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第四个物理现象：触头的熔焊和动热稳定性

我们已经知道触头在开合过程中会产生高温，有可能会导致触头焊接，这种焊接被称为触头熔焊。触头熔焊是开关电器触头系统最严重的故障之一。

我们来瞧瞧两种不同形式的触头熔焊：

第一种，叫做触头的静熔焊。触头静熔焊是由于接触电阻发热使导电斑点及其附近的金属熔化而产生，一般发生在固定接触连接或接触力足够大的闭合状态触头中。

第二种，叫做触头的动熔焊。触头的动熔焊是由于触头振动或触头被电动力斥开产生电弧，电弧的高温使触头表面金属熔化和汽化，最后导致触头焊接。触头动熔焊在触头闭合过程中或接触力较小的闭合状态触头组合中出现。

由第三部分的计算中我们看到，触头流过正常的运行电流时，它的温升并不高。但触头流过短路电流或者短时强脉冲电流时，其温升很高，这时就会出现熔焊现象。因此，触头熔焊与过电流结下了不解之缘。

我们先来瞧一瞧触头静熔焊的物理过程：

当流过一对闭合触头的电流达到一定程度时，触头的接点表面斑点处薄层金属开始熔化，接触电阻也开始下降。如果这时分开触头，可以看见烧蚀的斑点。

如果流过的电流超过触头开始熔化电流的20%- 30%，则导电斑点及其附近的金属会有较大面积的熔化，触头开始焊接。这时要使触头分开必须施加一定的拉力。这时的电流叫做开始焊接电流。

如果通过触头的电流再继续加大，则斑点附近熔化区向纵深发展，使触头基底金属熔为一体。电流越大，焊接越牢固，焊接力也越大，直至达到或接近触头基底金属的抗拉强度。

我们再来瞧一瞧触头动熔焊的物理过程：

当触头闭合接近接触时，因触头间隙可能被击穿而产生预击穿的短时电弧。触头一旦接触，电

弧熄灭，电流接通，接触电阻由无限大迅速下降到很小的数值，此时只有接触电阻发热。接着触头开始第一次碰撞后产生反跳，两接触面分离瞬间产生电弧，电弧使接触面金属熔化并气化。触头反跳达到最大距离后又开始重新闭合，当两触头重新接触时，电弧熄灭，触头表面熔化的金属被挤压散开迅速冷却，触头焊接。

不过，别以为只有触头发热才会出现熔焊。有时，还会出现冷熔焊。

冷熔焊常常发生于用贵金属制成的触头中，其表面不易形成氧化膜，或者在压力作用下触头产生碰撞或相对滑动，接触表面产生塑性变形，使表面膜破坏、洁净的金属接触面扩大，由于金属分子和原子之间化学亲和力的作用，形成了两个金属表面的牢固结合，也即冷熔焊。

冷熔焊常常出现在小型或者高灵敏度的继电器中，特别是干簧继电器，极易出现触头粘住不放的故障。

某次我订购了一盒10个干簧继电器，结果其中能用的只有2个，8个全部都冷熔焊粘死了。真是气死人。

小型密封继电器常采用金或者金合金做成触头镀层或压制成触头，保证接触电阻低值而稳定。金是塑性材料，又不会在金属表面形成氧化膜，化学亲和力好，常常密封于惰性气体中，极易产生冷熔焊。

我们再来看看触头的磨损：

对于热熔焊，当触头拉开时，会形成金属细丝的桥，使得触头材料由一极转移至另一极。这叫做桥磨损；如果触头开断的电流很大，两个触头都会产生不同程度的烧损和净损失。这种因放电引起的触头材料转移和烧损统称为电弧磨损。

一般说来，贵金属材料较难形成液态金属桥，而普通金属材料则较易形成液态金属桥，且桥长可达毫米数量级。例如，铁在空气中能形成较长和稳定的金属桥，而银和铜就比较困难。

液态金属桥形成后，桥的最离温度不在桥的中部，而在靠近某个极面的地方。根据各种触头材料的实验结果发现，大部分材料形成的金属桥最高温度均偏向阳极，少数材料也会偏向阴极。也因此，阳极触头上会留下一个尖头，而阴极则留下一个瘤。

那么有没有什么办法来阻止触头磨损？有的，这叫做触头材料对。我们来看看《低压电器技术手册》中给出的触头材料对，如下：

第一列是银和白金，第二列是银和镉，第三列是银和白金/铟，第四列是黄金和白金，第五列是黄金和镉，第六列是黄金和白金/铟。看的出来，都是贵金属。

现在，我们再来瞧一瞧如何计算触头通过短路电流时的热稳定性。

查阅《低压电器手册》，其中有触头开始熔化时的接触电压表，如下：

如何计算呢？简单的很，直接利用欧姆定律来计算即可。

这个值远远小于表中的0.41V，因此该瓣形触头的热稳定性合格。

但如果该瓣形触头的接触电阻是又会如何？我们来计算一下：

这个值大于0.41V，因此在此条件下，该瓣形触头的热稳定性不合格。

事实上，开关电器用得越久，其触头接触电阻就越大，其短路电流的热稳定性就越成问题。

好了，这第四部分到这里就结束了。

给大家出一个问题：对于接触器来说，它的触头系统即关联到灭弧系统，又联系到它的电磁机构。在这种情况下，触头系统的设计需要考虑到哪些因素？

如果想知道答案，且听下回分解。