Диссертация (1172950), страница 12
Текст из файла (страница 12)
С увеличением кратности перегрузкиснижается содержание кислорода в оплавлении. Так, при 9-кратной перегрузкеи более содержание кислорода в оплавлении медной жилы остается наисходном уровне 0,05 %. В пределах оплавления могут наблюдаться зоны скардинально различающимся содержанием кислорода и формой зерна.8 Дано обоснование механизма формирования оплавлений медного проводника взависимости от кратности токовой перегрузки, а именно установлено, что:- при кратности токовой перегрузки от 4 до 16, под действие силповерхностного натяжения, на медном проводнике образуются утолщения иутончения – шейки;- при кратности токовой перегрузки от 4 до 16 разрыв проводникапроисходит в результате плавления;- при кратности токовой перегрузки свыше 12 разрыв проводникапроисходит в результате пинч-эффекта;- при кратности тока перегрузки в диапазоне 12-16 крат разрыв проводникапроисходит как вследствие плавления, так и вследствие пинч-эффекта.934 ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ СЛЕДОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ИВНЕШНЕГО ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В ЛАТУННЫХТОКОПРОВОДЯЩИХ ИЗДЕЛИЯХ4.1 Признаки КЗ и внешнего теплового воздействия при морфологическоманализе методом СЭМВ литературе [52, 57, 70] приводятся сведения о том, что в процессеэлектросварки на поверхности алюминиевых и медных проводников, в местеоплавления электрической дугой, а также в зоне, прилегающей к местуоплавления, образуются специфические микродефекты оксидной пленки.
Данныемикродефекты, имеющие вид «лунок» и «волокнистых структур», как показалиисследования, возникают и при КЗ электрических проводников. Они хорошоразличимы на поверхности при помощи электронного микроскопаприувеличениях более 2000 крат. При тепловом воздействии пожара на проводникиподобного родадефектов необразуется.Наэтомпринципеоснованоустановление причины разрушения проводников тока из меди и алюминия.Можно было предположить, что на латунных изделиях также должныформироваться структуры, характерные для дуговых процессов.В ходе проведения морфологического исследования латунных контактовметодом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при увеличениях более2000хбылообнаружено,чтонаповерхностилатунногоконтакта,неподвергавшегося каким-либо воздействиям, наблюдается типичная поверхностьметалла со множеством неровностей и следами механического воздействия(рисунок 4.1а).
При этом, на поверхности латунных контактов после КЗ сдеталями из меди, алюминия и стали, образуются микродефекты тонкойструктуры оксидной пленки в виде шарообразных частиц микронных размеров,которые отсутствовали на исходном контакте. Данные частицы также былиобнаружены в зоне, прилегающей к месту оплавления, и наблюдались на всехобразцах, подвергшихся воздействию токов короткого замыкания, как в условиях«до пожара» («первичное» КЗ, рисунок 4.1б), так и в условиях «в ходе пожара»94(«вторичное» КЗ, рисунок 4.1в). Размер шарообразных частиц варьировался от 0,1до 10 мкм.а)б)в)г)Рисунок 4.1 – Вид структуры поверхности латунного контакта: а) исходныйобразец; б), в) КЗ; г) тепловое воздействие при Т=1100 °С в течение 30 мин95Поверхности образцов, нагретых в муфельной печи до температур (1100 °С),превышающей температуру плавления латуни (900 – 1000 °С), также имелимикродефекты, однако, последние были распределены хаотично, а их форма быланеправильной и значительно отличалась от морфологии микрооплавлений,образующихся при КЗ (рисунок 4.1г).Исследование возможности сохранения обнаруженных признаков протеканиядугового процесса при вторичном нагреве (отжиге в ходе развившегося пожара)показало следующее.
Нагрев электродугового оплавления латунного контактавызывает интенсивное окисление латуни, образование на поверхности оксидацинка, который имеет плохую адгезию с основным металлом и легко отслаиваетсяот него. Соответственно, шарообразные частицы, образовавшиеся при КЗ,отслаиваются вместе с оксидной пленкой. Нагрев при 700 ºС в течение 40 минвызвал незначительное окисление поверхности детали, что не повлияло наприсутствие шарообразных частиц. Дальнейшее повышение температуры, вплотьдо температуры плавления латуни (~ 950 ºС), значительно интенсифицировалопроцесс окисления и, в конечном счете, полностью уничтожило следы протеканияКЗ.4.2 Элементный анализ массопереноса при КЗ латунных контактовПри исследовании электродугового оплавления латунных контактов (КЗмежду парой латунь-латунь) при помощи СЭМ с использованием методаотраженных электронов, позволяющего визуализировать составляющие образцапо среднему атомному номеру, была обнаружена неоднородность поверхности похимическому составу.
Наблюдались три различных области, отличающиеся отсреднего элементного состава контакта (рисунок 4.2а, таблица 4.1): область 1 –светлая область, обогащенная медью и обедненная кислородом; область 2 область, обогащенная цинком и кислородом; область 3 – область поверхностнооплавленных участков, обогащенных медью.96а)б)в)г)Рисунок 4.2 – Поверхность латунного контакта после электродуговоговзаимодействия с медным проводником:а), б) Изображение в отраженных электронах (BSE-контраст),1 – области, обогащенные медью и обедненные кислородом;2 – области, обогащенные цинком и кислородом;3 – оплавленные участки.в) Отдельно расположенные капли CuO (SE- контраст),г) Крупная капля CuO (SE- контраст)97Таблица 4.1 – Химический состав поверхностного слоя латунного контакта,подвергшегося электродуговому взаимодействию с латунным контактомЗона анализаХимический состав, % масс.CuZnOCСредний состав3542168Область 14441114Область 21757197Область 34538126На рис.
2б при увеличении 500х показаны вариации химического состава вотраженных электронах на поверхности латунного контакта. На поверхностиоплавленных участков (область 3) присутствовали шарообразные капли крупногоразмера, химический состав которых был близок к составу оксида меди (II) спримесью цинка. Видны множественные микрооплавления в виде таких капельоксида меди (II), а также их распределение по поверхности области 3(рисунок 4.2в). Отдельные капли правильной шарообразной формы достигалиразмеров в 10 мкм (рисунок 4.2г).Можно заключить, что в процессе протекания дуги КЗ происходят локальныеперераспределения цинка и меди в зоне, прилегающей к месту оплавления. Приэтом, образующиеся на поверхности шарообразные частицы имеют химическийсостав, близкий к оксиду меди (II) с примесями цинка.При анализе элементного состава следов дугового взаимодействия латунногоконтакта и проводников тока, выполненных из меди и алюминия, а такжестальной деталью отмечалось насыщение поверхностного слоя алюминиевогопроводника медью и цинком, при этом их концентрация, по мере удаления отзоны оплавления, убывала не равномерно.На расстоянии более 5 мм от оплавления медь и цинк уже не детектировались(рисунок4.3,таблица4.2).Аналогичнаякартинанаблюдаласьиприэлектродуговом контакте латунного изделия со стальной деталью и меднымпроводником.98Таблица 4.2 – Химический состав поверхностного слоя алюминиевогопроводника, подвергшегося дуговому взаимодействию с латунным контактомЗона анализаХимический состав, % масс.AlCuZnO C1983415 23ВблизиоплавленияНа расстоянии 5 мм 79от оплавления< 0,5< 0,5515Элементный микроанализ методом СЭМ оплавлений латунных контактов,запрессованных в металлографические шлифы, показал, что лишь на отдельныхучастках, размер которых составлял микроны, диагностировались посторонниеэлементы (алюминий, железо).Такимобразом,приопределенииметалла,скоторымпроизошловзаимодействие латунного изделия, наиболее информативным является анализповерхности, прилегающей к месту оплавления.
Вероятность диагностированияпосторонних элементов во внутреннем объеме оплавления достаточно мала [32,44].Рисунок 4.3 – Наблюдение случайных вариаций массопереноса цинка и меди наповерхности алюминиевого проводника после КЗ с латунным контактом (ЭМ,BSE-контраст)994.3 Определение концентрации цинка после КЗ латунных контактовПри исследовании оплавленных латунных контактов проводился ихколичественный элементный анализ.Известно, что помимо роста зерна, в латунях при повышении температурыпроисходят химические реакции взаимодействия цинка с газами атмосфернойсреды и водяными парами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
