Изготовление электродов для контактной сварки

Обновлено: 17.05.2024

Изобретение относится к области сварки, в частности к электродам для контактной сварки, которые могут быть использованы в машиностроительной, металлургической, станкоинструментальной и других отраслях промышленности для изготовления сварных конструкций.

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки, заключающийся в прессовании электродного материала с помощью гидравлического пресса (А.С. SU 184345, кл. Н05В 31/16, опубл. 1966 г.).

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки, при котором электродный материал, состоящий из отработанных электродов и 0,2-0,5 мас.% хрома, расплавляют до температуры плавления, матрицу заполняют электродным материалом и штампуют пуансоном, затем производят закалку (Патент RU 2265506, МПК В23К 11/30, 35/00, опубл. 2005 г.).

Изготовленные электроды вышеизложенными способами обладают недостаточной прочностью и твердостью.

Техническим результатом изобретения является изготовление более прочных и твердых электродов за счет добавления наночастиц хрома.

Пример конкретного выполнения способа изготовления электродов для контактной сварки.

Испытания прочности и твердости полученных электродов проводились при контактной сварке двух стержней из стали 35 ГС толщиной 10+40 мм в следующем режиме сварки: сила тока I_св=14000 А, время сварки t_cв=0,5-1,5 с, усилие сжатия электродами Р_э=250 кг, длительность выдержки под током Δt_св=1 с. Испытания показывают, что при содержании 0,8 мас.% наночастиц хрома твердость электродов составляет 125 НВ, а прочность, при рабочих нагрузках и температурах, ниже допустимых значений. При содержании 0,9 мас.% наночастиц хрома твердость электродов составляет 150 HВ, а прочность, при рабочих нагрузках и температурах, в пределах допустимых значений. При содержании 1,0 мас.% наночастиц хрома твердость электродов составляет 170 НВ, прочность ослабевает из-за высокой твердости, при рабочих нагрузках и температурах образуются трещины и происходит разрушение.

Заявляемый способ является промышленно применимым.

Изобретение относится к ручной дуговой сварке и наплавке покрытыми электродами, в частности к контролю и управлению качеством электродов на всех операциях их изготовления, приемо-сдаточного контроля и использования при сварке конструкций и деталей в производственных условиях.

Изобретение относится к области пайки, в частности к способам получения композиционного припоя, и может быть использовано в буровой технике для напайки на рабочую поверхность режущего инструмента абразивного покрытия.

Изобретение относится к получению прутка для напайки на режущие инструменты, выполненного из твердосплавного композиционного материала. .

Изобретение относится к пайке и используется при изготовлении припоев, предназначенных для пайки черных и цветных металлов и их сплавов, в частности при производстве посуды с многослойным дном.

Изобретение относится к пайке металлов, в частности к пайке деталей различной конфигурации из углеродистых и легированных сталей с использованием пастообразных составов и может быть использовано при изготовлении паяных конструкций в машиностроении при пайке деталей в печах с восстановительной газовой средой.

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к электроду для ручной дуговой сварки и устройству для его изготовления. .

Электроды для контактной сварки. Характеристики рекомендуемых сплавов

Точечная сварка, благодаря появлению компактных ручных аппаратов типа BlueWeldPlus, становится популярной не только при промышленных масштабах применения, но и в быту. Слабым местом такой технологии являются электроды для контактной сварки: их низкая стойкость во многих случаях отпугивает потребителя.

Причины недолговечности электродов контактной электросварки

Процесс контактной сварки состоит из следующих стадий:

Предварительной подготовки поверхности соединяемых деталей – она должна быть непросто очищена от загрязнений и окислов, но и очень ровной, чтобы исключить неравномерность возникающего напряжения электрического поля.
Ручного или механического прижима свариваемых изделий – с увеличением усилия прижима растут интенсивность диффузии и механическая прочность сварного шва.
Локального расплавления металлов в зоне прижима теплом электрического тока, в результате чего формируется сварочное соединение. Прижим электродов на этой стадии препятствует образованию сварочных брызг.
Отключения тока и постепенного остывания сварного шва.

Таким образом, материал электродов для контактной сварки претерпевает не только значительные термические напряжения, но и механические нагрузки. Поэтому к нему предъявляется ряд требований – высокая электропроводность, высокая термическая стойкость (в том числе – и от постоянных колебаний температуры), повышенные значения предела прочности на сжатие, малый коэффициент теплоёмкости. Таким комплексом свойств обладает ограниченное число металлов. В первую очередь – это медь, и сплавы на её основе, однако и они не всегда удовлетворяют производственным требованиям.

В связи с постоянным повышением энергетических характеристик производимых сварочными клещями для точечной сварки многие торговые марки ориентируют потребителя на применение только «своих», фирменных электродов, что не всегда соблюдается. В результате снижается качество сварных швов, получаемых по такой технологии, подрывается доверие к самому процессу контактной электросварки.

Преодоление указанных проблем производится двумя путями: совершенствованием видов и конструкций сварочных электродов для точечной сварки, и разработкой новых материалов, используемых для изготовления таких электродов. Для частных пользователей имеет значение также и цена вопроса.

Материалы электродов

Согласно ГОСТ 2601, критерием качества готового шва является его прочность на разрыв или сдвиг. Она зависит от интенсивности тепловой мощности в зоне электрического разряда, а потому связывается в первую очередь с теплофизическими характеристиками материала электродов.

Использование медных электродов малоэффективно по двум причинам. Во-первых, медь, являясь высокопластичным металлом, не обладает достаточной упругостью, чтобы в период между рабочими циклами полностью восстановить геометрическую форму электродов. Во-вторых, медь весьма дефицитна, а частая замена электродов обуславливает и высокие финансовые затраты.

Попытки использовать более твёрдую, упрочнённую медь успеха не имеют: для нагартованного материала параллельно с повышением твёрдости снижается температура рекристаллизации, поэтому с каждым рабочим циклом износ рабочего торца электрода для контактной сварки будет возрастать. Поэтому практическое применение получили медные сплавы с добавлением ряда других металлов. В частности, введение в медный сплав кадмия, бериллия, магния, цинка и алюминия мало изменяет показатель теплопроводности, зато улучшает твёрдость при нагреве. Стойкость электрода от динамических тепловых нагрузок увеличивают железо, никель, хром и кремний.

При подборе оптимального материала сварочных электродов для контактной сварки ориентируются на показатель удельной электропроводности сплава. Чем меньше он будет отличаться (в меньшую сторону) от электропроводности чистой меди – 0,0172 Ом·мм 2 /м, тем лучше.

Наиболее эффективную стойкость против износа и деформации показывают сплавы, в состав которых входят кадмий (0,9…1,2%), магний (0,1…0,9%) и бор (0,02…0,03%).

Выбор материала для электродов точечной сварки зависит также и от конкретных задач процесса. Можно выделить три группы:

Электроды, предназначенные для проведения контактной сварки в жёстких условиях (непрерывное чередование циклов, поверхностные температуры до 450…500ºС). Их изготавливают из бронз, содержащих хром и цирконий (Бр.Х, Бр.ХЦр 0,6-0,05. В эту же группу включают никель- кремнистые бронзы (Бр.КН1-4), а также бронзы, дополнительно легированные титаном и бериллием (Бр.НТБ), используемые для точечной сварки нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов.
Электроды, применяемые при контактных температурах на поверхности до 250…300ºС (сварка обычных углеродистых и низколегированных сталей, медных и алюминиевых изделий). Их производят из медных сплавов марок МС и МК.
Электроды для относительно лёгких режимов эксплуатации (поверхностные температуры до 120…200ºС). В качестве материалов применяется кадмиевая бронза Бр.Кд1, хромистая бронза Бр.Х08, кремненикелевая бронза Бр.НК и др. Такие электроды могут использоваться также и для роликовой контактной электросварки.

Следует отметить, что по убыванию удельной электропроводности (по отношению к чистой меди) эти материалы располагаются в следующей последовательности: Бр.ХЦр 0,6-0,05→МС→МК→Бр.Х→Бр.Х08→Бр.НТБ→Бр.НК →Бр.Кд1→Бр.КН1-4. В частности, разогрев до требуемой температуры электрода, изготовленного из бронзы Бр.ХЦр 0,6-0,05 произойдёт примерно вдвое быстрее, чем полученного из бронзы Бр.КН1-4.

Конструкции электродов

Наименее стойким местом электрода является его сферическая рабочая часть. Электрод бракуется, если увеличение размеров торца превышает 20% от первичных размеров. Конструкция электродов определяется конфигурацией свариваемой поверхности. Различают следующие исполнения инструмента

С цилиндрической рабочей частью и конической посадочной частью.
С коническими посадочной и рабочей частью, и переходным цилиндрическим участком.
Со сферическим рабочим торцом.
Со скошенным рабочим торцом.

Кроме того, электроды могут быть сплошными и составными.

При самостоятельном изготовлении (либо перезаточке) рекомендуется выдерживать следующие соотношения размеров, при которых инструмент будет обладать максимальной стойкостью:

Для расчёта диаметра электрода d пользуются зависимостью Р = (3…4)d 2 , где Р – фактически необходимое сжатие электродов при проведении процесса контактной электросварки. В свою очередь, рекомендуемые значения давления осадки, при котором получаются наиболее качественные соединения, составляет 2,5…4,0 кг/мм 2 площади получаемого сварного шва;
Для электродов с конической рабочей частью оптимальный угол конусности варьируется от 1:10 (для инструмента с диаметром рабочей части до 30…32 мм) до 1:5 – в противоположном случае;
Выбор угла конуса определяется также и наибольшим усилием сжатия: при максимальных усилиях рекомендуется принимать конусность 1:10, как обеспечивающую повышенную продольную стойкость электрода.

Основные формы электродов для контактной сварки устанавливает ГОСТ 14111, поэтому, применяя те или иные соотношения размеров, следует учитывать размеры посадочного пространства под инструмент для конкретной модели машины контактной сварки.

Значительную экономию материала даёт применение составных конструкций. При этом для изготовления корпуса применяют материалы с высокими значениями электропроводности, а съёмную рабочую часть изготавливают из сплавов с высокой твёрдостью и износостойкостью (в том числе и термической). В частности, подобным сочетанием свойств обладают металлокерамические сплавы от швейцарской фирмы АМРСО марок A1W или A1WC, содержащие 56% вольфрама и 44% меди. Их электропроводность достигает 60% от электропроводности чистой меди, что определяет малые потери на нагрев при выполнении сварки. Рекомендуемым материалом могут быть и бронзовые сплавы с добавками хрома и циркония, а также вольфрам.

Электроды для контактной сварки лёгких сплавов, где не требуется значительного усилия прижима, выполняют со сферической рабочей частью, а для контактных губок аппаратов точечной электросварки целесообразно применять кремнистые бронзы.

Механические характеристики электродов должны находиться в следующих пределах:

Твёрдость по Бринеллю, НВ – 1400…2600;
Модуль Юнга, ГПа – 80…140;
Предельный изгибающий момент, кгсм – не ниже 750…800.

Конструкции электродов всегда должны быть полыми, для обеспечения эффективного охлаждения.

Способ изготовления электрода для контактной точечной сварки

Изобретение относится к сварке, в частности к способу изготовления электрода для контактной точечной сварки, и может найти применение при изготовлении электродов сложного профиля. Сущность изобретения заключается в следующем: в процессе калибровки мерной заготовки на верхней ее части формируют цилиндрическую головку, а на ее нижней части - рабочую часть электрода. При этом осуществляют раздачу цилиндрической головки путем обратного выдавливания в ней полости в виде прямого усеченного конуса. Формируют предварительный профиль канала охлаждения путем холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической головки. Затем одновременно формируют посадочный конус и окончательный профиль канала охлаждения путем обжима с редуцированием. Процесс ведут в два этапа путем деформирования утоненной стенки и части цилиндрической головки в зоне расположения конической поверхности полости. 6 ил.

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при изготовлении электродов для контактной точечной сварки.

Большое значение на повышение производительности процесса сварки, улучшение качества и надежности сварных соединений оказывают электроды, являющиеся рабочим инструментом и осуществляющие связь между сварочной машиной и свариваемыми деталями. В процессе точечной сварки электроды выполняют различные функции, основными из которых являются сжатие свариваемых деталей между собой, подвод тока к свариваемым деталям и отвод тепла, выделяющегося в процессе сварки, поэтому форма и размеры рабочей поверхности электрода, его конструкция в целом, а также способ его изготовления оказывают значительное влияние на качество сварных соединений и производительность процесса.

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки [1] cогласно которому электроды вытачивают из прутков, обычно поступающих с металлургического завода в термически необработанном (для дисперсионно-упрочняемых сплавов) или отоженном состоянии.

Такой способ изготовления электродов нерационален вследствие больших отходов металла, так как в стружку при этом идет до 30 o C40% дефицитных медных сплавов, а также малопроизводителен, а потому не может быть рекомендован для массового производства.

Известен также способ изготовления электродов для контактной точечной сварки литьем по выплавляемым моделям [2] который оправдывает себя только при изготовлении в массовом производстве электродов сложной формы, поскольку уменьшает расход металла и сокращает последующую механическую обработку.

Кроме того, был предложен способ изготовления составного электрода, состоящего из рабочей сменной части и основания электрода. При этом рабочая сменная часть может быть закреплена на основании с помощью крепежного средства [3] либо может быть установлена на основании по прессовой посадке [4 и 5] В первом случае [3] использование электродов такой конструкции удобно, так как позволяет при изменении толщины марки металла свариваемых деталей устанавливать нужную рабочую часть.

Недостатками электрода со сменной частью является возможность применения его только при сварке деталей с хорошими подходами и недостаточно интенсивное его охлаждение.

Во втором случае [4] рабочая сменная часть заменяется только после ее полного износа, поэтому для увеличения износостойкости рабочей сменной части ее целесообразно выполнить методом объемного выдавливания [6] поскольку в процессе выдавливания производится наклеп материала. Кроме того, данный метод характеризуется высокой производительностью, экономным использованием материала и возможностью получения в процессе выдавливания канала охлаждения. Кроме того, ориентированное расположение волокон исходной заготовки, например цилиндрической, обусловленное характером ее получения прокаткой или волочением, обеспечивает высокую стойкость рабочей сменной части за счет создания направленной волокнистой структуры по ее сечению.

Однако в процессе изготовления электрода таким способом не удается добиться полного геометрического совпадения посадочных поверхностей сменной части и основания в силу геометрических погрешностей (овальность, круглость, цилиндричность, конусность) их поверхностей, возникающих в процессе их изготовления, поэтому в местах контакта посадочных поверхностей имеет место неравномерное электрическое сопротивление, что приводит к неравномерному нагреву электрода со всеми вытекающими из этого последствиями. Кроме того, трудно обеспечить длительное надежное соединение между собой посадочных поверхностей в силу того6 что они подвергаются циклической термонагрузке. При этом следует также отметить, что способ [6] может быть рекомендован для получения канала охлаждения постоянного сечения.

С помощью этого способа нельзя получить канал охлаждения с расширенной полостью, расположенной в рабочей части электрода и предназначенной для интенсивного отвода тепла от рабочей части электрода.

Известен способ изготовления изделий типа стакан с кольцевым поднутрением [7] согласно которому заготовку подвергают обратному выдавливанию пуансоном в матрице с круговой поперечной полостью изнутри. На конечной стадии выдавливания полости изделия металл интенсивно течет в поперечном направлении из-под пуансона, заполняя указанную круговую полость матрицы и образуя тем самым технологический выступ снаружи изделия. Одновременно благодаря интенсивному поперечному течению металла изнутри стакана образуется кольцевое поднутрение (расширенная полость).

Если данный способ применить для изготовления электрода для контактной точечной сварки, то на его рабочей части возникает значительное утолщение, которое приводит к увеличению диаметральных габаритов электрода и такой электрод можно применить при сварке деталей с хорошими подходами. Если же эту часть срезать, то образовавшаяся в процессе выдавливания направленная волокнистая структура электрода прерывается, что приводит к снижению стойкости его рабочей части.

Наиболее близким к изобретению по своей технологической сущности является способ изготовления электродов для контактной точечной сварки холодным выдавливанием [8] включающий операции калибровки серной заготовки, обратного выдавливания, формирования охлаждающего канала и посадочного конуса. Способ разработан для изготовления прямых электродов. Согласно способу мерная заготовка отрезается от цилиндрического прутка с помощью втулочных ножей, затем предварительно очищенную и смазанную смазкой заготовку помещают в матрицу. С помощью пуансона осуществляют калибровку заготовки. После этого в процессе обратного выдавливания осуществляют формирование рабочей части электрода и охлаждающего канала, а затем формируют посадочный конус. Образованный таким способом электрод имеет охлаждающий канал постоянного сечения, что затрудняет отвод тепла от рабочей части электрода. Кроме того, как показали проведенные исследования, величина пластической деформации рабочей части такого электрода в районе его торца достигает 225% [8] что сказывается на его стойкости.

Технический результат изобретения снижение трудоемкости изготовления электрода, повышени его стойкости и снижение расхода металла.

Задачей изобретения является разработка способа изготовления электрода для контактной точечной сварки, охлаждающий канал которого в районе его рабочей части имел бы расширяющуюся полость.

Задача решается тем, что в способе изготовления электрода для контактной точечной сварки, включающем операции калибровки мерной заготовки, обратного выдавливания, формирования охлаждающего канала и посадочного конуса, согласно изобретению в процессе калибровки на верхней части заготовки формируют цилиндрическую головку, а на ее нижней части рабочую часть электрода, осуществляют раздачу цилиндрической головки путем обратного выдавливания в ней полости в виде прямого усеченного конуса и формируют предварительный профиль канала охлаждения путем холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической головки, а затем одновременно формируют посадочный конус и окончательный профиль канала охлаждения путем обжима с редуцированием в два этапа утоненной стенки и части цилиндрической головки в зоне расположения конической поверхности полости в матрице.

Отличительная особенность предлагаемого способа состоит в том, что уже на первом этапе обработкой давления исходной заготовки из одной ее части формируют рабочую часть электрода и осуществляют операцию по созданию цилиндрической головки на ее противоположном конце, которую затем подвергают раздаче и формируют канал охлаждения сложного профиля (с расширяющейся полостью) и посадочный конус. В результате этого достигается вышеуказанный технический результат.

Эти и другие особенности и преимущества предлагаемого изобретения приводятся далее при рассмотрении конкретного примера его исполнения со ссылками на прилагаемый чертежи поэтапного изготовления электрода.

Изобретение поясняется фиг. 1-6.

Исходную заготовку 1 диаметром _заг полученную резкой прутка, смазывают смазкой и подвергают калибровке в матрице 2 воздействием пуансона 3, при этом на верхней части заготовки формируют цилиндрическую головку 4 диаметром ₁ а на ее нижней части рабочую часть 5 будущего электрода. Обе части заготовки соединены между собой коническим участком 6 с размерами переходного конуса матрицы 2.

На второй операции формообразования полученный полуфабрикат 7 смазывают смазкой и размещают в матрице 8, при этом конический участок 6 контактирует с переходным конусом матрицы 8, рабочая часть 5 будущего электрода центрируется цилиндрическим отверстием 9 матрицы 8, а цилиндрическая головка 4 полуфабриката 7 выставлена с зазором относительно отверстия 10 матрицы 8. Благодаря центровки полуфабриката 7 в матрице 8 цилиндрическая головка 4 образует равный зазор по всему периметру отверстия 10. При опускании пуансон 11 входит в контакт с цилиндрической головкой 4 и начинает ее раздачу, путем обратного выдавливания в ней полости 12 в виде прямого усеченного конуса. В силу того, что пуансон 11 выполнен с тупым конусом, это требует несколько большего усилия выдавливания (по сравнению с острым конусом), но при этом в процессе выдавливания внутреннее отверстие имеет меньший эксцентриситет, увеличивается стойкость пуансона. Полость 12 является расширяющейся полостью будущего канала охлаждения электрода. Поскольку процесс выдавливания полости 12 совмещен с процессом раздачи цилиндрической головки 4, усилие деформации в этом случае ниже (по сравнению с обратным выдавливанием полых изделий), что обусловлено уменьшением сопротивления трения о стенки матрицы. В процессе раздачи цилиндрической головки 4 ее наружный диаметр ₁ увеличивается до величины ₂ диаметра отверстия 10 матрицы 8. Диаметр при вершине конуса полости 12 равен диаметру ₃ вершины тупого конуса пуансона 11.

На третьей операции формообразования полученный полуфабрикат 13 смаэывают смазкой и устанавливают на стержень 14, нижний конец которого эквивалентен профилю полости 12. Полуфабрикат 13 с расположенным внутри него стержнем 14 проталкивают через многоступенчатую матрицу 15, формируя предварительный профиль канала охлаждения, путем холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической головки 4 до наружного диаметра ₄. Размер внутреннего диаметра ₅ канала охлаждения соответствует диаметру стержня 14 и диаметру основания усеченного конуса полости 12.

На четвертой операции формообразования полученный полуфабрикат 16 также смазывают смазкой и устанавливают торцем рабочей части 5 электрода на неподвижную опору 17. Опускают матрицу 18, она входит в контакт с утоненной стенкой диаметра ₄ полуфабриката 16 и, перемещаясь вниз, осуществляет деформирование утоненной стенки и части цилиндрической головки 4 в зоне расположения конической поверхности 19 полости 12 путем обжима с редуцированием с одновременным предварительным формированием посадочного конуса электрода и профиля канала охлаждения. При этом диаметр ₄ уменьшится до диаметра ₆ а диаметр ₅ до диаметра ₇.

На заключительной операции формообразования полуфабрикат 20 смазывают смазкой и вновь устанавливают торцом рабочей части 5 электрода на неподвижную опору 17. Затем опускают матрицу 21, которая входит в контакт с утоненной стенкой диаметра ₆ полуфабриката 20 и, перемещаясь вниз, осуществляет окончательное формирование посадочного конуса 22 электрода и профиль канала 23 охлаждения. Формирование заканчивают в момент достижения требуемых размеров изделия, при этом диаметр ₆ уменьшается до диаметра ₈, а диаметр ₇ до диаметра ₉ Пример. Заготовку диаметром 25 мм и длиной 24,5 мм отрезают от бронзового прутка марки Бр.Х1 и производят ее закалку в электропечи при нагреве до температуры 98020 o с охлаждением в воде. Затем заготовку очищают, промывают в водном растворе кальцинированной соды с тринатрийфосфатом, сушат и смазывают смазкой.

На первом этапе осуществляют калибровку заготовки, при этом на верхней части заготовки формируют цилиндрическую головку, а на ее нижней части - рабочую часть электрода. Между обеими частями формируется конический участок с углом конусности 13 o . Высота рабочей части электрода h.

На второй позиции полученный полуфабрикат смазывают смазкой, укладывают в ступенчатую матрицу так, что конический участок полуфабриката располагается на конусообразной расточке матрицы, а цилиндрическая головка выставлена с зазором относительно цилиндрической расточки матрицы. Затем осуществляют раздачу цилиндрической головки путем обратного выдавливания в ней полости в виде прямого усеченного конуса. В результате получают полуфабрикат в виде ступенчатого стакана, внутренняя полость которого представляет собой прямой усеченный конус, основание которого примыкает к цилиндрическому участку. Толщина дна стакана h, а угол при вершине 53 o .

На третьей позиции ранее полученный полуфабрикат также смазывают смазкой, а затем на прессе выполняют холодную вытяжку с утонением через многоступенчатую матрицу, получая прямой стакан с наружным диаметром рабочей части электрода и внутренним каналом в виде конусообразной полости переходящей в цилиндрическую с толщиной стенки на цилиндрическом участке несколько более 1 мм.

На четвертой и пятой позициях ранее полученный полуфабрикат смазывают смазкой, устанавливают торцом рабочей части электрода на неподвижную опору и осуществляют одновременное формирование посадочного конуса и окончательного профиля его канала охлаждения, путем обжима с редуцированием в два этапа утоненной стенки и части цилиндрической головки в зоне расположения конической поверхности полости канала охлаждения. При этом наружная поверхность тонкостенного цилиндра превращается в конус Морзе, наружный диаметр которого со стороны входа охлаждающего канала на первом этапе обжима уменьшается с 25 до 18 мм, а на втором этапе обжима уменьшается с 18 до 13,5 мм. Кольцевой объем полуфабриката, образованный его наружной цилиндрической поверхностью и конической поверхностью полости канала охлаждения, представляет жесткую зону, деформация которой в процессе редуцирования исключает выпучивание внутренней поверхности канала охлаждения и образует внутренний профиль канала охлаждения в виде конической поверхности, плавно переходящей в расширяющуюся полость, расположенную в рабочей части электрода, за счет утолщения стенки канала охлаждения в зоне перехода.

Использование предлагаемого способа позволяет создать в рабочей части электрода канал охлаждения с расширяющейся полостью, исключить возникновение пластических деформаций в области торцевой поверхности рабочей части электрода (повышается стойкость электрода) и снизить расход металла и трудоемкость изготовления электрода.

Источники информации принятые во внимание: 1. Слиозберг С. К, Чулошников П. Л. Электроды для контактной сварки. Л. Машиностроение, 1972, с. 72.

2. Галкин А. и др. Технология получения литых электродов для контактной сварки. Совершенствование технологии получения и обработки сплавов и композиционных материалов. Тезисы доклада студенческой краевой конференции, 19 21 апреля 1990 г. Красноярск, 1990, с. 15 16.

3. Слиозберг С. К, Чулошников П. Л. Электроды для контактной сварки. Л. Машиностроение, 1972, с. 58.

4. Авторское свидетельство СССР N 1637981, кл. B 23 K 11/30.

5. Ак. заявка JP N 2-40428, кл. B 23 K 11/30.

6. Патент US N 4760235, кл. B 23 K 11/30.

7. Авторское свидетельство СССР N 1660829, кл. B 21 K 21/08.

8. Ершов Л. К. Демченков И. В. Изготовление электродов для контактной точечной сварки холодным выдавливанием. Сборник "Сварка, резка, пайка, наплавка и металлизация", вып. 16, тема 4, N М-60-236/16, М. ВИНИТИ, 1960, с. 22 31.

Способ изготовления электрода для контактной точечной сварки, включающий операции калибровки мерной заготовки, обратного выдавливания, формирования охлаждающего канала и посадочного конуса, отличающийся тем, что в процессе калибровки на верхней части заготовки формируют цилиндрическую головку, а на ее нижней части рабочую часть электрода, затем осуществляют раздачу цилиндрической головки путем обратного выдавливания в ней полости в виде прямого усеченного конуса и формируют предварительный профиль канала охлаждения путем холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической головки, а затем одновременно формируют посадочный конус и окончательный профиль канала охлаждения путем обжима с редуцированием в два этапа утоненной стенки и части цилиндрической головки в зоне расположения конической поверхности полости.

Способ изготовления электрода для контактной точечной сварки может найти применение в машиностроении при изготовлении машин для контактной сварки. В процессе калибровки мерной заготовки на ее верхней части формируют цилиндрическую головку с наметкой под пуансон обратного выдавливания. На ее нижней части путем прямого выдавливания формируют рабочую часть электрода. В процессе прямого выдавливания обеспечивают пластическую деформацию материала в зоне рабочей части электрода со степенью деформации не менее 25%. Осуществляют формирование охлаждающего канала путем обратного выдавливания глухого отверстия в цилиндрической головке и холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической головки. Путем обжима утоненной стенки цилиндрической головки осуществляют формирование посадочного конуса электрода. При формировании посадочного конуса одновременно формируют конусообразный участок в верхней части охлаждающего канала. Технический результат заключается в увеличении стойкости рабочей части электрода. 5 ил.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при изготовлении электродов для контактной точечной сварки.

Одной из проблем в данной области техники является повышение стойкости электрода, который, являясь рабочим инструментом, осуществляет связь между сварочной машиной и свариваемыми деталями. В процессе сварки электрод осуществляет сжатие свариваемых деталей между собой, подвод тока к свариваемым деталям и отвод тепла, выделяющегося в процессе сварки. Способ изготовления электрода оказывает значительное влияние на его способность выполнять указанные выше функции.

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки [1], согласно которому электроды вытачивают из прутков, обычно поступающих в термически необработанном (для дисперсионно-упрочняемых сплавов) или отожженном состоянии. Такой способ изготовления электродов нерационален, поскольку в стружку идет до 30-40% дефицитных медных сплавов. Кроме того, этот способ малопроизводителен.

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки литьем по выплавляемым моделям [2]. Способ позволяет уменьшить расход металла и сократить последующую механическую обработку, но оправдывает себя только при изготовлении электродов сложной формы.

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки, по которому электрод изготавливают путем холодной сварки хвостовика к рабочей части электрода [3].

Известен способ изготовления электродов для контактной точечной сварки методом порошковой металлургии [4], по которому порошок засыпают в форму, осуществляют уплотнение порошка путем вибрационного вдавливания пуансона, имеющего форму охлаждающего канала для подвода воды, а затем осуществляют спекание порошка.

Оба способа [3, 4] требуют для своего осуществления специального оборудования, процесс изготовления характеризуется сложностью и большой продолжительностью.

Был предложен способ изготовления электрода [5]. На первом этапе способа заготовка из медного материала подвергалась штамповке с целью формирования внутренней охлаждающей полости с вертикальными ребрами. На втором этапе выполнялось обжатие верхней части заготовки для формирования на ней посадочного конуса. Предложенный электрод имеет полость для охлаждения, диаметр которой больше диаметра входного отверстия канала охлаждения. Это обстоятельство, а также наличие в полости вертикальных ребер способствует более интенсивному отводу тепла от рабочей поверхности электрода и повышает его эксплуатационную долговечность.

Данный способ характеризуется сложностью, а изготовленные этим способом электроды имеют большое поперечное сечение, т.е. он имеет ограниченную область применения.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления электрода для контактной точечной сварки холодным выдавливанием [6]. Данный способ включает операции формирования рабочей части электрода и охлаждающего канала путем обратного выдавливания глухого отверстия в цилиндрической заготовке, холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической заготовки и последующей деформации стенки для образования посадочного конуса электрода. Формирование рабочей части электрода осуществляют путем закрытой осадки заготовки в конусообразной глухой матрице.

Конусообразная глухая матрица образована тремя усеченными конусами, сужающимися от открытого торца матрицы к ее глухой части. В процессе закрытой осадки материал заготовки заполняет и воспринимает форму матрицы. Но в силу большого трения, возникающего по коническим поверхностям матрицы, неизбежно заклинивание металла на отдельных участках матрицы, что приводит к некачественной поверхности рабочей части электрода, поэтому степень деформации металла на поверхности рабочей части электрода будет непостоянна, и как следствие этого твердость поверхности рабочей части электрода различна в разных местах. Все это сказывается на эксплуатационной долговечности электрода. Увеличение усилия осадки не приводит к устранению последствий заклинивания, а может привести к разрушению матрицы. Следует также отметить, что причиной снижения эксплуатационной долговечности электрода может оказаться цилиндрическая форма охлаждающего канала, которая формируется рассматриваемым способом.

Технический результат, создаваемый изобретением, выражается в увеличении стойкости рабочей части электрода.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ изготовления электрода для контактной точечной сварки с повышенной эксплуатационной долговечностью.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления электрода для контактной точечной сварки, включающем операции формирования рабочей части электрода и формирования охлаждающего канала путем обратного выдавливания глухого отверстия в цилиндрической заготовке, холодной вытяжки с утонением стенки цилиндрической заготовки и деформации стенки для образования посадочного конуса электрода, согласно изобретению формирование рабочей части электрода осуществляют в процессе калибровки мерной заготовки, при этом в верхней части заготовки формируют наметку под пуансон обратного выдавливания, а на ее нижней части формируют рабочую часть электрода путем прямого выдавливания, причем в процессе прямого выдавливания обеспечивают пластическую деформацию материала в зоне рабочей части электрода со степенью деформации не менее 25%, а формирование посадочного конуса электрода осуществляют с одновременным формированием конусообразного участка в верхней части охлаждающего канала.

Отличительная особенность заявляемого способа состоит в том, что формирование рабочей части электрода осуществляют прямым выдавливанием, что позволяет получить необходимую степень деформации металла заготовки на рабочей части электрода, а следовательно, повысить его твердость. Формирование посадочного конуса электрода, осуществляемое с одновременным формированием конусообразного участка в верхней части охлаждающего канала, позволяет получить расширяющуюся полость, примыкающую к рабочей части электрода, что улучшает отвод тепла от рабочей части электрода. В результате достигается повышение стойкости электрода.

Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения будут приведены ниже при рассмотрении конкретного примера его исполнения со ссылками на прилагаемые чертежи поэтапного изготовления электрода.

Исходную заготовку 1 диаметром _заг (фиг. 1), полученную резкой прутка, смазывают смазкой, устанавливают в матрицу 2 (фиг. 2) и подвергают калибровке воздействием пуансона 3. В процессе калибровки осуществляют радиальную раздачу заготовки до диаметра ₁ , образуют конический участок 4, наметку 5 под пуансон обратного выдавливания и формируют прямым выдавливанием рабочую часть 6 электрода диаметром ₂ и высотой h. Диаметр ₂ выбирают исходя из требуемой степени деформации материала рабочей части электрода. Диаметр ₂ несколько меньше диаметра ₃ отверстия 7 матрицы, в силу этого отсутствуют причины для заклинивания металла в процессе прямого выдавливания.

На второй операции формообразования электрода (фиг. 3) полученный полуфабрикат 8 смазывают смазкой и размещают в матрице 9. При этом конический участок 4 контактирует с переходным конусом 10 матрицы 9, рабочая часть 6 будущего электрода центрируется центральным отверстием 11 матрицы 9, а верхняя часть 12 полуфабриката 8 выставлена с зазором относительно отверстия 13 матрицы 9. Благодаря центровке полуфабриката 8 в матрице 9 верхняя часть 12 полуфабриката образует равный зазор по всему периметру отверстия 13. При опускании пуансон 14 входит в контакт с наметкой 5 и начинает раздачу верхней части 12 полуфабриката 8 путем обратного выдавливания в ней цилиндрического глухого отверстия 15, будущего канала охлаждения. В силу того, что пуансон 14 выполнен с цилиндрическим пояском, контактирующим с наметкой 5, требуется несколько большее усилие выдавливания (по сравнению, например, с острым конусом пуансона), но при этом в процессе выдавливания глухое отверстие имеет меньший эксцентриситет, увеличивается стойкость пуансона. Поскольку процесс выдавливания глухого отверстия 15 совмещен с процессом раздачи верхней части 12 полуфабриката 8, усилие деформации в этом случае ниже (по сравнению с обратным выдавливанием полых изделий), что обусловлено уменьшением сопротивления трения о стенки матрицы. В процессе раздачи верхней части 12 ее наружный диаметр ₁ увеличивается до величины ₄ - диаметра отверстия 13 матрицы 9, диаметр дна глухого отверстия 15 - ₅. . Дно этого отверстия отстоит от торца рабочей части электрода на величину h₁>h.

На третьей операции формообразования электрода (фиг. 4) полученный полуфабрикат 16 смазывают смазкой и устанавливают на стержне 17, нижний конец которого имеет диаметр ₅. Полуфабрикат 16 с расположенным внутри него стержнем 17 проталкивают через многоступенчатую матрицу 18, формируя предварительный профиль канала 19 охлаждения, путем холодной вытяжки с утонением стенки верхней части 12 полуфабриката до наружного диаметра ₂. Внутренний диаметр канала 19 охлаждения со стороны открытого торца - ₆, а его профиль имеет слабовыраженную конусность, которая обеспечивает свободное удаление стержня 17 из канала 19.

На заключительной операции формообразования электрода (фиг. 5) полуфабрикат 20 смазывают смазкой и устанавливают торцем рабочей части 6 электрода на неподвижную опору 21. Опускают матрицу 22, она входит в контакт с утоненной стенкой диаметра ₂ полуфабриката 20 и, перемещаясь вниз, осуществляет обжим верхней части утоненной стенки, формируя посадочный конус 23 электрода. С формированием посадочного конуса 23 электрода одновременно осуществляют формирование конусообразного участка 24 в верхней части охлаждающего канала. При этом диаметр ₂ уменьшают до диаметра ₇ , а диаметр ₆ - до диаметра ₈. В результате этой операции охлаждающий канал в зоне, примыкающей к рабочей части электрода, имеет расширяющуюся полость 25, что способствует улучшению отвода тепла от рабочей части электрода в процессе сварки. Операция формирования конусообразного участка 24 охлаждающего канала сопровождается увеличением толщины стенки в зоне формирования посадочного конуса электрода и конусообразного участка охлаждающего канала, что также способствует увеличению стойкости электрода.

Пример. Заготовку диаметром 20 мм и длиной 31,3 мм отрезают от бронзового прутка марки Бр.Х1 и производят ее закалку в электропечи при нагреве до температуры 98020 o C с охлаждением в воде. Затем заготовку очищают, промывают в водном растворе кальцинированной соды с тринатрийфосфатом, сушат и смазывают смазкой.

На первом этапе в процессе калибровки заготовки осуществляют радиальную раздачу заготовки до диаметра 20,2 мм, на верхнем торце заготовки формируют наметку под пуансон обратного выдавливания и формируют прямым выдавливанием рабочую часть электрода высотой 14 мм. В процессе прямого выдавливания обеспечивают пластическую деформацию материала в зоне рабочей части электрода со степенью деформации не менее 25%. При меньшей степени деформации твердость рабочей части электрода будет меньше твердости, заданной ГОСТом на электроды для контактной точечной сварки. Между рабочей зоной электрода и верхней частью заготовки (ее длина определяется в зависимости от длины электрода, что сказывается на мерной длине исходной заготовки) формируют конический участок с углом конусности 13 o .

На втором этапе полученный полуфабрикат смазывают смазкой, укладывают в ступенчатую матрицу так, что конический участок полуфабриката располагается на ответной конусообразной расточке матрицы, а верхняя часть заготовки выставлена с зазором относительно цилиндрической расточки матрицы диаметром 20,3 мм. Осуществляют раздачу верхней части полуфабриката до указанного выше диаметра путем обратного выдавливания в ней глухого цилиндрического отверстия диаметром 12,7 мм, будущего канала охлаждения. Дно этого глухого отверстия отстоит от торца рабочей части электрода на 16 мм.

На третьем этапе ранее полученный полуфабрикат вновь смазывают смазкой, а затем на прессе выполняют холодную вытяжку с утонением через многоступенчатую матрицу, получая прямой стакан с наружным диаметром рабочей части электрода и внутренним предварительным каналом охлаждения, профиль которого имеет слабовыраженную конусность с толщиной стенки у дна канала около 2 мм.

На заключительном этапе ранее полученный полуфабрикат также смазывают смазкой, устанавливают торцем рабочей части электрода на неподвижную опору и осуществляют деформацию обжатием верхней части утоненной стенки для формирования посадочного конуса электрода протяженностью 30 мм и конусообразного участка в верхней части охлаждающего канала. При этом наружная поверхность тонкостенного цилиндра превращается в конус Морзе, наружный диаметр которого со стороны входа охлаждающего канала уменьшается с 16 до 13,5 мм, а внутренний диаметр охлаждающего канала уменьшается с 12,7 до 10 мм. В результате этой операции происходит некоторое увеличение толщины стенки в зоне посадочного конуса электрода, а в зоне, примыкающей к рабочей части электрода, образуется расширяющаяся полость. Оба эти фактора сказываются на увеличении стойкости электрода.

Использование патентуемого изобретения позволяет увеличить твердость рабочей части электрода на 20-40 НВ, позволяет создать в рабочей части электрода канал охлаждения с расширяющейся полостью, что позволяет повысить стойкость электрода.

Способ изготовления электрода для контактной точечной сварки, включающий операции формирования рабочей части электрода, формирования охлаждающего канала путем обратного выдавливания глухого отверстия в верхней части заготовки и холодной вытяжки с утонением стенки верхней части заготовки и формирование посадочного конуса электрода путем обжима утоненной стенки, отличающийся тем, что формирование рабочей части электрода осуществляют в процессе калибровки мерной заготовки, при этом в процессе калибровки на верхней части заготовки формируют цилиндрическую головку с наметкой под пуансон обратного выдавливания, а рабочую часть электрода формируют на ее нижней части путем прямого выдавливания, причем в процессе прямого выдавливания обеспечивают пластическую деформацию материала в зоне рабочей части электрода со степенью деформации не менее 25%, а формирование посадочного конуса электрода осуществляют с одновременным формированием конусообразного участка в верхней части охлаждающего канала.

Сварочные электроды своими руками

Нельзя пожаловаться на небольшой выбор электродов в специализированных магазинах, однако существует такая интересная возможность, как сделать электроды для сварки своими руками. Изготавливая электроды для сварки своими руками, появляется возможность лучше разобраться в их устройстве, что не будет лишним при проведении сварочных работ.

Необходимые материалы

Чтобы начать изготавливать самодельные электроды для сварки, надо позаботиться о том, чтобы в наличии были все необходимые для этого материалы. К ним относятся:

Проволока, изготовленная из стали с низким содержанием углерода. Ее диаметр не должен быть слишком большим.
Жидкое стекло, играющее роль связующего звена.
Порошок из мела или известняк.
Также понадобятся малярная кисточка или валик.

Поподробнее следует рассказать о жидком стекле. Оно представляет собой силикатный клей, который является универсальным вспомогательным средством во многих областях промышленности и в быту. Основу жидкого стекла составляет раствор в водно-щелочном растворителе силиката натрия или калия.

Используется свойство силикатного клея хорошо прилипать к поверхности и образовывать там пленку, обеспечивающую надежную защиту от влаги. Жидкое стекло является безопасным для человека. Диаметр выбранной проволоки для того, чтобы правильно изготовить сварочные электроды своими руками должен находиться в пределах 2-3 миллиметров. Проволока продается в виде мотков в строительных магазинах.

В дальнейшем, изготавливая самодельные электроды, моток проволоки придется нарезать на куски длиной порядка 25 сантиметров. Перед нарезкой проволоку необходимо выровнять. Обмазка для электродов состоит из двух составляющих - мела и жидкого стекла. Если мел имеется в виде кусков, то предстоит растолочь его до состояния порошка. Его частицы должны быть мелкими и однородными. Это можно делать вручную или с помощью блендера.

Процесс изготовления

Если нарезана проволока и измельчен мел, то можно приступать к изготовлению электродов. Разбираясь, как сделать электрод, следует понимать, что предварительно смешивать порошок мела и силикатный клей не обязательно.

Следует взять кусок проволоки, положить его на ровную горизонтальную поверхность, и обмазать набранным из банки с помощью кисти жидким стеклом. Обмазанные прутья следует поместить в мел, можно неоднократно. Нанесение должно носить равномерный характер. Один из концов проволоки длиной порядка 3-3,5 сантиметра надо оставлять необмазанным.

Вторым способом является предварительное приготовление обмазки, которую можно получить, смешав растолченный мел и жидкое стекло в виде силикатного клея. Проволоку следует окунать в эту смесь и медленно извлекать из нее, держась за сухой конец. Сушить обмазанные электроды удобно на бельевой веревке с помощью прищепок в вертикальном положении.

После того, как обмазка окончательно высохнет, полученный самодельный электрод необходимо подвергнуть прокалке. Осуществлять прокаливание следует в электрической духовке, включив режим проветривания. Время этого процесса составляет не менее получаса, а температура должна быть приблизительно 100 градусов. Это позволит обмазке загустеть и образовать прочную оболочку.

Прекрасно, если полученные электроды можно будет тут же проверить на имеющемся оборудовании, и при необходимости внести в процесс изготовления коррективы.

Электроды для алюминия

Сварка изделий из алюминия является непростым делом и имеет свои особенности. На поверхности этого металла имеется оксидная пленка, что вносит свои трудности при работе с этим металлом. Быстрое окисление алюминия ведет к образованию тугоплавкой пленки, что препятствует образованию цельного шва на соединениях.

Присутствие в сплавах на основе алюминия такого элемента, как кремний, приводит к формированию трещин между кристаллами металла. Возникновение шлака при остановках техпроцесса приводит к затруднению вторичного разжигания дуги. Сварочный валик при затвердевании может потерять свою форму вследствие высокого значения коэффициента линейного расширения.

Чтобы получить качественный результат, используя электроды по алюминию своими руками, необходимо тщательно очистить поверхности соединяемых алюминиевых деталей. Это можно сделать с помощью различных растворителей типа технического спирта. Также помогут щелочные ванны.

Если изготавливаются электроды по алюминию для дуговой сварки своими руками, то при их использовании необходимо обращать внимание на значении выставленного на оборудовании тока. Он должен быть минимальным.

Чтобы получить электроды для сварки алюминия своими руками, надо подготовить проволоку, изготовленную из алюминия, диаметр которой не превышает 4 миллиметра, и нарезать ее на отрезки длиной приблизительно 20-25 миллиметров. По своему усмотрению можно немного скорректировать эти значения.

Затем следует приступить к приготовлению обмазки. Для этого тщательно измельченный мел, обычно белого цвета, надо смешать с приобретенным в магазине силикатным клеем, называемым часто жидким стеклом. Эту смесь следует перемешать до получения жидкой консистенции. Затем надо начинать обмакивать в ней поочередно нарезанные прутки, оставляя сухим небольшой конец. Толщина покрытия не должна превышать два миллиметра и за этим необходимо тщательно следить.

Далее электроды следует оставлять на просушку, дождавшись, чтобы покрытие в виде обмазки прочно затвердело. Прокаливание самодельных алюминиевых электродов надо проводить в течение двух часов при температуре не меньше, чем 200 градусов.

Сварку с помощью алюминиевых электродов надо проводить, используя постоянный ток, установив на применяемом оборудовании обратную полярность. Если предполагается сваривать толстостенные изделия, то проволоку для изготовления электродов надо выбирать большого диаметра.

Угольный электрод

Изготавливая угольный электрод своими руками, в качестве основного стержня следует выбирать пруток, изготовленный из угля или кокса. Могут быть включены и другие добавки. Процесс изготовления разделяется на приготовлении смеси, ее формирования и просушки.

Оцинковка

Цинковый электрод служит источником электронов при гальванизации, которые поступают во внешнюю цепь. Цинковый электрод при этом считается отрицательным. В качестве положительного элемента выступает медный электрод.

Чтобы выполнить цинковый электрод своими руками, придется совершить ряд особых действий. Нанесение цинкового покрытия особо сложным не является. Цинк для этого можно взять из солевых батареек, удалив из их корпуса все ненужное. При работе цинковый электрод необходимо оборачивать тряпкой или диском из ваты.

Точечная контактная сварка

Точечная или иначе контактная сварка - это надежный метод соединения металлических деталей, совпадающих по конфигурации и составу. Их соединение осуществляется вследствие мгновенных касаний электродом, при которых происходит сильное разогревание поверхности в этом месте. Благодаря простоте процесса и небольшим затратам на расходные материалы в виде электродов, такой способ соединения приобрел большую популярность.

Точечная сварка может применяться только для соединения деталей небольшой толщины. Электроды, применяемые для контактной сварки, по внешнему виду имеют большое отличие от обычных видов расходников. Электроды для точечной сварки своими руками выполняются с учетом специфики этого способа сварочного процесса. Материал для их изготовления следует подбирать подобный тому, из которого состоят соединяемые изделия. Схожий состав необходим для получения качественного результата.

Наиболее часто бывают нужными электроды прямой формы. Однако, в некоторых случаях, например, для работы в труднодоступных местах, требуются электроды сложной формы.

Изготавливая электроды для контактной сварки своими руками, предварительно надо выполнить их модель в полную величину. Это позволит еще на стадии проектирования учесть все имеющиеся недочеты.

Интересное видео

Читайте также: