizada podem fornecer evidências não-destrutivas da condição interna da junta.

A especificação de inspeção deve definir:

• Área de inspeção.
• Tamanho mínimo do defeito detectável.
• Porcentagem máxima de vazios permitida ou tamanho de vazio individual.
• Local de aceitação.
• Frequência de amostragem.
• Resolução do equipamento.
• Identificação do lote.
• Formato do relatório de inspeção.

Os limites de aceitação devem ser acordados com o desenho do componente ou plano de qualidade. Uma declaração genérica de “zero void” não é tecnicamente útil, a menos que o limite de detecção também seja definido.

Verificação Ultrassônica e Metalográfica

A inspeção ultrassônica pode ser considerada quando a geometria dos componentes e a combinação de materiais fornecem acoplamento acústico e separação de sinal suficientes.

Para qualificação de processos, a metalografia destrutiva continua útil porque expõe diretamente:

• Continuidade da camada-de brasagem.
• Distribuição de enchimento.
• Zonas de reação de interface.
• Porosidade.
• Rachaduras.
• Umedecimento incompleto.
• Superaquecimento localizado.

O END e a metalografia têm propósitos diferentes. O NDT apoia a triagem da produção sem destruir o componente; a metalografia fornece evidências detalhadas de{1}desenvolvimento de processos a partir de amostras selecionadas.

Teste de cisalhamento e análise de modo de falha-

O teste de cisalhamento deve aplicar uma carga controlada ao cabeçote de contato até que ocorra uma falha na interface ou no material-pai.

O relatório de ensaio deverá conter a identificação do corpo de prova, lote de material, área de junta, força máxima, tensão calculada, configuração de carregamento e local de fratura.

Por exemplo:

Tensão de cisalhamento (MPa)=Carga de cisalhamento máxima (N) ÷ Área efetiva colada (mm²)

Se a área de ligação efetiva não for medida de forma consistente, os dados de resistência-ao cisalhamento de diferentes geometrias de componentes não poderão ser comparados diretamente.

Certificação de materiais AgWC/AgC e registros de lote

Para componentes de comutação de alta-tensão relacionados ao setor automotivo, a rastreabilidade do material deve se estender desde a entrada da matéria-prima até a montagem final.

Um registro controlado pode incluir:

• Classificação do-material de contato.
• Conteúdo de prata ou composição declarada.
• Especificação de carboneto de tungstênio ou fase de carbono.
• Grau de cobre.
• Classe de metal-de enchimento.
• Fornecedor de-matéria-prima.
• Número do lote.
• Data de produção.
• Identificação de equipamentos de brasagem.
• Perfil de temperatura de brasagem.
• Identificação do operador ou da linha-de produção.
• Resultado do END.
• Resultado da inspeção dimensional.
• Resultado do teste mecânico.

Os sistemas de qualidade ISO 9001 e IATF 16949 podem fornecer a estrutura para controle e rastreabilidade de processos, enquanto os critérios reais de aceitação dos componentes devem permanecer específicos do produto-.

Conformidade de materiais RoHS e REACH

A conformidade dos materiais deve ser documentada através de declarações controladas e, quando necessário, de testes laboratoriais.

Para compras, o pacote de fornecedores deve distinguir entre:

• Declaração de composição de materiais.
• Documentação de conformidade com RoHS.
• Declaração de status-da substância REACH.
• Certificado de material recebido.
• Rastreabilidade de lote-de produção.
• Registro final de inspeção.

Esta separação evita que um documento de conformidade seja tratado incorretamente como prova de desempenho mecânico ou elétrico.

Capacidade de Processo: ±0,01 mm a ±0,05 mm Dimensões Críticas

A capacidade dimensional deve ser avaliada em relação ao desenho de engenharia real. Para conjuntos de contato de precisão, a medição pode envolver micrômetros, sistemas ópticos, equipamentos CMM ou medidores dedicados.

Quando um desenho especifica ±0,01 mm, o fornecedor deve demonstrar a capacidade do processo usando um sistema de medição e método de amostragem definidos, em vez de confiar em um único resultado de inspeção.

Para maior-volume de produção, o controle estatístico do processo pode ser aplicado a dimensões como altura do cabeçote-de contato, espessura do suporte, altura da montagem soldada e concentricidade.

O que determina a resistência necessária da junta de brasagem para um contato de prata do disjuntor?

O valor necessário depende da geometria do contato, carga de montagem, ciclagem térmica e serviço de aplicação. A resistência ao cisalhamento deve ser especificada em MPa juntamente com a geometria do teste, área aderente, direção do carregamento e modo de falha.

Como é verificada a qualidade da brasagem interna de um conjunto de contato de prata?

A inspeção por-raios X ou TC pode identificar vazios internos e ligações incompletas sem destruir o componente. As amostras selecionadas podem então passar por seccionamento metalográfico e testes de cisalhamento para qualificação do processo.

Que rastreabilidade um fornecedor deve fornecer para contatos brasados ​​AgWC ou AgC?

O fornecedor deve vincular lotes de-material de contato e suporte-de cobre a registros de metal de adição-, parâmetros de brasagem, resultados de END, inspeção dimensional e identificação do lote final. Os sistemas ISO 9001 ou IATF 16949 podem suportar esta estrutura de rastreabilidade.

Para programas-de disjuntores atuais, envie agora o desenho de contato, os requisitos de material AgWC/AgC e os critérios de inspeção de brasagem para seuConjunto de contato de prata soldado, para que a equipe de fabricação possa revisar o projeto conjunto, as ferramentas, os END e a viabilidade de produção antes da próxima liberação de compra.