Definire il sistema di contatto prima di scegliere la lega
La scelta del materiale per contatti elettrici deve bilanciare trasferimento di corrente, resistenza di contatto, generazione e smaltimento del calore, forza di contatto, supporto meccanico, usura, movimento, ossidazione o contaminazione, giunzioni, stato superficiale, rammollimento e manutenibilità.
Iniziare identificando il componente effettivo: pattino di contatto per forno ad arco sommerso (SAF), anello di pressione SAF, morsetto o portaelettrodo per forno elettrico ad arco (EAF), piastra di contatto per saldatrice, anello di contatto in CuCrZr, collegamento rigido tra sbarre, conduttore raffreddato ad acqua, terminale o altro contatto definito dal disegno. Componenti in rame simili possono condurre corrente in modi diversi e non possono seguire automaticamente un’unica regola di scelta del materiale.
1. Dati elettrici e termici
- Tipo e intensità della corrente, frequenza quando pertinente, ciclo di servizio, condizioni transitorie o di guasto, percorsi in parallelo, criteri per la densità di corrente e temperatura ammissibile.
- Geometria della superficie di contatto, area reale e nominale, forza di serraggio, distribuzione della pressione, materiale accoppiato, preparazione della giunzione, fissaggi, movimento e manutenzione.
- Metodo di raffreddamento, fluido, portata, pressione, temperatura, collegamenti, monitoraggio, incrostazioni e limiti del sistema di smaltimento del calore.
- Ossidazione superficiale, scaglie di ossido, polvere, contaminazione di processo, formazione di archi, usura da micromovimenti, scorrimento, montaggi ripetuti e usura prevista.
La sola conducibilità del materiale non determina la temperatura della giunzione. Contano anche resistenza di contatto, forza, stato superficiale, geometria, qualità del collegamento, raffreddamento, installazione ed esercizio.
2. Confrontare le opzioni di materiale
Il rame commercialmente puro può offrire alta conducibilità quando i requisiti approvati relativi a sollecitazioni meccaniche e termiche, giunzioni, usura e rammollimento sono compatibili con la designazione e lo stato selezionati.
Il rame privo di ossigeno (OFC) può essere valutato quando sono richiesti contenuto di ossigeno controllato, conducibilità, giunzioni, impiego sotto vuoto o compatibilità di processo. Non è automaticamente più resistente meccanicamente o all’usura.
Il CuCrZr può essere valutato quando occorre bilanciare la conducibilità con maggiore resistenza meccanica, durezza, stabilità dimensionale, resistenza all’usura o al rammollimento. Le sue proprietà dipendono da designazione, forma di prodotto, stato e trattamento termico.
Altre leghe di rame possono essere adatte quando prevalgono forza di contatto, usura, corrosione, formabilità, comportamento elastico, giunzioni o temperatura. Una guida alle leghe in nastro per connettori non deve essere applicata direttamente a un contatto massiccio per forno senza una valutazione tecnica specifica del componente.
Le indicazioni della Copper Development Association evidenziano che temperatura ed elementi di lega influenzano la conducibilità e che questa va bilanciata con resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e formabilità. La scelta non può quindi basarsi sul solo valore in %IACS.
3. Definire la forma di prodotto e il ciclo di fabbricazione
- Lastra, barra, forgiato, getto, anello, blocco, tubo, nastro o altra forma di prodotto.
- Stato finale del materiale ed eventuali operazioni di forgiatura, laminazione, estrusione, fusione in forma, trattamento termico, lavorazione meccanica, saldatura, brasatura, assemblaggio, rivestimento, deposito galvanico o preparazione superficiale.
- Tracciabilità del materiale e del componente, posizione di prova, direzione di riferimento delle proprietà, campionamento e relazione tra campione e pezzo consegnato.
- Regole per riparazioni, rilavorazioni, riscaldamenti localizzati, ripristino del deposito galvanico e controllo delle modifiche.
4. Specificare le interfacce e l’accettazione
- Disegno sotto controllo documentale, revisione, riferimenti, quote critiche, accoppiamenti, superfici di contatto e montaggio, finitura superficiale, planarità, allineamento, fori, collegamenti e passaggi di raffreddamento.
- Composizione chimica, conducibilità, durezza, proprietà meccaniche, rivestimento o deposito galvanico, rapporto dimensionale, controlli non distruttivi (CND/NDT), prove di pressione o di tenuta ed evidenze funzionali richiesti.
- Metodo, posizione, temperatura, fase e campionamento della prova, criteri di accettazione, punto di presenziamento e formato del rapporto.
Un certificato del materiale o una lettura di conducibilità non dimostrano la portata di corrente dell’intera giunzione, la sovratemperatura, la resistenza di contatto, le prestazioni di raffreddamento, la durata all’usura, la qualità dell’installazione o la conformità del sistema.