СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ Российский патент 2006 года по МПК B23K11/10 B23K11/16 

Изобретение относится к контактной сварке, в частности к способу контактной точечной сварки металлов с высокой электропроводностью.

Известен способ контактной точечной сварки молибдена (см., например, а.с. СССР №210962, кл. В 23 К 11/16), при котором между свариваемыми поверхностями помещают промежуточную цельнометаллическую прокладку из титана.

Недостатком способа является его ограниченность применения - только для точечной сварки молибдена.

Известен способ контактной точечной сварки элементов конструкции из свинца с элементами конструкции из стали (см. патент РФ №2036760, кл. В 23 К 11/20, от 04.02.93), при котором свариваемые поверхности механически очищают, поверхность стального элемента покрывают флюсом, элементы сжимают давлением, пропускают импульс тока сварки и выдерживают под давлением после снятия импульса, при этом используют флюс следующего состава, мас.%: уксуснокислый натрий 40-60, 10-30%-ный раствор уксусной кислоты 30-40, металлический порошок, выбранный из группы припой ПОС-30, никель, медь, алюминий, цинк, 10-20.

Недостатком способа является его ограниченность применения - только для сварки свинца со сталью. При возможной сварке других металлов резко снижается коррозионная стойкость соединения из-за агрессивности кислотных составляющих применяемого флюса.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ подготовки к контактной точечной сварке изделий из алюминия и его сплавов (см. а.с. СССР №688308, кл. В 23 К 11/10, от 21.11.77), при котором очищают свариваемые поверхности и вводят между ними промежуточный порошкообразный слой из медноникелевого сплава в следующем соотношении, вес.%: никель - 95...55, медь - остальное.

Недостатком способа является ограниченность функциональных возможностей промежуточного слоя, входящие в него компоненты не обеспечивают удаление вредных окисных и газовых составляющих из разогретой контактной зоны.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и качества сварки металлов с высокой электропроводностью, таких как медь, алюминий, их сплавов и металлов с покрытием на их основе, расширение технических и технологических возможностей контактной точечной сварки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе контактной точечной сварки металлов с высокой электропроводностью, при котором между свариваемыми поверхностями деталей размещают металлическую прослойку, в качестве указанной прослойки используют порошкообразный самофлюсующийся хромоникелевый сплав с высоким электросопротивлением марки ПГ-СР с общим содержанием Ni и Xr 70-80%, остальное - С, Si, Mn, B, Fe, при этом указанный порошкообразный сплав наносят толщиной не более 0,3 мм на поверхность свариваемой детали.

В процессе сварки расплавленный металл прослойки под действием осевых нагрузок вытесняют на периферию формирующейся сварочной точки.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежных рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенный способ имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

При способе контактной точечной сварки металлов с высокой электропроводностью, таких, например, как медь, алюминий, сплавов и металлов с покрытием на их основе, между свариваемыми поверхностями вводят промежуточную порошкообразную прослойку, причем указанную порошкообразную прослойку наносили на одну из свариваемых внутренних поверхностей детали, при этом толщина прослойки не превышала 0,3 мм. Порошкообразная прослойка состоит из самофлюсующегося с высоким электросопротивлением, хромоникелевого сплава марки ПГ-СР с содержанием Ni и Xr 70-80%, остальное С, Si, Mn, В, Fe.

В процессе сварки расплавленный металл прослойки под действием осевых нагрузок вытесняют на периферию формирующейся сварочной точки.

Медь, алюминий и их сплавы обладают высокой электропроводностью, малым переходным сопротивлением в контакте деталь-деталь, что затрудняет расплавление металла в контактной зоне, а порой делает невозможным получение качественной сварной точки. При контактной сварке алюминия требуется увеличение в 3-4 раза сварочного тока и потребляемой мощности машины. Для меди этот показатель еще выше.

Составляющие компоненты предложенной порошкообразной прослойки из хромоникелевого самофлюсующегося сплава марки ПГ-СР с содержанием Ni и Xr 70-80%, остальное С, Si, Mn, В, Fe, оказывают активное комплексное воздействие на качество сварной точки в процессе ее образования и формирования.

Находящиеся в сплаве Ni и Xr имеют высокое удельное электросопротивление: Ni - 0,069 мкОм мм²/м, Xr - 0,132 мкОм мм²/м, а Cu - 0,0169 мкОм мм²/м.

Это способствует значительному повышению переходного сопротивления и связанной с этим температуры разогрева свариваемого металла в контакте деталь-деталь, достаточной для создания температурных и металлургических условий формирования литого ядра точки при сварке меди, алюминия и их сплавов. Кремний, марганец, углерод связывают кислород и окислы, бор и его соединения способствуют удалению водорода и других газов в зоне формирования точки.

Операция нанесения порошкообразных сплавов и смесей может быть выполнена известными способами напыления: газотермическим, плазменным и другими с образованием адгезийного соединения порошкообразной прослойки с деталью.

Возможен также другой способ получения прослойки: смешивание порошка со связующим токопроводным веществом, например глицерином, мастикой, и последующим нанесением полученной пастообразной массы на деталь при помощи пневмопистолета или шпателя.

Образованное адгезийное соединение позволяет удерживать порошок на наклонных свариваемых поверхностях.

Толщина порошкообразной прослойки оказывает существенное влияние на прочностные качества сварной точки и зависит от способа нанесения порошка, грануляции наносимого материала и не должна превышать 0,3 мм.

Компоненты прослойки толщиной до 0,3 мм расплавляются полностью и под действием осевых нагрузок электродов вместе со шлаком и оксидами выдавливаются на периферию зоны сварки, давая возможность получить литое ядро точки из основного свариваемого металла.

Тем самым не нарушаются теплофизические свойства, в частности электропроводность сварного соединения в контакте деталь-деталь, являющаяся необходимым свойством токоведущих изделий.

Увеличение толщины прослойки свыше 0,3 мм приводит к ее частичному подплавлению, образованию крупнозернистой хрупкой структуры сварной точки.

В этом случае при механических испытаниях образцов разрушение сварного соединения происходит путем среза точки.

Пример 1. Порошкообразный самофлюсующийся сплав марки ПГ-СР на хромоникелевой основе с содержанием Ni-Xr 70-80%, остальное С, Si, Mn, В, Fe смешали с глицерином до пастообразного состояния. Полученный состав при помощи шпателя нанесли на внутреннюю поверхность одной из свариваемых деталей из алюминия А5, толщина детали 1,0 мм + 1,0. Полученную массу разровняли до толщины около 0,3 мм. Детали с нанесенной порошкообразной прослойкой и без прослойки разместили между электродами сварочной машины МТ-1928 мощностью 105 кВ·А.

Режим контактной точечной сварки: давление сварки - 0, 2МПа, сварочный ток - 17,6 кА, длительность импульса тока - 0,5 сек, длительность проковки - 0,36 сек, диаметр электрода - 16 мм с радиусной заточкой рабочей части.

Диаметр полученной сварочной точки - 7,3 мм.

Примеры 2-3. Контактную точечную сварку меди M2 толщиной 1,5 мм + 1,5 и латуни Л63 толщиной 0,8 мм + 0,8 проводили по условиям примера 1 при тех же режимах сварки.

Диаметр полученной сварочной точки для меди - 3,5 мм, для латуни - 6,1 мм.

Сварные соединения подвергались механическим испытаниям на разрывной машине на отрыв образцов.

Полученные результаты выявили надежность сварного соединения через прослойку, механическую прочность, зависимость сварного соединения от теплофизических свойств материала, связанного с этим диаметра сварочной точки.

Высокая электропроводность и теплоемкость меди приводят к уменьшению ядра точки. При усилии 135 кг разрушение соединения происходит путем среза металла точки с частичным вырывом основного металла.

Образцы из А1 и Л63 разрушались по основному металлу в околошовной зоне с усилием соответственно 75 и 130 кг.

Металлографические исследования выявили наличие литого ядра точки из основного металла и отсутствие включения порошковых зерен в нем.

Предлагаемый способ контактной точечной сварки позволяет сваривать металлы с высокой электропроводностью с достаточной прочностью, стабилизирует качество сварного соединения, снижает энергетические затраты, расширяет технологические возможности способа контактной точечной сварки.

Изобретение может быть использовано при контактной сварке металлов с высокой теплопроводностью, в частности меди, алюминия, их сплавов и металлов с покрытием на их основе. Между свариваемыми поверхностями деталей размещают металлическую прослойку из порошкообразного самофлюсующегося хромоникелевого сплава с высоким электросопротивлением марки ПГ-СР с общим содержанием Ni и Cr 70-80%, остальное - С, Si, Mn, В, Fe. Указанный порошкообразный сплав наносят толщиной не более 0,3 мм на поверхность свариваемой детали. В процессе сварки расплавленный металл прослойки под действием осевых нагрузок вытесняют на периферию формирующейся сварочной точки. Способ обеспечивает повышение надежности и качества соединения, расширение технологических возможностей контактной точечной сварки. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ контактной точечной сварки металлов с высокой электропроводностью, при котором между свариваемыми поверхностями деталей размещают металлическую прослойку, отличающийся тем, что в качестве прослойки используют порошкообразный самофлюсующийся хромоникелевый сплав с высоким электросопротивлением марки ПГ-СР с общим содержанием Ni и Cr 70-80%, остальное - С, Si, Mn, В, Fe, при этом указанный порошкообразный сплав наносят толщиной не более 0,3 мм на поверхность свариваемой детали.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе сварки расплавленный металл прослойки под действием осевых нагрузок вытесняют на периферию формирующейся сварочной точки.