Струмопідвід для резистивних ВВКМ нагрівачів

Abstract

В статті обґрунтовано необхідність врахування перехідного електричного опору зварювального контакту між титановим струмопідводом та резистивним елементом нагрівача з вуглець-вуглецевого композиційного матеріалу (ВВКМ) при його виготовленні. Вуглець-вуглецевий композиційний матеріал має унікальний комплекс технічних характеристик, які дають можливість використовувати його як конструкційний матеріал для виготовлення резистивних нагрівачів, що працюють у діапазоні температур від 400 °С до 2500 °С у вакуумі або захисній атмосфері. Застосування нагрівачів з ВВКМ в теплових камерах електротермічних двигунів для перетворення електричної енергії в теплову дає змогу використовувати їх для визначення температури всередині теплової камери двигуна. Використання інтегральної оцінки температури нагрівача з ВВКМ, яка ґрунтується на зміні опору нагрівача із зростанням температури і фактично полягає у вимірюванні сили електричного струму, що протікає через нагрівач, вимагає забезпечення точних значень електричного опору самого нагрівача та електричного опору в місті контакту струмопідводу з нагрівачем. Особливістю конструкції нагрівача є необхідність підводу електричного струму до двох ламелей резистивного елемента нагрівача з ВВКМ, які знаходяться з однієї сторони нагрівача. Для зварки стиків між титановим дротом та резистивним елементом нагрівача застосувалась зварка TIG поверхневою дугою в середовищі аргону, який подавався між місцем зварювання та не витратним вольфрамовим електродом. Проведені лабораторні випробування виявили, що роз’ємні з’єднання титанового дроту з резистивним елементом нагрівача з ВВКМ та розбірні з’єднання (болтові, вінтові, клинові) по різних причинах не можуть забезпечити вимоги по стабільності контактного опору. З нерозбірних з’єднань тільки зварювальні з’єднання показали стабільні показники електричного контактного опору. Електричний опір нагрівача зі струмопідводом має складати 3,8±0,2 Ом. Значення допуску на опір визначено рядом факторів, в тому числі фізичними властивостями ВВКМ, технологією механічної обробки, способом нанесення захисного покриття, опором зварювального з’єднання та інше. При механічних випробуваннях зварювального з’єднання титанового дроту з нагрівачем було встановлено, що відрив дроту від нагрівача відбувається з залишками ВВКМ і перехідного шару карбіду титану, що утворюється при зварюванні і може впливати на додатковий електричний опір нагрівача. Теплового деформування нагрівача з ВВКМ у зоні зварювання не відбувається. Результати проведених досліджень доводять, що встановлення титанових струмопідводів методом зварювання збільшує значення опору резистивного елемента нагрівача з ВВКМ за рахунок хімічної реакції між сплавом титана та резистивним елементом і появи додаткового слою карбіду титану. Таким чином, електричний опір резистивного елемента нагрівача з ВВКМ при його виготовленні, до приварки двох титанових дротів струмопідведення, має бути зменшений з врахуванням перехідного електричного опору двох зварювальних контактів.