RU2709878C1 - Contact welding electrode - Google Patents

Abstract

FIELD: manufacturing technology.

SUBSTANCE: invention can be used for production of point contact welding of structures made from materials with high heat conductivity, for example, copper and copper-based alloys. Copper electrode on its working end comprises insert made of material with higher melting point compared to electrode, connected to electrode by diffusion welding. Insert is immersed into the working face of the electrode at a depth corresponding to 1/2 of its thickness, which is equal to the diameter of the insert. Ratio of insert diameter to electrode diameter is equal to 1:2. Electrode insert is made, in particular, of tungsten or graphite.

EFFECT: electrode has high resistance and provides obtaining of equal strength connections.

1 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to pressure welding, in particular, resistance welding and can be used for the manufacture of structures consisting of a combination of materials with high thermal conductivity, for example, copper and copper-based alloys. The invention can be applied in almost many industries.

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.Known electrodes for contact spot and roller welding of various steels and alloys, aluminum alloys (1. Welding in mechanical engineering. Handbook in 4. / M .: "Mechanical Engineering", 1978, v. 1. / Edited by N.A. Olshansky, 1978, 504 pp. 2. Axelrod FA, Mirkin AM Equipment for pressure welding. M.: Higher School, 1975, 240 p). The main requirements for resistance welding electrodes are high electrical and thermal conductivity of the material, as well as maximum mechanical compressive strength. In the process of spot welding, the electrodes undergo significant heating with simultaneous compression. In addition, due to uneven heating, thermal stresses arise inside the electrodes, and the stability of obtaining a high-quality welded joint largely depends on maintaining the shape of the working surface of the electrodes in contact with the parts being welded. During roller welding, a current of 1.5–2 times greater than during spot welding flows. In addition, the ID of seam welding machines is much greater than that of spot welding machines. All this leads to significantly greater heat generation in the weld zone, to higher current densities on the contact surface of the roller and to higher specific pressures.

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.Based on these requirements, the main material for the electrodes is copper. Copper-based alloys can also serve, for example, chromium copper, chromium zirconium copper, beryllium copper, etc., in which the resistance is 3-5 times higher than the resistance of pure copper electrodes.

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.These electrodes, unfortunately, are practically not applicable for the implementation of the technology of resistance welding of products made of copper itself, since they cannot melt the metal in the welding zone due to the high electrical and thermal conductivity of copper, again.

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.Patents are known, for example, Nos. 4683890, 5083930 and 5127299 (Japan), in accordance with which electrodes are used for spot and seam welding of copper and copper alloy products. They are a core made of refractory material (W, Mo, CuW, AgW, etc.), which is fixed by brazing inside a copper sheath. Such electrodes are distinguished by strength, hardness, heat resistance, stability of operation while ensuring good quality of the connection of parts from copper and copper alloys.

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.However, electrodes made using soldering have the following disadvantages: 1. Solder is a certain barrier to the removal of heat from a refractory rod to a copper shell; 2. The presence of non-solder or pores in the soldered seam also leads to overheating of the electrode and its rapid exit from a healthy state. 3. Under conditions of mass production of products using such electrodes, the electrode itself may overheat and, as a result, melt the solder and damage the electrode. In addition, the use of such technology for the manufacture of a seam welding roller, taking into account thermomechanical loads during the welding process, does not make such a roller a serially capable electrode.

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.These shortcomings are deprived of electrodes manufactured by the proposed technical solution (Fig. 1 and 2). The electrode for spot welding of articles made of copper and copper alloys is a rod made of copper or copper alloy, on the working end of which an insert is mounted made of a material with a higher melting temperature compared to the electrode (W, Mo, graphite, etc.). This insert is attached to the copper electrode using diffusion welding technology. In this case, the insert is immersed in the working end of the electrode to a depth corresponding to

its thickness, which is equal to the diameter of the insert, and the ratio of the diameter of the insert to the diameter of the copper electrode is 1: 2. Such ratios are selected on the basis of experimental studies on the resistance of electrodes. At lower ratios, the heat sink from the welding site increases and the spot welding mode (current, magnitude and pulse duration) must be overestimated. At high ratios, the insert made of refractory material overheats due to slow heat removal (the distance from the working end of the insert to the copper electrode is increased) and it is destroyed.

В качестве материала вставки выбраны вольфрам или графит.As the insert material, tungsten or graphite are selected.

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.They made contact spot and roller welding of copper foil with a thickness of 0.5 + 0.5 mm. For spot welding, electrodes with a diameter of 6 mm made of copper with an insert of tungsten (diameter 4 mm and height 4 mm) were used. Previously, the insert was welded to the copper electrode by diffusion welding, while the immersion depth of the insert was 1/3,

and 3/4 of its thickness, i.e. 1.3 mm, 2 mm and 3 mm. As a result of the experiments, copper foil compounds were obtained. The difference consisted in the resistance of tungsten inserts: the insert with 2 mm immersion (about 80 points) turned out to be the most stable; least resistant insert with immersion of 1.3 mm - tungsten overheated and began to collapse after the 54th point; an insert with a 3 mm immersion provided a high-quality connection with an increased pulse current.

Аналогичные испытания проведены и при использовании ролика из меди и вольфрамового прутка, вокруг ее, прикрепленного диффузионной сваркой.Similar tests were carried out using a roller made of copper and a tungsten rod around it, attached by diffusion welding.

Сварные образцы подвергали испытаниям на разрыв по стандартной методике. Испытания показали, что соединения равнопрочные, вырыв ядра сварочной точки происходит по основному металлу.Welded samples were subjected to tensile tests according to standard methods. Tests have shown that the joints are equally strong, the nucleus of the welding point breaks out on the base metal.

Claims (2)

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 1:2.1. A copper electrode for connection by spot welding of parts made of metals with high thermal conductivity, characterized in that at its working end it contains an insert made of a material with a higher melting temperature compared to the electrode, connected to the electrode by diffusion welding, this insert is immersed in the working end of the electrode to a depth corresponding to 1/2 of its thickness, which is equal to the diameter of the insert, and the ratio of the diameter of the insert to the diameter of the electrode is 1: 2. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что вставка выполнена из вольфрама или графита.2. The electrode according to claim 1, characterized in that the insert is made of tungsten or graphite.

Images