[发明专利]一种基于形状记忆合金环的断路器操作机构防断裂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高中压断路器操作机构修复与防护领域，具体涉及一种基于形状记忆合金环的断路器操作机构防断裂的方法，特别涉及采用TiNiNb形状记忆合金及有限元分析仿真计算。

背景技术

近年来，由于断路器操作机构断裂导致的电网事故时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行。统计表明，断路器操作机构失效的原因归于早期缺陷的存在和发展以及频繁操作导致的金属疲劳缺陷，而断路器操作机构瞬间动作时受力特别大，从而容易导致操作机构断裂失效。目前除整体更换受损失效部件或者采用更优材质的材料制备部件的方法外，并没有行之有效的防止早期裂纹扩展的防护修复方法。

形状记忆合金具有的形状记忆效应是指材料在马氏体状态受力发生形变后，当温度升高至母相状态时，材料的形状恢复到形变前形状的现象。用于紧固连接用的记忆环和管接头扩径变形后，加热回复时内径收缩达到紧固连接的目的。

有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，是一种实用高效的数值分析方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于形状记忆合金环的断路器操作机构防断裂的方法，旨在解决断路器操作机构因裂纹扩展导致的断裂失效问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于形状记忆合金环的断路器操作机构防断裂的方法，工艺步骤为：

1)对断路器操作机构进行建模，通过有限元仿真计算断路器操作机构，找出断路器操作机构应力集中部位；分析找出断路器应力集中部位，将在应力集中部位装设形状记忆合金环；

2)选择记忆合金，将记忆合金加工成内径与断路器操作机构应力集中部位外径直径之比为100:102的环；所述的形状记忆合金圆环为TiNiNb合金；

3)将形状记忆合金圆环在马氏体相变温度以下扩径变形，将记忆合金环套在断路器操作机构应力集中部位，再加热至奥氏体温度回复时记忆合金圆环的内圆收缩，与断路器操作机构应力集中部位紧密接触。

上面所述环的截面形状为圆形或椭圆形。

具体步骤如下:

1.对断路器操作机构用SolidWorks建模软件进行三维建模，将建模好的图像导入algor软件，进行有限元分析，分析发现，杆件端部为应力集中部位。最大应力870Mpa，超出了Q235的屈服强度，加上断路器操作机构动作时为瞬时冲击，加速度和速度很大，因此容易发生断裂。

2.选择TiNiNb宽滞后记忆合金，采用TiNiNb板→线切割环坯→酸洗抛光→真空热处理→低温扩径的技术工艺制备形状记忆合金环，化学成分（从铸锭取样检验）满足下表要求。