Способ охлаждения электрода сварочных клещей контактной точечной сварки (КТС) и устройство его реализации Российский патент 2017 года по МПК B23K11/10 B23K11/30 

Изобретение относится к сварочному производству и пригодно в сварочных клещах, используемых для производства арматуры панелей жилых, производственных и др. сооружений.

Известно внутреннее охлаждение электрода путем циркуляции хладагента по полости хвостовика электрода. Также известно и наружное охлаждение его благодаря пористому материалу на его наружной поверхности, к которому подводится хладагент (см. патент РФ 2420378 С2 от 02.03.2009).

Недостаток первого - неэффективность охлаждения, а второго - наличие хладагента в зоне контакта электрода со свариваемой деталью, чем ускоряется его окисление и износ.

Известен и способ охлаждения теплопередачей, от электрода к его хвостовику, от последнего через стенки дна продольного канала держателя к циркулирующему и охлаждающему это дно хладагенту, используемый в сварочных клещах (см. патент US 4544822 А1 01.10.1985).

Его недостаток - малый эффект, и поэтому электроды преждевременно изнашиваются.

Известно и устройство реализации последнего в виде двух расположенных под углом стержней; на конце первого есть хвостовик под другие элементы клещей, а на конце второго с внутренней стороны - средство для крепления сменного электрода; также имеются образованные с их торцов продольные каналы, открытые один в другой, причем в глухом канале второго стержня размещена с зазором трубка под циркулирующий хладагент, охлаждающий через стенки дна канала сплошной хвостовик электрода, размещенного в поперечном гнезде стержня (см. последнее).

Само устройство сложно и нетехнологично и порождает неэффективный способ охлаждения электрода, имеющего из-за этого низкую стойкость.

Задачей предлагаемого решения является повышение стойкости электрода более эффективным способом его охлаждения без усложнения конструкции этих клещей.

Она достигается тем, что в способе охлаждения электрода сварочных клещей КТС путем подвода хладагента к дну продольного канала держателя, охлаждение им через его стенку хвостовика электрода с последующим отводом нагретого хладагента за пределы держателя, новым является то, что часть нагретого хладагента отводят к пористому материалу его поперечного гнезда с хвостовиком электрода, затем по полости хвостовика его подводят в полость электрода, откуда парожидкостная смесь хладагента уходит в атмосферу.

Отводом части нагретого хладагента от дна продольного канала держателя в его поперечное гнездо с пористым материалом и хвостовиком электрода обеспечивается последовательное охлаждение им хвостовика благодаря его полости и электрода, имеющего в задней части свою полость, открытую в предыдущую, и поперечные окна там, через которые парожидкостная смесь хладагента уходит в атмосферу.

Такой последовательностью перемещения хладагента с небольшим расходом его по сравнению с отводимым из держателя обеспечивается накопление его пористым материалом поперечного гнезда и кипение его там от тепла хвостовика и передней части держателя при нагреве электрода в процессе сварки с последующим контактом такого хладагента с поверхностями полостей хвостовика и электрода и превращением его в пар или парожидкостную смесь теплом их. Далее такой хладагент сам уходит оттуда по поперечным каналам электрода в атмосферу.

Отводом парожидкостной смеси в окружающую среду гарантируется установившийся при сварке нагрев хвостовика и электрода в пределах 120-150°С по сравнению с нагревом его прототипа до 200-250°С, чем повышается его стойкость.

В предлагаемом устройстве-электрододержателе сварочных клещей КТС в виде двух расположенных под углом стержней, имеющих на концах первого хвостовика под другие элементы клещей, второе устройство под сменный электрод, а также по продольному каналу под хладагент, открытому один в другой, выполненных с их торцов, причем в канале другого размещена с зазорами трубка, новым является то, что в дне второго канала образовано окно, открытое в поперечное гнездо с пористым материалом и полым хвостовиком электрода с поперечными окнами в задней части, открытыми в его полость. Образованием окна в стенке между дном продольного канала и этим гнездом обеспечивается отвод части нагретого хладагента в полость данного гнезда, свободную от хвостовика электрода, а именно придонную часть ее, где размещен пористый материал.

Применением этого материала обеспечивается аккумуляция подводимого туда хладагента с последующим нагревом его теплом хвостовика электрода и передней частью держателя, нагретой этим хвостовиком.

Перемещением хладагента по полостям хвостовика и электрода обеспечивается его дальнейшее нагревание и кипение с образованием пара теплом стенок этих полостей с охлаждением этих элементов до 120-150°С из-за связи их полостей с атмосферой.

Выполнением поперечных окон в задней части электрода, открытых в его полость, обеспечивается отвод пара или парожидкостной смеси из нее в атмосферу, чем снижается установившийся уровень нагрева электрода, равный 200-250°С, и повышается его стойкость.

Сравнительный анализ предлагаемых СПОСОБА… и УСТРОЙСТВА ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

с известными решениями свидетельствует, что они новы, имеют существенные отличия, промышленно применимы и поэтому соответствуют критерию ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Эти решения поясняются чертежом, где на фиг. 1 представлена передняя часть второго стержня.

Она содержит стержень 1 с продольным глухим каналом 2, в котором с зазорами расположена трубка 3. В его поперечном гнезде расположены хвостовик 4 электрода 5 и пористый материал 6, например асбест, на дне этого гнезда, соединенного окном 7 с продольным каналом 2 стержня 1.

Хвостовик 4 имеет полость 8, переходящую в полость 9 задней части электрода, куда открыты его поперечные окна 10.

Предлагаемый способ реализуется так: по трубке 3 хладагент подводится к дну канала 2, охлаждая его, и через стенку хвостовика 4 электрода 5; нагретый хладагент отводится по зазору между трубкой 3 и каналом 2 за пределы стержня 1; при этом часть его через окно 7, соединяющее канал 2 с поперечным гнездом стержня 1, подводится к пористому материалу 6 и аккумулируется ИМ с начала сварки в течение нескольких циклов.

Количество подводимого к этому материалу хладагента определяется давлением подачи его в канал 2 стержня 1 и проходным сечением окна 7, которое в несколько раз меньше этих сечений зазора канала 2 и трубки 3 и последней. Оно рассчитывается по теплопоступлению в электрод при сварке и допустимой температурой нагрева его, выбираемой из требуемой стойкости его рабочей части. Величина теплопоступления в него определяется, например, диаметром свариваемых между собой прутков и продолжительностью сварки;

при этом с увеличением данных параметров возрастает тепловыделение в зоне сварки и теплопоступление в электрод.

Поэтому в конкретном случае определяется теплопоступление, например, экспериментально,

и по нему рассчитывается расход хладагента на охлаждение электрода проточным

теплосъема без кипения его в канале 2 и с кипением в полостях 8 и 9 хвостовика 4 и электрода 5. При этом единичное теплосодержание хладагента с данными механизмами теплоотвода различаются между собой как минимум в 4 раза (по воде, нагретой до 100°С).

При наличии поперечных окон 10 у электрода его полость 9 соединена с атмосферой и, следовательно, давление в ней и полости 8 близко к атмосферному, при котором

максимальная температура нагрева их поверхностей не более 125°С, при которой пузырьковое кипение переходит в пленочное, приводящее к перегреву охлаждаемых поверхностей хвостовика и электрода (для хладагента - воды).

Величиной расхода хладагента обеспечивается полное превращение его во влажный пар или частичное, при котором пар содержит его капли, нагретые до температуры насыщения.

Снижением нагрева электрода с 250 до 150°С повышается его стойкость как минимум в 1,5 раза.

Таким образом, предлагаемым способом охлаждения уменьшается нагрев электрода как минимум в 1,5 раза с возрастанием его стойкости на эту же величину при незначительном усложнении приведенного выше устройства его реализации.

Сварочные клещи для контактной точечной сварки могут быть использованы при изготовлении арматуры для панелей жилых, производственных и других сооружений. Держатель выполнен в виде двух расположенных под углом стержней. На конце первого стержня смонтирован хвостовик для его закрепления, а на конце второго выполнено поперечное гнездо, в котором установлен хвостовик охлаждаемого сменного электрода. Стержни выполнены с продольными каналами для циркуляции хладагента, охлаждающего электрод через стенку поперечного гнезда, открытые один в другой. Канал второго стержня держателя в зоне его дна соединен окном с упомянутым поперечным гнездом для подачи в него хладагента, на дне которого образована полость с размещенным в ней пористым материалом. Хвостовик сменного электрода выполнен с полостью, переходящей с одной стороны в полость задней части электрода, в которую открыты его поперечные окна, связанные с атмосферой. С другой стороны полость хвостовика открыта в полость поперечного гнезда второго стержня держателя с пористым материалом. Клещи обеспечивают понижение уровня нагрева электрода, что способствует увеличению его стойкости. 1 ил.

Клещи для контактной точечной сварки, содержащие охлаждаемый сменный электрод и держатель в виде двух расположенных под углом стержней, на конце первого из которых смонтирован хвостовик для его закрепления, а на конце второго выполнено поперечное гнездо, в котором установлен хвостовик охлаждаемого сменного электрода, при этом упомянутые стержни выполнены с продольными каналами для циркуляции хладагента, охлаждающего электрод через стенку поперечного гнезда, открытые один в другой, отличающиеся тем, что канал второго стержня держателя в зоне его дна соединен окном с упомянутым поперечным гнездом для подачи в него хладагента, на дне которого образована полость с размещенным в ней пористым материалом, при этом хвостовик сменного электрода выполнен с полостью, переходящей с одной стороны в полость задней части электрода, в которую открыты его поперечные окна, связанные с атмосферой, а с другой стороны полость хвостовика открыта в полость поперечного гнезда второго стержня держателя с пористым материалом.