Диссертация (1172950), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Чем выше сверхток, тем быстрее проводник нагревается иразрушается (разделяется на части) и, соответственно, в течение меньшеговремени формируется расплавленный металл проводника.Микроструктура вздутийМеталлографический анализ вздутий показал, что характерной особенностьюмикроструктуры вздутий как однопроволочных, так и многопроволочных медныхпроводников, образовавшихся при токовой перегрузке различной кратности,является наличие макропоры, занимающей значительный объем внутри вздутия(рисунки 3.17, 3.18). При этом, по всему объему вздутия могут присутствовать имножественные микропоры.Рисунок 3.17 - Микроструктура крупного вздутия,образовавшегося при 13-кратной токовой перегрузке64Рисунок 3.18 – Микроструктура «мелких» вздутий, образовавшихся при15-кратной токовой перегрузкеНезависимооткратноститокаперегрузкибольшинствовздутийпредставляют собой микроструктуру меди с доэвтектическим состоянием, приконцентрации кислорода около 0,05 % (рисунок 3.19).

В отдельных случаяхконцентрация кислорода достигала значения 0,1 %.В пределах вздутия, в любых сочетаниях, могут присутствовать зерна медидендритно-ячеистой, столбчатой и равноосной формы. Корреляции междуформой зерна меди и кратностью тока перегрузки выявлено не было.Между проводником и вздутием наблюдается видимая граница перехода.Следует отметить, что на видимость границы перехода между вздутием ипроводником влияет участок образца, попавший в поле зрения шлифа припробоподготовке.65а) Крупные и мелкие равноосные зерна,дендритно-ячеистые зернаO2 ~ 0,05 %б) Крупные и мелкие равноосные зерна,O2 ~ 0,05 %в) Крупные равноосные зерна,O2 ~ 0,05 %г) Крупные и мелкие равноосные зерна,вытянутые зернаO2 ~ 0,05 %Рисунок 3.19 – Участки микроструктур вздутий с различной формой зернаи концентрацией кислородад) Дендритно-ячеистые зерна,O2 ~ 0,10 %е) Вытянутые зерна,O2 ~ 0,05 %Продолжение рисунка 3.19 – Участки микроструктур вздутий с различной формой зерна иконцентрацией кислорода66Очевидно, что вздутия при визуальном экспертном исследовании могут бытьошибочно приняты за частицы металла, образовавшиеся при разлете искр в ходекороткого замыкания (КЗ).

Микроструктура таких частиц приведена нарисунке 3.20. Отметим, что основным отличием их структуры от структурывздутий является именно отсутствие макропоры. Кроме того, содержаниекислорода в данных частицах значительно больше 0,1 % [34, 35].б) O2 более 0,39 %, 100ха) Панорамный снимок, O2 ~ 0,20 %Рисунок 3.20 – Характерная микроструктура частиц, образовавшихсяв результате разлета искр при КЗ3.5 Влияние отжига на микроструктуру оплавлений медных проводниковНа реальном пожаре оплавления (как электродуговые, таки вызванныеперегрузкой), как правило, подвергаются дополнительному нагреву (отжигу).

Длятого,чтобывыяснить,какинасколькоданныйфакторвлияетнасформировавшуюся структуру оплавления и его характерные признаки, былипроведены соответствующие исследования.Влияние отжига на оплавления, вызванных токовой перегрузкойСодержание кислородаНа содержание кислорода в оплавлении, как показано в работе [35],оказывает влияние кратность сверхтока. При токовых перегрузках свыше 9 – 1167крат концентрация кислорода в основном объеме оплавления не превышаетисходного значения 0,05 %. Микроструктура оплавлений, образовавшихся притоковой перегрузке различной кратности, показаны в работе [35].

Для такихоплавлений характерно доэвтектическое и эвтектическое состояние меди, т.е.содержание кислорода находится в пределах 0,05 – 0,39 %.Эксперименты по отжигу проводились с оплавлениями, образовавшимисяпри различных кратностях токовой перегрузки – 8 и 12 и 16 крат. При 8-кратнойперегрузке концентрация кислорода в зоне оплавления составляет величинупорядка от 0,20 до 0,39 %, при 12-кратной перегрузке – 0,05 – 0,15 %.Микроструктуры исходных оплавлений, т.е. не подвергшихся дополнительномутемпературному воздействию, приведены в работе [35].В ходе исследования было установлено, что отжиг оплавлений, вызванных 8и 12-кратной перегрузкой, до определенных температур вызывает уменьшениесодержания кислорода в них.

При температурном воздействии 700 – 750 °Сзаметных изменений данного параметра не наблюдается. Однако, нагрев до800 °С сопровождается незначительным уменьшением содержание кислорода воплавлении (рисунок 3.21 а, б). Дальнейшее увеличение температуры до 900 °Свызывает уменьшение содержания кислорода до 0,05 – 0,10 % (рисунок 3.21 в, г).При температуре отжига 1000 °С в течение 20 и 40 минут концентрациякислорода в оплавлении составляет 0,05 % (рисунок 3.21 д, е).а) а) 800 °С, 20 минО2 ≈ 0,25 %б) 800 °С, 40 минО2 ≈ 0,25 %68в) 900 °С, 20 минО2 ≈ 0,10 %г) 900 °С, 40 минО2 ≈ 0,05 %д) 1000 °С, 20 минО2 ≈ 0,05 %е) 1000 °С, 40 минО2 ≈ 0,05 %Рисунок 3.21 – Влияние отжига на содержание кислорода в оплавлении медного проводника,образовавшегося в результате 8-кратной токовой перегрузки, 200хРазмер и форма зеренПротеканиепо проводнику сверхтока,превышающего номинальноезначение, вызывает в пределах оплавления образование зерен меди различнойформы и ориентировки к поверхности оплавления.

Мог наблюдаться зернадендритной, столбчатой и равноосной формы [31].Отжиг при температурах 800 - 900 °С в течение 20 и 40 мин не вызываетзначительных в форме дендритных зерен, наблюдается лишь укрупнениеравноосных зерен меди с появлением двойников отжига внутри. Повышениетемпературноговоздействиядо1000°Ссопровождаетсяисчезновениемдендритной структуры с нивелированием преимущественной ориентировки69(рисунок 3.21 д, е) и значительным укрупнением равноосных зерен меди, поразмерам сопоставимые с сечением проводника [31].Граница между оплавлением и проводникомОплавления, образующиеся при протекании по проводнику сверхтока,имеют четкую границу переходу к неоплавленной части провода [35]. Этаграница наблюдается при металлографическом исследовании.

Эксперименты сотжигом таких оплавлений показали, что данная граница сохраняется при отжигедо 800 – 900 °С и в отдельных случаях наблюдается при отжиге в 1000 °С. Вцелом же, высокотемпературный отжиг при 1000 °С нивелирует эту границу(рисунок 3.22).а) 800 °Сб) 900 °Св) 1000 °СРисунок 3.22 – Влияиние отжига на видимость границы между проводником и оплавлением(отмечена пунктиром), возникшим при 8-кратной токовой перегрузке, 200х70ПористостьВ пределах оплавлений и на участках проводника присутствовуют порыразличных размеров, в некоторых случаях сопоставимые с диаметром оплавления.Какого либо влияния температуры и времени отжига на пористость обнаруженоне было.Влияние отжига на дуговые оплавления, вызванные короткимзамыканиемОплавления,образующиесяприэлектродуговомпроцессекороткогозамыкания, как правило, при металлографическом исследовании представляютсобой структуру быстрой кристаллизации, а именно, сильно вытянутые зерна,ориентированные вдоль оси проводника.

Концентрация кислорода, при этом, взоне оплавления не превышает 0,05 %.Отжиг оплавлений, вызванных электродуговым процессом, при 700 - 800 °Ссущественных изменений в форму зерна не вносит (рисунки 3.23, 3.24).Рисунок 3.23 – Микроструктура оплавления медного проводникапосле КЗ и отжига до 700 °С, панорамный снимок, 50х71а) без отжигаб) 800 °СРисунок 3.24 - Микроструктура сплавления медных проводников, образовавшегося приКЗ. Без отжига (а) и с отжигом при 800 °С в течение 40 мин (б)При температуре 900 °С приводит формированию зерен равноосной формы,при этом, появляются двойники отжига (рисунок 3.25). Увеличение температурыдо 1000 °С вызывает образование по всему объему оплавление границ зерен повсему объему оплавления (рисунок 3.26).панорамный снимок, 50хпанорамный снимок, 50х72а) без отжига, 200хб) 900 °С, 200хРисунок 3.25 - Микроструктура сплавления медных проводников, образовавшегося приКЗ.

Без отжига и с отжигом при 900 °С в течение 40 мина) без отжига, 50хб) без отжига, 200х73в) 1000 °С, 50хг) 1000 °С, 200хРисунок 3.26 - Микроструктура оплавления медного проводника, образовавшегося приКЗ. Без отжига (а, б) и с отжигом при 1000 °С в течение 40 мин (в, г)Известно, что электродуговой процесс за счет локальности воздействияспособствует формированию между оплавлением и проводником четко видимойграницы. При отжиге свыше 900 °С данная граница не наблюдается(рисунок 3.25).Такимобразом,притемпературномвоздействии900°Сивышенивелируются признаки формирования оплавления в результате электродуговогопроцесса короткого замыкания.На основании проведенных экспериментальных исследований установлено,что отжиг оплавлений медных проводников, вызванных сверхтоками, приопределенных температурах оказывает влияние на их микроструктуру и,соответственно, на сохранность признаков их природы.Отжиг при температурах до 800 °С не оказывает существенного влияния насохранность признаков природы оплавлений.74Нагрев до 900 – 1000 °С вызывает уменьшение содержания кислорода воплавлении до 0,05 %.

При отжиге до 1000 °С во всем объеме оплавлениявозникают оплавления границ зерен. Возникает частичное видоизменениедендритной структуры вплоть до полного ее исчезновения при 1000 °С.Признаки воздействия дуги короткого замыкания на медный проводникнивелируются при температурном воздействии 900 °С и выше. Признакиоплавлений, образовавшихся при токовой перегрузке, исчезают при отжиге1000 °С и выше [31].3.6 Анализ оплавлений различной природы методом сканирующейэлектронной микроскопиейВ работе [29] была описана возможность применения СЭМ при анализеоплавлений медных проводников. Указывалось, что данный метод позволяетполучать информацию о природе оплавления, дифференцировать КЗ и внешнеетепловое воздействие, а так же условия, при которых оно сформировалось, путеманализа внешнего вида поверхности и толщины оксидной пленки.В соответствии с [29], основными признаками оплавления, образовавшегося врезультате КЗ, является наличие на его поверхности т.н.

Характеристики

Список файлов диссертации