Conception et mécanisme des matériaux de soudage : un lien clé dans les composants de soudage électrique basse tension-

Avec le développement des technologies d'électrification et d'automatisation industrielles, les exigences en matière de sécurité, de stabilité et de -fiabilité à long terme des produits électriques basse-tension ne cessent d'augmenter. Les composants centraux tels que les assemblages de contacts, les assemblages thermiques, les assemblages magnétiques et les structures de connexion conductrices nécessitent tous des technologies de connexion métalliques stables pour obtenir une liaison permanente. Parmi les nombreux procédés de connexion, les technologies de brasage et de soudage sont largement utilisées dans la fabrication de connexions électriques en raison de leur fiabilité et de leur adaptabilité. Par exemple, le soudage bout à bout et le soudage par résistance sont devenus des fondements technologiques importants dans la fabrication de composants électriques.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dans les systèmes de commutation électrique basse-tension, des problèmes tels que l'épuisement des contacts-, le détachement des contacts argentés et l'augmentation de la résistance de contact affectent directement la durée de vie et les performances de sécurité du produit. Des statistiques pertinentes montrent que lorsque la qualité du soudage est insuffisante, le taux de brûlure des matériaux de contact peut augmenter de 2 à 3 fois, entraînant une réduction significative de la durée de vie du produit. Par conséquent, dans les mêmes conditions de conception de produits, la qualité du soudage devient souvent un facteur clé déterminant la fiabilité des équipements. Le processus de soudage, les matériaux de soudage, les caractéristiques des matériaux de base et les capacités de l'équipement déterminent conjointement la qualité finale, parmi lesquelles la conception et la sélection des matériaux de soudage sont particulièrement importantes. De nombreuses structures de connexion électrique, telles que les contacts électriques brasés, reposent sur des matériaux de brasage stables pour un fonctionnement fiable à long terme.

 

La soudure agit comme un pont entre le matériau de base et le substrat dans un système de soudage, permettant une liaison métallurgique entre différents matériaux. En raison de sa température de brasage relativement basse et de son adéquation aux structures complexes et aux connexions de matériaux différents, le brasage est largement utilisé dans la fabrication d'appareils électriques à basse tension-. D'un point de vue matériel, les soudures peuvent être classées en différents systèmes tels que les soudures à base d'argent-et les soudures à base de cuivre-, et en termes de forme physique, elles peuvent être divisées en soudures solides, soudures en poudre et soudures en pâte. Différents produits électriques, tels que les assemblages de contacts électriques, nécessitent souvent la sélection de systèmes de soudure appropriés en fonction de leur courant de fonctionnement, de leurs conditions de température et de leur structure mécanique.

 

Lors du soudage proprement dit, des défauts tels que la porosité, les fissures et les inclusions de scories peuvent apparaître dans la soudure, affaiblissant la résistance mécanique et la conductivité du joint soudé. Par exemple, dans le cas de contacts en argent brasant un substrat en cuivre, une oxydation se produit facilement à la surface du cuivre pendant le processus de chauffage par soudage. Si la réaction d'oxydation n'est pas efficacement contrôlée, le cuivre se combine à l'oxygène pour former de l'oxyde cuivreux qui, lors de la solidification de la soudure, forme une structure eutectique à bas-point de fusion-répartie le long des joints des grains de cuivre, réduisant ainsi la résistance globale du joint. Des problèmes similaires peuvent survenir dans certaines connexions de soudage par projection, ce qui rend le contrôle de la soudure et de l’environnement de soudage crucial.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les principales causes de porosité des soudures sont étroitement liées aux propriétés thermophysiques des matériaux. L'argent et le cuivre ont une conductivité thermique élevée. Lorsque le bain de soudure se solidifie rapidement pendant la phase de refroidissement, la solubilité des gaz dans le bain diminue rapidement et les précipitations commencent. Si les gaz ne peuvent pas s’échapper à temps avant la solidification, des structures poreuses se formeront à l’intérieur de la soudure. Ce type de problème nécessite une attention particulière lors de la fabrication de contacts électriques brasés à l'argent, car les défauts de soudage affectent la capacité de transmission du courant et la fiabilité à long terme.

 

Lors du soudage de contacts en argent sur un substrat en cuivre, des fissures chaudes peuvent également se produire dans la zone de fusion. Les principales causes incluent le coefficient élevé de dilatation linéaire du cuivre, la structure eutectique Cu+Cu₂O formée lors de la solidification et la ségrégation des impuretés dans le matériau de base aux joints de grains. L’effet combiné de ces facteurs peut conduire à une concentration des contraintes dans la zone de soudure, entraînant la formation de fissures. Pour certaines pièces de contact électrique soudées, ces fissures peuvent impacter directement la stabilité opérationnelle de l’équipement électrique.

 

Parmi les différents systèmes de soudure, les soudures à base de cuivre-contenant du phosphore-sont largement utilisées pour assembler le cuivre et les alliages de cuivre. Les soudures contenant du phosphore-possèdent une bonne fluidité et des propriétés d'auto-brasage-, mais présentent également une certaine fragilité. Par conséquent, un équilibre doit être trouvé entre fluidité et résistance des joints lors de la conception des matériaux. De nombreux systèmes de soudure utilisés pour les assemblages de contacts brasés en argent nécessitent une optimisation de la composition pour améliorer la fiabilité globale de la soudure.

 

Le phosphore joue deux rôles principaux dans les systèmes de soudure. Premièrement, selon le diagramme de phase Cu-P, lorsque la teneur en phosphore atteint une certaine proportion, le cuivre et le phosphore peuvent former une structure eutectique à bas-point de fusion-, réduisant considérablement la température de fusion de la soudure et améliorant la fluidité de la soudure. Cependant, Cu₃P est une phase fragile typique et sa teneur augmente avec l’augmentation de la teneur en phosphore. Par conséquent, un contrôle strict de la teneur en phosphore est nécessaire pour éviter une fragilité excessive du joint soudé. Dans certaines applications de contacts soudés en cuivre-argent, ce contrôle de la composition est particulièrement critique.

 

Deuxièmement, le phosphore présente également un certain degré d'autobrasage-pendant le processus de soudage. Dans des conditions de température élevée, les oxydes de cuivre peuvent réagir avec le phosphore pour former des oxydes, inhibant ainsi l'oxydation ultérieure de la surface du cuivre. Cette réaction peut former une couche protectrice d'oxyde liquide, gardant le matériau de base actif en surface et facilitant le mouillage et la diffusion de la soudure. Cette caractéristique rend les soudures contenant du phosphore-très précieuses pour l'assemblage de matériaux en cuivre et largement utilisées dans des structures telles que les contacts électriques à pointe d'argent.

 

Cependant, il est important de noter que les soudures contenant du phosphore-ont une faible résistance à la corrosion dans les environnements contenant du soufre-, une mauvaise mouillabilité avec les matériaux à base de fer-et peuvent former des composés cassants. Par conséquent, lors du soudage d'acier ou d'alliages contenant du fer-, des systèmes de soudure alternatifs doivent être sélectionnés en fonction des circonstances spécifiques. Pour les composants de contact électrique personnalisés nécessitant une fiabilité élevée, l’évaluation de la compatibilité des soudures est particulièrement importante.

 

Concernant l’optimisation de la composition de la soudure, l’ajout de petites quantités d’éléments d’alliage peut améliorer considérablement la microstructure du joint soudé. Par exemple, certains éléments d'alliage peuvent abaisser le point de fusion d'un alliage, augmenter la proportion de structure eutectique et modifier la morphologie de la phase Cu₃P, la transformant d'une structure en blocs ou dendritique en fines particules, améliorant ainsi la ténacité et la plasticité du joint. Cette approche de conception matérielle a été largement appliquée aux assemblages de contacts AgCu à haute fiabilité-pour les appareillages de commutation.

 

Du point de vue de la structure d'interface de soudure, un joint brasé typique se compose généralement de trois parties : une couche d'interface, une couche de diffusion et une couche résiduelle. La couche d'interface est principalement constituée d'une couche de liaison métallurgique formée entre les éléments d'alliage et le matériau de base ; la couche de diffusion est principalement constituée d'une solution solide à base de cuivre-contenant du phosphore et des éléments d'alliage ; et la couche résiduelle peut contenir une structure eutectique Cu₃P non diffusée. Pour améliorer la résistance des soudures, il est nécessaire de réduire l’épaisseur de la couche résiduelle et d’optimiser la structure eutectique grâce à la conception des matériaux. Ce contrôle de la microstructure est crucial pour de nombreux assemblages de contacts électriques complexes plaqués or ou argent.

 

Outre la conception de la composition de soudure, un flux hautement actif est également un facteur important pour garantir la qualité de la soudure. Un flux approprié peut éliminer les oxydes de la surface du matériau de base, améliorer la mouillabilité de la soudure et empêcher la corrosion du substrat métallique. Un système de flux-bien conçu favorise une structure de soudure lisse, dense et complète, améliorant encore la fiabilité de la soudure. Ce type de procédé est couramment rencontré dans les procédés de soudage automatisés tels que le brasage au four ou le brasage par résistance.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Avec le développement continu de la technologie électrique basse tension, de nouveaux matériaux et structures sont constamment introduits dans la conception des équipements électriques, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de fiabilité du soudage. De la conception des soudures au contrôle des processus de soudage et à l'optimisation de la microstructure d'interface, le développement synergique de la science des matériaux et de la technologie de fabrication stimule continuellement l'avancement de la technologie de connexion électrique.

 

Dans les applications industrielles pratiques, une technologie de soudage stable et fiable prolonge non seulement la durée de vie des produits électriques, mais réduit également considérablement les coûts de maintenance des équipements. Pour les-produits OEM/usine d'assemblage de contacts brasés à l'argent produits en série, la conception des matériaux de soudage et l'optimisation des processus sont devenues des bases cruciales pour garantir la qualité du produit.

 

 

Dans les équipements électriques modernes, les structures soudées hautement fiables sont devenues une base essentielle pour la fabrication de composants de contact. De la soudure par contact à l'argent aux connexions de structures conductrices à base de cuivre-, en passant par divers types de contacts électriques brasés à l'argent-etContacts soudés en cuivre et argentsont largement utilisés dans les relais, les disjoncteurs, les contacteurs et les appareillages de commutation. Grâce à des processus matures tels que le soudage bout à bout, le soudage par résistance, le soudage par projection et le brasage au four, des contacts électriques brasés stables et fiables et des composants de contacts électriques personnalisés complexes peuvent être fabriqués.

 

Pour les besoins des interrupteurs de puissance et des équipements électriques industriels, les fabricants spécialisés proposent généralement des solutions complètes, notamment des ensembles de contacts électriques, des contacts électriques à pointe d'argent et des ensembles de contacts AgCu pour appareillage de commutation. Ces composants de contact électrique-hautes performances garantissent la conductivité tout en répondant aux exigences des applications en matière de haute fiabilité et de longue durée de vie.