电触点动熔焊奇异现象：分离熔焊及其燃弧特性研究

随着可再生能源分布式电源、直流配电系统的快速发展，直流高压继电器接触器等高指标控制电器研发成了迫切需求，其中小型化、长寿命、大容量是此类开关电器的技术难点，而造成此难点的核心技术问题是触头易熔焊。如美国GIGAVAC公司高端G系列直流继电器/接触器在体积仅约128mm xΦ61mm情况下，可在25kVdc/30A-110A大容量下实现通断操作，但其抗熔焊能力较差，无法满足系统及用户要求，我国目前更无法独立自主制造出如此高指标开关电器。其关键原因之一是对制约开关电寿命的触点动熔焊故障机理了解不深不细。 本课题通过开展14-500Vdc/10-200A多种电流电压、CuCr/CuW/CuMo/AgSnO2/AgNi等多种触头材料、氮气/氩气/氧气等多种环境气氛及多种分断力等复杂条件下的实验与理论研究，首次提出触头分离熔焊机理是因为电极材料喷溅转移形成的触头间多液桥散热不平衡所致。即触点分离时液桥爆炸形成金相电弧（对应电弧电压约10V、几十微秒电压脉冲），金相电弧造成强烈触点表面多点液滴喷溅及极间材料转移，进而在动静触点间隙形成多个液桥，导致间隙电路短接而使触点电压回归为零。由于多个液桥在体积、电阻、位置、散热、分流值等方面存在差异和不平衡，其中某一个液桥率先冷却凝固导致触点表面局部熔焊，由于单点小面积熔焊即具有较高熔焊强度，进而造成整个触点出现无法打开的永久熔焊现象。 澄清了分离熔焊前电压窄脉冲不是机械弹跳和接触电阻所致，而是金相电弧与喷溅液桥。研究了气氛物性参数与触头分断燃弧时间之间定量解析数学模型，阐明了比热、原子量、传热系数、电子亲和性等物性参数对燃弧影响规律，对于深入了解分离熔焊物理实质及气氛性质对燃弧时间影响机理，研发高抗焊触头材料及设计抗熔焊、低燃弧气氛具有重要学术与工程实际意义。代表性成果发表在IEEE TCPMT 2016.NO.6并上封面重点推介。 2100433B

动熔焊是电接触研究中的最重要主题之一，近年来国内外针对触点动熔焊的实验研究发现了有悖于传统主流结论的奇异现象，即动熔焊发生于触点分离过程而非闭合过程，强熔焊主来自短弹跳电弧而非长弹跳电弧。此奇异现象至今尚无系统合理的机理解释，也缺乏系统深入的多条件实验测试分析。因此，关于动熔焊的两个基本问题尚无清晰肯定的结论，即（1）动熔焊到底发生在什么阶段？是分离过程，还是闭合过程，二者谁更主要？（2）动熔焊的发生与当时燃弧时间、电弧长度到底是何关系，有无临界值？本项目即针对此展开实验与理论研究，利用触点模拟实验系统研究触点压力、位移、开距、合分速度、触点材料、工作气氛、电流、电压等机电参数改变时，触点熔焊发生的位置及其燃弧特性规律。开展基于时序特征的分离熔焊理论研究，探讨分离运动速度、转移桥接速度、液桥降温凝固速度三者竞争关系。为抗熔焊新型开关电器的研发提供基础理论和技术依据。

（SAW）-电熔焊（EFW）的一种，就是通过一个或几个自耗电极与工件之间对金属加热使金属之间结合中的一种工艺，电弧使金属和填充材料充分融化，不需要加压，填充金属部分全部来自于电极。

熔化气体保护焊（GMAW）--电熔焊（EFW）的一种，这种工艺与埋弧焊类似，但它的保护是来自于惰性气体，效果会更好。2100433B

EFW　 即　电熔焊 Electric fusion welding 的第一字母的缩写