Электрод для контактной сварки Российский патент 2019 года по МПК B23K11/30 B23K11/10 

Изобретение относится к сварке давлением, в частности, к контактной сварке и может быть использовано для изготовления конструкций, состоящих из сочетания материалов с высокой теплопроводностью, например, меди и сплавов на основе меди. Изобретение может быть применено практически во многих отраслях промышленности.

Известны электроды для контактной точечной и роликовой сварки различных сталей и сплавов, алюминиевых сплавов (1. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х. /М.: «Машиностроение», 1978, т. 1./ Под ред. Н.А. Ольшанского, 1978, 504 с. 2. Аксельрод Ф.А., Миркин A.M. Оборудование для сварки давлением. М.: «Высшая школа», 1975, 240 с). Основными требованиями к электродам контактной сварки являются высокая электро- и теплопроводность материала, а также максимальная механическая прочность при сжатии. В процессе точечной сварки электроды подвергаются значительному нагреву с одновременным сжатием. Кроме того, из-за неравномерного нагрева возникают тепловые напряжения внутри электродов, а стабильность получения качественного сварного соединения во многом зависит от сохранения формы рабочей поверхности электродов, контактирующей со свариваемыми деталями. При роликовой сварке протекает ток в 1,5-2 раза больший, чем при точечной сварке. Кроме того, ПВ у машин для шовной сварки значительно больше, чем у машин для точечной сварки. Все это приводит к значительно большему тепловыделению в зоне сварки, к бОльщим плотностям тока на контактной поверхности ролика и бОльшим удельным давлениям.

Исходя из этих требований, основным материалом для электродов является медь. Также могут служить сплавы на основе меди, например, хромистая медь, хромистая циркониевая медь, бериллиевая медь и др., у которых стойкость в 3-5 раз превышает стойкость электродов из чистой меди.

Данные электроды, к сожалению, практически не применимы для реализации технологии контактной сварки изделий из самой меди, так как они не могут расплавить металл в зоне сварки по причине опять же высокой электро- и теплопроводности меди.

Известны патенты, например, №№4683890, 5083930 и 5127299 (Япония), в соответствии с которыми применяют электроды для точечной и шовной сварки изделий из меди и медных сплавов. Они представляют собой стержень из тугоплавкого материала (W, Mo, CuW, AgW и др.), который с помощью пайки закреплен внутри медной оболочки. Такие электроды отличает прочность, твердость, теплостойкость, стабильность работы при обеспечении хорошего качества соединения деталей из меди и медных сплавов.

Однако электроды, изготовленные с применением пайки, имеют следующие недостатки: 1. Припой является определенной преградой для отвода тепла от тугоплавкого стержня к медной оболочке; 2. Наличие непропаев или пор в паяном шве также приводит к перегреву электрода и его быстрому выходу из работоспособного состояния. 3. В условиях массового производства изделий с применением таких электродов возможен перегрев самого электрода и, как следствие, расплавление припоя и выход из строя электрода. Кроме того, применение такой технологии для изготовления ролика для шовной сварки, с учетом термомеханических нагрузок в процессе сварки, не делает такой ролик серийно способным электродом.

Данных недостатков лишены электроды, изготавливаемые по предлагаемому техническому решению (рис. 1 и 2). Электрод для точечной сварки изделий из меди и медных сплавов представляет собой стержень из меди или медного сплава, на рабочем торце которого крепится вставка, выполненная из материала с более высокой по сравнению с электродом температурой плавления (W, Мо, графит и др.). К медному электроду эта вставка крепится с помощью технологии диффузионной сварки. При этом вставка погружена в рабочий торец электрода на глубину, соответствующую своей толщины, которая равна диаметру вставки, а отношение диаметра вставки к диаметру медного электрода равно 1:2. Такие соотношения выбраны на основе экспериментальных исследований по стойкости электродов. При меньших соотношениях увеличивается теплоотвод от места сварки и режим точечной сварки (ток, величина и длительность импульса) необходимо завышать. При больших соотношениях вставка из тугоплавкого материала перегревается из-за медленного теплоотвода (расстояние от рабочего конца вставки до медного электрода увеличено) и она разрушается.

В качестве материала вставки выбраны вольфрам или графит.

Производили контактную точечную и роликовую сварки медной фольги толщиной 0,5+0,5 мм. Для точечной сварки применяли электроды диаметром 6 мм из меди со вставкой из вольфрама (диаметр 4 мм и высота 4 мм). Предварительно вставку приваривали к медному электроду диффузионной сваркой, при этом глубина погружения вставки составляла 1/3, и 3/4 ее толщины, т.е. 1,3 мм, 2 мм и 3 мм. В результате экспериментов получены соединения фольги медной. Разница состояла в стойкости вставок вольфрамовых: наиболее стойкой оказалась вставка с погружением 2 мм (около 80 точек); наименее стойкой вставка с погружением 1,3 мм - вольфрам перегрелся и начал разрушаться после 54-й точки; вставка с погружением 3 мм обеспечила получение качественного соединения при повышенной величине тока импульса.

Аналогичные испытания проведены и при использовании ролика из меди и вольфрамового прутка, вокруг ее, прикрепленного диффузионной сваркой.

Сварные образцы подвергали испытаниям на разрыв по стандартной методике. Испытания показали, что соединения равнопрочные, вырыв ядра сварочной точки происходит по основному металлу.

Изобретение может быть использовано для изготовления точечной контактной сваркой конструкций, выполненных из материалов с высокой теплопроводностью, например из меди и сплавов на основе меди. Медный электрод на своем рабочем торце содержит вставку, выполненную из материала с более высокой по сравнению с электродом температурой плавления, соединенную с электродом диффузионной сваркой. Вставка погружена в рабочий торец электрода на глубину, соответствующую 1/2 своей толщины, которая равна диаметру вставки. Отношение диаметра вставки к диаметру электрода равно 1:2. Вставка электрода выполнена, в частности, из вольфрама или графита. Электрод имеет высокую стойкость и обеспечивает получение равнопрочных соединений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Медный электрод для соединения точечной контактной сваркой деталей, выполненных из металлов с высокой теплопроводностью, отличающийся тем, что на своем рабочем торце он содержит вставку, выполненную из материала с более высокой по сравнению с электродом температурой плавления, соединенную с электродом диффузионной сваркой, при этом вставка погружена в рабочий торец электрода на глубину, соответствующую 1/2 своей толщины, которая равна диаметру вставки, а отношение диаметра вставки к диаметру электрода равно 1:2.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена из вольфрама или графита.