СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СВАРИВАЕМОСТИ КОНТАКТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF INVESTIGATING WELDABILITY OF CONTACT MATERIALS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области испытаний контактов и контактных материалов на свариваемость, а именно к определению минимального сваривающего тока, прочности сваривания, а также производных от них характеристик.
Уровень техники
Известен способ испытаний контактных материалов на свариваемость, при котором на поджатые силой неподвижные контакты, охлаждаемые системой трубок, подают электрический ток, при этом измеряют силу тока и падение напряжения на контактном переходе, момент сваривания и соответствующий этому минимальный ток определяют по резкому снижению значения падения напряжения на контактном переходе, прочность сваривания определяют с помощью рычажных весов с грузом [RU А.С. №129698, 1960, класс G01R 31/02; Электрические контакты // Труды совещания 11-14 декабря 1962. - М., - Л.: Энергия, 1964. - c.132-139].
Недостатками данного способа являются невысокая точность определения минимального сваривающего тока вследствие сложного и неоднозначного характера изменения падения напряжения на контактном переходе и сложности индикации момента сваривания как такового, а также недостаточная точность определения прочности сваривания вследствие визуального осмотра контактной пары.
Известен также способ определения свариваемости контакт-деталей, заключающийся в инициировании дугового разряда установленной амплитудой и длительностью тока между замыкающимися образцами, предварительно удерживаемыми с фиксированным зазором соленоидом. После замыкания образцов на соленоид подается ток, пропорциональный силе отрыва образцов друг от друга [Электрические контакты и электроды / Батунина Н.Ю., Галиулин В.М., Лапшин А.Н. и др. (Препр. / АН УССР. Ин-т пробл. Материаловедения им. И.Н.Францевича; 91 - №9) - Киев: ИПМ АН УССР, 1991. - с.4-8].
Недостатками данного способа являются невысокая точность определения минимального сваривающего тока вследствие сложности подбора под конкретные образцы режимов испытания (амплитуды и длительности тока, величины зазора), а также недостаточная точность определения прочности сваривания вследствие визуального осмотра контактной пары.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ исследования процессов свариваемости контактов, при котором один из исследуемых контактов закрепляют на неподвижное основание, а второй закрепляют на контактодержатель, связанный через кулачок с электродвигателем. Контакты разводят на некоторую величину раствора и подают на токоподводы необходимое напряжение, поворачивая кулачок, электродвигатель замыкает контакты, и они свариваются. Прочность при отрыве контактов определяют по показанию тензодатчика, связанного с натяжным винтом, который, в свою очередь, связан с верхним контактодержателем [А.С. №902087, 1980, класс Н01Н 1/00].
Недостатками данного способа являются невысокая точность определения минимального сваривающего тока вследствие сложности подбора под конкретные образцы режимов испытания (величины напряжения, величины раствора), а также недостаточная точность определения прочности сваривания вследствие визуального осмотра контактной пары.
Недостатками всех рассмотренных выше способов является также отсутствие возможности исследования работы прецизионных контактов при токах кз, подвергающихся непрерывным динамическим воздействиям при эксплуатации, например установленных на подвижных объектах, а также отсутствие возможности исследования контактных материалов при больших токах в различных частотных диапазонах воздействия механических колебаний.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение точности определения минимального сваривающего тока и прочности сваривания, приближение условий испытаний к реальным условиям работы контактов, а также наличие возможности исследования контактов при прохождении токов кз при динамических воздействиях и обоснованный выбор контактных материалов для различных частотных диапазонов механических воздействий.
Указанная цель достигается тем, что на замкнутую с некоторой силой, охлаждаемую контактную пару, один из контактов которой установлен на вибростенде, воздействуют постоянным электрическим током через регулируемый источник постоянного тока. С помощью вибростенда на контактную пару осуществляют периодические механические воздействия с некоторой амплитудой, вводя контактную пару в механический резонанс на частоте Ω. При этом резонансную частоту Ω механического воздействия на контактную пару определяют по показаниям синхронного детектора электрических колебаний, подключенного к измерительному постоянному резистору R, составляющему последовательный электрический контур с исследуемой контактной парой. Синхронный детектор электрических колебаний используется с целью повышения точности, т.к. он является фазозависимым и обладает повышенной помехоустойчивостью. Явление механического резонанса наступает при максимальном значении напряжения электрических колебаний, снимаемых с измерительного резистора R синхронным детектором. Плавно увеличивают постоянный электрический ток, проходящий через контакт, и при исчезновении напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R фиксируют сваривание контакта и определяют соответствующий этому минимальный сваривающий ток. Выключают подачу постоянного электрического тока и подают постоянный электрический ток величиной, не превышающей первого диапазона значений источника тока, не меняя частоты Ω внешнего механического воздействия, плавно увеличивают амплитуду механического воздействия и при появлении напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R определяют прочность сваривания, соответствующую данной амплитуде внешних механических воздействий.
Вновь введенные признаки обусловили повышение точности при определении минимального сваривающего тока путем анализа амплитуды напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R, которые соответственно исчезают при наступлении явления свариваемости контактных образцов. Повышение точности при определении прочности сваривания обусловлено анализом появляющегося напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R при воздействии на сварившийся контакт внешнего механического воздействия путем соответствия амплитуды этих появляющихся электрических колебаний амплитуде переменного контактного усилия.
Способ исследования свариваемости контактных материалов поясняется на фиг.1.
Контролируемая электрическая контактная пара 1, содержащая необходимое механическое нагружение конструкции с помощью пружины 2, устанавливается одним из контактов на платформу 3 вибростенда механических колебаний 4, к которому подключают перестраиваемый задающий генератор низкочастотных колебаний 5. К электрической контактной паре 1 подключают через постоянный измерительный резистор R генератор постоянного тока 6, соединенный с «земляной» шиной 7. Платформу 3 также соединяют с «земляной» шиной 7. К измерительному резистору R подключают синхронный детектор электрических колебаний 8. К синхронному детектору 8 также подключают сигнал синхронизации с генератора низкочастотных колебаний 5. При этом должно быть предусмотрено охлаждение контактов в процессе испытаний соответствующей системой (не показано).
На фиг.2 поясняется способ определения зависимости амплитуды напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R от амплитуды переменного контактного усилия в исследуемой контактной паре 1. На фиг.2 обозначения совпадают с обозначениями на фиг.1. Добавляется тензодатчик 9, размещенный в контактной зоне и подключенный к соответствующему измерителю усилий 10.
Способ исследования свариваемости контактных материалов осуществляют следующим образом.
Для определения зависимости амплитуды напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R от амплитуды переменного контактного усилия в исследуемой контактной паре замкнутую с некоторым усилием с помощью пружины 2 охлаждаемую контактную пару 1 устанавливают на платформу вибростенда 3 (фиг.2), при этом в зоне контакта располагают тензодатчик 9, соединенный с измерителем усилий 10. Подключают к вибростенду генератор низкочастотных электрических колебаний 5. Подключают к контактной паре 1 через измерительный постоянный резистор R генератор постоянного тока 6. К измерительному резистору R подключают синхронный детектор электрических колебаний 8. К синхронному детектору 8 также подключают опорный сигнал с генератора низкочастотных колебаний 5. Включают прибор 8, устанавливают на приборе 6 электрический ток величиной, не превышающей первого диапазона его значений, и включают его. Включают генератор 5 на некоторую частоту и, плавно меняя ее, добиваются появления механического резонанса в исследуемой контактной паре 1. О наличии механического резонанса при некоторой частоте внешнего механического воздействия Ω судят по максимальному значению напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R, снимаемому прибором 8. Снимают зависимость амплитуды напряжения электрических колебаний на резисторе R от амплитуды переменного контактного усилия, снимаемого с тензодатчика 9 измерителем усилия 10 при изменении амплитуды внешнего механического воздействия.
После проведения измерений выключают все приборы, убирают тензодатчик 9 и измеритель усилия 10. Замыкают с некоторым усилием с помощью пружины 2 охлаждаемую контактную пару 1 (фиг.1). Включают генератор 6 и устанавливают некоторый постоянный электрический ток величиной, достаточной для устойчивой регистрации последующих электрических колебаний на резисторе R, включают генератор 5. Амплитуда внешнего механического воздействия, создаваемая генератором 5, при определении тока сваривания должна быть небольшой для обеспечения приемлемой погрешности определения минимального сваривающего тока. Плавно меняя частоту колебаний генератора 5, добиваются появления механического резонанса в исследуемой контактной паре 1. О наличии механического резонанса при некоторой частоте Ω судят по максимальному значению напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R, снимаемому прибором 8. Увеличивают амплитуду тока с генератора 6 и фиксируют момент сваривания, который определяют по исчезновению напряжения электрических колебаний на измерительном резисторе R. При этом скорость подачи постоянного электрического тока должна быть не более 2 кА/с. При фиксировании момента сваривания определяют соответствующий этому минимальный сваривающий ток по генератору 6.
Прочность сваривания определяется следующим образом: при фиксировании процесса сваривания и определении минимального сваривающего тока выключают генератор тока 6, устанавливают на нем электрический ток величиной, не превышающей первого диапазона его значений, и включают его, не перестраивая частоту внешнего механического воздействия Ω, увеличивают амплитуду этого механического воздействия с помощью генератора 5 до тех пор, пока на измерительном приборе 8, подключенном к измерительному резистору R, не появится напряжение электрических колебаний. По амплитуде напряжения электрических колебаний на резисторе R с помощью ранее снятой зависимости от амплитуды переменного контактного усилия в исследуемой контактной паре находят амплитуду переменного контактного усилия. При этом прочность сваривания контакта будет равна амплитуде контактного усилия.
Предлагаемый способ может быть использован для определения минимального сваривающего тока электрического контакта, определения прочности сваривания, зависимости тока сваривания от контактного поджатия, зависимости отрывной силы сварившихся контактов от контактного поджатия, определения частоты сваривания контактов от тока сваривания и определения резонансных частот конструкций электрического контакта.