分离速度对滑动载流摩擦过程中电弧及其烧蚀的影响

滑动载流摩擦中电弧的产生及烧蚀对摩擦副的寿命及可靠性具有重要影响。利用自行设计的点接触载流摩擦磨损试验机,研究了摩擦副的分离速度对电弧形态、电弧能量以及烧蚀表面的影响。研究结果表明:随着分离速度的增加,电弧被拉长的速度加快,电弧能量以及摩擦副表面的烧蚀程度降低。烧蚀表面的形貌可分为3个椭圆层:最外层为热影响区,中间层为喷溅产物沉积区,中心层为熔融区。热影响区和喷溅产物沉积区,在燃弧的不同时期对摩擦副的烧蚀程度也不同,起弧方向的烧蚀程度大于熄弧方向的烧蚀程度。     

不同分离速度小电流滑动摩擦单电弧行为及烧蚀危害

使用自制单点式载流摩擦试验机,采用球(T2铜)/板(T2铜)载流摩擦副,在电流20 A、电压20 V、水平相对滑动速度为10 mm/s的条件下,研究单载流摩擦伴生电弧及其危害。研究结果表明:单伴生电弧的演变过程可分为萌生、金属蒸汽电弧、过渡、空气电弧及湮灭5个阶段。随着时间变化,电流逐步减小,电压逐步增大,最终达到开路电压。中间3个阶段的功率相差不大,电弧功率达到稳定值时,其大小约为110 W,约是滑动接触时消耗功率的5.5倍。单电弧的烧蚀区域存在熔融区、喷溅区、溅落区和热影响区,但熔融区、喷溅区、溅落区3个区域的界线和方向不明确。小电流单电弧条件下,板试样的烧蚀区表面变得光滑平整。随着分离速度的增加,单电弧的功率和燃弧时长变化不大。单伴生电弧的最大弧长逐渐增大,烧蚀区面积先减小后增大,烧蚀区的表面平整程度增大。     

TIG电弧弧柱机制的静电探针分析

利用自行研制的运动铜丝静电探针,对TIG电弧进行低扰动诊断,测量弧柱区不同位置的电位.结合静电探针与等离子体相互作用机理分析电位波形的形成机制.研究发现,当探针位于电弧的中央区域时,探针与载流等离子体和非载流等离子体发生交替接触,使探针上的电位呈负电位和零电位交替变化.据此提出摆动载流通道TIG电弧模型.在电极的阴极斑点和工件的阳极斑点之间,形成一种直径小于弧柱的载流通道,它以数百赫兹的频率,在电弧内部温度较高的等离子区旋转和摆动,承担所有的电弧电流.而在载流通道没有运动到的外围温度区域,则呈现温度较低的负离子区.     

紫铜/铬青铜摩擦磨损过程中电弧特性

以紫铜/铬青铜为摩擦副,在HST-100高速载流摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,试验过程中使用高速摄像机拍摄电弧放电的过程。研究结果表明:随着电流增大,摩擦因数降低,磨损率、电弧燃弧率及电弧能量均增大;电弧放电现象是随机的;紫铜/铬青铜的磨损行为主要有黏着磨损、熔融喷溅、氧化和塑性变形。     

载流摩擦参数对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响

以C/C复合材料/QCr0.5为摩擦副,在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行载流摩擦磨损试验,采用单因素试验法,研究了电流、速度、载荷对C/C复合材料/QCr0.5摩擦副起弧率的影响,借助扫描电子显微镜和能谱仪观察摩擦表面形貌和元素分布。试验结果表明:随着电流和速度的增加,C/C复合材料/QCr0.5摩擦副的起弧率增加;载荷为70 N时起弧率最小;磨损形貌观察发现:起弧率较高情况下,磨损表面有大量的电弧侵蚀坑和转移铜。     

SF6自能膨胀式断路器喷口烧蚀的数学模型

喷口烧蚀是 SF6 自能膨胀式断路器研制中需要考虑的因素之一。通过分析电弧烧蚀喷口材料的机理 ,认为喷口烧蚀是在电弧能量的传导和辐射共同作用下引起的。将喷口烧蚀分为加热和烧蚀两个过程 ,并且 ,基于 Fourier导热微分方程分别建立了相应的数学模型。给出了开断过程中数值计算喷口烧蚀量的方法 ,计算并分析了烧蚀量与电弧电流及燃弧时间的关系。结果表明 :当开断电流大于一定值后 ,喷口烧蚀量增加较快 ;在电流峰值期间 ,喷口烧蚀量增加的最快。     

伴生电弧行为及其对滑动载流摩擦的影响

针对伴生电弧对载流摩擦过程的影响难以直接评估的问题,采用针/板摩擦副研究单伴生电弧行为及其对载流摩擦的影响。研究结果表明:在单伴生电弧的萌生、发展、湮灭过程中,电流整体呈下降趋势,根据下降速度的不同,可以分为5个阶段;电压降呈现出与电流相反的5个阶段。单伴生电弧的各阶段平均载流效率不高,其值为38%~42%,全过程平均载流效率随着电流增加略有增加。单伴生电弧造成摩擦面的严重破坏,烧蚀区域前端尤其严重,且电流越强其破坏程度越严重。电弧对载流性能和摩擦磨损性能都有害。     

AgNi触头材料电弧侵蚀形貌的类型及其形成机理

在CKS触头材料试验机上,对不同Ni含量的AgNi触头材料作了分断试验,试图解释在电弧侵蚀过程之后.由分断电弧引起的各种表面形貌形成的机理.首次探讨了由单次分断电弧烧蚀成的阳极和阴极表面的侵蚀形貌特征,归纳了由单次和多次电弧烧蚀引起的8种表面形貌类型,解释了这些表面形貌类型的形成机理和在电弧侵蚀过程中的作用.     

具有不同通道变极性等离子弧焊设备研制

研制了一种具有不同通道的新型变极性等离子弧焊设备．采用双电源对主弧正负半波供电,在负半波以水冷铜喷嘴代替钨电极作阳极,既避免了主、维弧相互干涉现象,又降低了钨电极的烧损,使电弧和焊接过程稳定性提高．此外,电流频率、正负半波幅值和导通比的独立可调,能满足铝合金焊接时对金属熔化和阴极清理的不同需要．     

电弧对弓网系统接触线温度的影响

为研究电弧位置及能量对弓网系统接触线温度的影响,利用COMSOLMultiphysics软件建立了弓网系统摩擦副温度场仿真模型,通过实验验证了模型的有效性.利用弓网电弧实验数据对高速、强电流条件下的电弧能量进行预测,并将预测结果应用到温度场仿真计算.研究结果表明:电弧能量及位置不同,对接触面温升影响很大.电弧位置对温度的影响有时大于电弧能量对温度的影响.淋雨环境下电弧燃弧时间短,燃弧个数更多,导致接触线最高温度比无雨时大,对接触面侵蚀更严重.     

电极材料对密闭腔体故障燃弧压力上升和能量平衡的影响

针对开关柜内部短路故障燃弧问题,基于实验研究了电极材料对密闭腔体中故障燃弧压力上升和能量平衡的影响。采用光电倍增管和热电偶相耦合的方法测量燃弧过程中故障电弧发射的辐射能量,基于建立的能量平衡关系定量估测了电弧焦耳热、光辐射、电极熔化和蒸发需要的能量、电极氧化反应产生的化学能和气体内能。研究表明:电极材料和电弧电流严重影响故障电弧内部的能量平衡过程,能量平衡的改变与压力上升特性密切相关;小电流(5 kA以下)情况下,电极烧蚀微弱,铜、铝和铁电极引起的压力上升差异较小;大电流(15 kA以上)情况下,铝蒸气与空气氧化反应释放大量化学能导致铝电极情况下的压力上升最高,而铁电极引起的最高电弧辐射使得其压力上升最低;随着电弧电流和电弧能量的增加,能量平衡的改变导致铜和铁电极情况下热传递系数k_p减小,而铝电极对应的k_p则趋于增大。     

钨极氮弧焊焊接电弧数值分析

以直流钨极氮弧焊电弧为研究对象，根据磁流体动力学理论构建轴对称两维数学模型，建立模型时考虑阴极的几何形状，在此模型上对氮气保护TIG焊接电弧进行数值分析．数值模拟所得电弧等离子体温度分布规律显示氯气电弧的最高温区出现于近阳极区域，这个结果与试验情况相当吻合，并与相同条件下氩气电弧的温度场进行了比较．在此基础上对电弧压力和电流密度以及等离子速度场进行了模拟分析；同时分析了不同电流和弧长对等离子流速度分布的影响，结果表明等离子体速度值随着电流的增加而增大。随着弧长的增加而减小．     

石墨含量对铜/石墨材料高速载流摩擦性能的影响

采用自制销盘式HST-100高速载流摩擦磨损试验机,对不同石墨含量的铜/石墨材料进行载流摩擦试验,考察其摩擦磨损性能和载流质量。用JSM-5610LV型扫描电子显微镜和能谱仪分析磨损表面,研究其摩擦磨损机理。研究结果表明:石墨质量分数为10%的铜/石墨复合材料的摩擦磨损性能好,不同速度下磨损率在1.2 mg.m-1左右,石墨质量分数为5%和10%的铜/石墨材料的载流效率为75%～85%,载流稳定性在20%左右,明显优于石墨质量分数为15%的铜/石墨材料;综合考虑,石墨质量分数为10%的铜/石墨复合材料的性能最好,该材料的摩擦磨损机制主要是塑性变形,含有电弧侵蚀。     

相对滑动速度对铜-石墨复合材料载流摩擦性能的影响

针对服役条件对材料载流摩擦性能的重要影响及摩擦磨损的不均匀,采用铜-石墨复合材料与QCr0.5配副,研究了相对滑动速度对载流摩擦性能的影响.结果表明:随着相对滑动速度增加,铜-石墨复合材料的摩擦因数平均值略有增加,波动增加.磨损率先略有增加,速度超过30 m/s后急剧增加.磨损面分为机械磨损区和电弧侵蚀区,机械磨损以犁...     

受电摩擦磨损的研究现状

介绍了目前国内外受电摩擦磨损的研究现状 ,受电摩擦副的摩擦磨损机理。资料表明 ,电场中摩擦副的确受到诸如电流、电压、电弧等电力学条件的影响 ,磨损率随电流的增加而增加 ,摩擦系数虽然也增加 ,但在试验过程中变化较大 ;载流条件下的磨损形式是粘着磨损和磨粒磨损 ,而无电流条件下的磨损形式主要是粘着磨损。同时本文也指出了研究的不足之处     

典型材料载流摩擦行为

用多种典型载流摩擦材料在自制载流摩擦试验机上系统研究了材料、载荷、相对滑动速度和电流对摩擦/载流行为的影响,探讨了载流摩擦过程中的表面行为。研究结果表明:摩擦磨损行为和电接触行为相互耦合,具有非常复杂的关系;接触压力、电流和相对滑动速度的变化显著影响载流/摩擦磨损行为,高相对滑动速度和大电流使摩擦磨损特性和载流特性明显下降;电弧侵蚀明显加大材料损伤;电弧对载流摩擦行为作用的途径包括氧化、熔融和最终的接触表面粗糙化。     

载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

在HST-100销盘式高速载流摩擦磨损试验机上进行了试验,用高速摄像机拍摄电弧图像,研究了载流条件下电弧对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:电弧面积和电弧能量有很好的相关性。随着电弧面积的增大,C/C复合材料的磨损率升高,摩擦因数先减小后增大,材料的磨损机制由磨粒磨损为主转化为电弧侵蚀为主。在电弧侵蚀下,材料磨损后的表面被氧化。     

电极极性和保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响

通过电信号-高速摄像采集系统记录钨极惰性气体保护-熔化极惰性气体保护(TIG-MIG)复合焊引弧过程中的电压-电流信号和电弧图像,研究了TIG焊和MIG焊的电极极性接法、MIG焊保护气体种类对TIG电弧辅助MIG焊引弧性能的影响.试验结果表明:MIG焊采用直流反接是TIG电弧辅助MIG焊依靠细长放电通道实现非接触引弧的...     

基于神经网络的受流器滑块材料载流磨损预测

针对我国电气化铁路和磁浮交通对受流器滑块材料的性能要求,采用冷压烧结粉末冶金法制备了铜石墨材料,考察了该材料的载流磨损行为.结果表明:试样的磨损率随着试验载荷、速度、电流密度的增加而增大.载流条件下电流产生的电弧热是磨损率增加的主要因素.建立了摩擦磨损试验参数与磨损率之间的人工神经网络模型.以载荷、速度、电流密度作为网络的3个输入,以运行100km后试样的磨损率作为网络的1个输出,调试设计了一个3×3×1的反向传播(BP)神经网络.对神经网络的训练和检验表明该BP神经网络能够较好地预测影响因素对材料载流滑动磨损的作用,预测值与试验值的误差在10%以内,其仿真精度能够满足实际的磨损预测要求.     

组合体脉冲真空电弧源的初步研究

为得到高密度的等离子体,设计研制了组合体脉冲真空电弧源,它由4套脉冲真空电弧源组合而成.测量了脉冲真空电弧源弧压与弧流的关系;利用静电探针测量了组合体脉冲真空电弧源和单套脉冲真空电弧源产生的等离子体,得到了探针饱和电流(与等离子体密度成正比)与弧压的关系,以及等离子体密度的轴向分布情况;采用飞行时间方法估测了等离子体的飞行速度.组合脉冲真空电弧源最大等离子体密度达到8×1012 cm-3.