Электрод для контактной сварки Советский патент 1982 года по МПК B23K11/30 

(54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к cBap04HON/fy производству, в частности к производству электродов для контактной сварки. Известны электроды со сферической рабочей поверхностью ij . Однако электрод в процессе контактной сварки испытьюает действие реактивного давления со стороны свариваемых элементов, причем в современных свароч ных процессах удельные усилия, допустимые для электродов, должны составлять 25 кгс/мм и более. Участок рабочей ча ти электрода, примыкающий к опорной по верхности, в процессе сварки разогревает ся до 550 С на глубине около 2 мм, на большем расстоянии от опорной поверхности температура постепенно снижается до 8О - 10О°С. Давление на электрод фокусируется в осевой зоне рабочей части. Электроды из хромистой бронзы имеют допустимое удельное усилие при указанной повышенной температурю порядка 5,3 кгс/мм- поэтому их стойкость не превышает 100О точек, после этого изменение сечения рабочей части электрода превышает 20% начального сечения, допустимое для сварочных процессов. Повышение силовых возможностей элект родов возможно различными путями. Известны электроды из порошковых материалов, получаемые формовкой и спе- кание порошка с размером частиц 1О 5ОО мкм, получаемого с помощью спе- диальной установки C2j . Однако электроды из порошковых материалов имеют ту же конфигурацию, что и электроды, получаемые из катаного или прессованного прутка, но вследствие большей жаропрочности имеют повьппенное допустимое удельное усилие 8-11 кгс/мм которое,однако, значительно ниже требуемых значений для многих современных процессов. Стойкость таких электродов 165О - 200О точек. Известен электрод с рабочей частью, армированной параллельнымиего оси волокнами из вольфрамовой проволоки 3j . Однако армирование параллельными нитями проволоки повышает допустимое усилие электрода, параллельные волокна сохраняют устойчивость лишь при значительных объемных долях {15% и более) волокон в объеме электрода. Повьпцение объемной доли волокон вольфрама, распределенных в материале на основе меди, снижает его электропроводность, что вызьгоает повышенный разогрев наконечника электрода и его налипание на поверхность свариваемых элементов. Таким образом, электроды либо обеспечивают недостаточно высокое сопротивление действию давления при точечной сварке, либо происходит налипание материала наконечника на свариваемую деталь. Электрод, армирован ный параллельными нитями, имеет также малую демпфирующую способность, необхо димую при сварке высокопрочных материалов. Известен электрод для контактной свар ки из спеченного порошкового материала на основе меди со сферической рабочей поверхностью 4 j . Однако электрод получают засьпткой порошка в полость контейнера оснастки вертикального гидравлического пресса, холодным брикетированием с удельным усилием 75 кгс/мм, подпрессовкой посОле нагрева до 450 С и спеканием в атмосфере водорода при 86О С в течение 3 ч с последующей механической обработкой. Данный электрод имеет допустимое удель ное усилие при точечной сварке 9,2кгс/м и стойкость 180О - 1850 точек, что недостаточно. Целью изобретения является увеличение допустимого удельного усилия и повы шение стойкости электрода. Указанная цель достигается тем, что электрод для контактной сварки из спеченного порошкового материала на основе меди со сферической рабочей поверхностью снабжен конической спиралью,: выполненно из омедненной вольфрамо1вой проволоки, ус тановленной по оси электрода в зоне, при мыкающей к рабочей поверхности и обращенной большим основанием к ней, и клу& ком путанки, выполненной из омедненной вольфрамовой проволоки, размещенной вну ри спирали, выполненной с углом конусности равным 15 - 20 . с большим основанием равным 2/3 - 3/4 диаметра элект рода, а объем омедненной вольфрамовой проволоки 8 - 10% от объема. На чертеже показан электрод. Электрод содержит клубок путанки 1,распределенный в массе спеченного порошка хромистой бронзы 2, находится в полости спирали 3, профиль которой фиксирует положение клубка путанки и способствует его уплотненто при изготовлении наконечника только в осевой зоне и только вблизи опорной поверхности, т. е. на наиболее нагруженном при сварке участке. Оптимальная форма спирали: угол конуса 15 - 20, диаметр большего основания равен 2/3 - 3/4 диаметра шшиндрической части электрода. Электропроводность электрода 70% от электропроводности меди, что гарантирует нормальную работу электрода без налипания к соединяемым элементам при условии, что суммарный объем провопоки, испогаьзованный для спирааи и клубка путанки, 8 - 10% объема электрода. Большое основание спирали обращено к рабочей поверхности электрода, что позволяет удержать клубок путанки в осевой зоне наконечника при его изготовлении. Ввведение клубка путанки обеспечивает высокую демпфирующую способность электрода. Достоинства электрода заключается в повышении до 35 кгс/мм допустимого удельного усилия при сварке и стойкости до 5000 точек. Предлагаемый электрод стандартного диаметра 16 мм получают на вертикальном гидравлическом прессе усилием 160 тс. В полость контейнера на донный вкладыш помещают спирали диаметром большего основания 8 - 14 мм с углами конуса 5 - ЗО , изготовленную из омедненной вольфрамовой проволоки 0,4 мм. Внутри спирали располагают клубок путанки из омедненной вольфрамовой проволоки диаметром 0,1 мм. Покрытие на вольфрамовую проволоку наносят гальваническим методом, оно обеспечивает соединение армирующих элементов с порошковой хромистой бронзой при последующей обработке. Производят на гидравлическом прессе усилием 16О тс холодное брикетирование с удельным давлением 75 кгс/мм, затем нагревают вместе с контейнером брикет до 45О С и подпрессовывают его 2,5 мин. После этого производят спекание при 8бО С в течение 3 ч в атмосфере водорода в печи ОКБ21ОА, ГЗО. На токарном станке производят обточку по наружному контуру и вытачивают участок крепления электрода. Электрод испытьшают на сжатие при 550гС на машине Инстрон и производят точечную сварку листовых деталей из стали О8 КП на сварочной машине МТ-16О1.

Сварку осуществляют с помощью электродов, содержащих спирали с углами 1520 , которые дают наилучшие силовые характеристики.

При испытаниях на сжатие наиболее 5 высокие характеристики удельного усилия получены при углах 15 (32 кгс/мм ) и 20 (35 кгс/мм ) при меныиих углах допустимое удельное усилие снижается до 2О - 25 кгс/мм за счет менее актив- ной работы сопротивления нагрузке со стороны клубка путанки, при углах более 20 затрудняется полное уплотнение порошка хромистой бронзы и допустимые удельные усилия также снижаются до5

17,5 - 19,0 кгс/мм. При испытаниях на сжатие электродов со спиралями различных диаметров установлено, что допустимое усилие с увеличением размера спирали и объема проволоки армирующих эле- ментов увеличивается с 21,3 до 41,3кгс/ /мм (при установке спирали углом 15 ) и с 22,7 до 45,0 кгс/мм (для спирали с углом ). Нормальная работа электрода при сварке обеспечивается при уело- 5 ВИИ, что его электропроводность составляет 55 - 7О% от электропроводности меди, при более низкой электропроводности разогрев электрода вызывает налипание его на свариваемый элемент. Установлено, армирование электродов спиралями диаметром 14 мм вызывает снижение элекрропроводности до 51 - 53% от электропроводности меди, поэтому можно рекомендовать армирование спиралями (с клубком 35 путанки) диаметром 10,5 - 12,0 мм, когда и силовая характеристика удовлетворяет современным требованиям и электропроводность достаточна для нормального течения процесса. В указанных условиях 40 объем армирующих элементов 8 - 1О% от объема электрода.

Использование изобретения по данным испытаний обеспечивает повышение допустимого удельного усилия в 3,5-3,8 раза. 45

В процессе определения стойкости электрода в идентичных условиях исполг зуют стандартные электроды из хромистой бронзы, получаемые механической обработкой из катаного прутка, которые до настоад щего времени наиболее распространены, электроды, получаемые брикетированием, подпрессовкой и спеканием из порошксяаой хромистой бронзы, а также предлагаемые электроды.55

Электроды, получаемые из катаного прупса, имеют стойкость 1053 точки, порошковые электроды 1820 точек электроды, изготовленные по изобретению 5007 точек, т. е. в 2,75 ра.-га выше по сравнению с электродом, получаемым из лорошковой бронзы, и в 5 раз вьппе по , сравнению с электродом, изготовленным из катаного прутка.

Использование изобретения обеспечивает повьпиение допустимого удельного усилия при сварке в 3,5 - 3,8 раза и повьпиение стойкости электродов в 2,755,0 раза.

Формула изобретения

Источники информашш, принятые во внимание при экспертизе

в технике. Под {юдакпией Б. Н. Нотона. М., Машиностроение, 1978, с. 437 438.

4.Григорьев М. М. Исследование гранулированных и дисперсно-упрочняемых жаропрочных медных сплавав. Автореферат кандидатской диссертации. М., 1973 (прототип).