Электрод для контактной сварки

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в производстве электродов для контактной сварки. Электрод для контактной сварки, включающий цилиндрический наконечник с сужающимся концом, заканчивающийся рабочей поверхностью, выполнен из композиционного материала, содержащего медную оболочку и сердцевину, заключенную в эту оболочку, состоящую из медной матрицы с равномерно распределенными в ней частицами по крайней мере одного оксида металла (оксид алюминия, оксид гафния и оксид титана) в количестве 0,12 - 1,42 мас.%, при этом величина частиц оксидов не превышает 50 нм, а площадь, занимаемая оболочкой, составляет не менее 10% площади наибольшего сечения, перпендикулярного оси наконечника. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано в производстве электродов для контактной сварки.

Для качественной точечной сварки листовых металлов необходимы электроды, выполненные из материала, имеющего хорошее сочетание прочности (твердости) и электропроводности, и не разупрочняющиеся в процессе эксплуатации [1] Кроме того, важным является отсутствие залипания электродов к свариваемым листам в процессе сварки. Последний фактор особенно важен при сварке сталей с покрытиями, например, оцинкованных, или листов из алюминиевых сплавов, где залипание встречается особенно часто и приводит к вынужденным остановкам оборудования. В настоящее время наибольшее распространение для контактной сварки получили электроды, изготовленные из дисперсионно-твердой бронзы Cu/Cr/Zr. Этот материал имеет хорошее сочетание твердости и электропроводности при комнатной температуре, однако сильно разупрочняется при нагреве до 600^oC. Кроме того, хром-циркониевая бронза склонна к залипанию при сварке сталей с покрытиями. Этих недостатков лишены электроды, изготовленные из композиционных материалов на основе меди, упрочненных дисперсными частицами стабильных оксидов, например оксида алюминия.

Известен электрод для контактной сварки [1] изготовленный из прутка композиционного материала, включающего оболочку из стали и сердцевину, выполненную из сплава меди GlidCop®, содержащего 0,1 4% по массе алюминия в виде дисперсных частиц оксида алюминия. При этом прочность сердцевины должна быть не менее 380 МПа, а прочность оболочки должна быть не более чем на 103 МПа ниже прочности сердцевины.

Наиболее близким к заявляемому является электрод для контактной сварки [2] Электрод изготавливают из композиционного материала, состоящего из тонкой медной оболочки и сердцевины, выполненной из дисперсно-упрочненной меди, содержащей по массе оксида алюминия. Электроды получают из горячеэкструдированного прутка, используя сочетание токарной обработки и холодной штамповки, что обеспечивает равноосную зеренную структуру у рабочей поверхности наконечника электрода. Это, в свою очередь уменьшает склонность к образованию трещин в электроде в процессе эксплуатации и увеличивает срок его службы.

Известные электроды практически целиком состоят из дисперсно-упрочненной меди и обладают сочетанием твердости и электропроводности, характерными для этого материала. Так, используемый для электродов контактной сварки [1] материал GlidCop® А160 обладает высокой твердостью (до 80 единиц HRB), но относительно низкой электропроводностью 78% от меди [2] Повышение электропроводности достигается уменьшением доли упрочняющих оксидов в сплаве, что неминуемо приводит к снижению прочностных характеристик. Стабильная оболочка также способствует снижению электропроводности электродов, кроме того, при их переработке (переплав) необходимо отделять оболочку от сердцевины, так как примесь железа снижает электропроводность меди. В случае электродов, изготавливаемых в соответствии с [2] имеются технологические ограничения, связанные с необходимостью сочетания токарной обработки и холодной штамповки.

Предложенный электрод лишен вышеперечисленных недостатков. Он целиком или его рабочий наконечник изготавливается из композиционного материала, состоящего из медной оболочки, которая в поперечном сечении прутка занимает по крайней мере 10% площади, и сердцевины, состоящей из медной матрицы с равномерно распределенными в ней частицами оксида металла. В качестве оксидов сердцевина содержит по крайней мере один оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид алюминия, оксид титана и оксид гафния при соотношении компонентов, мас.

по крайней мере один оксид, выбранный из группы, включающий оксид алюминия, оксид титана и оксид гафния 0,012 1,45, медь остальное, при этом средняя величина оксидов не превышает 50 нм. Предпочтительное содержание оксида алюминия составляет 0,15 2,4% по массе, еще более предпочтительное 0,19 1,2% по массе. Предпочтительное содержание оксидов титана и/или гафния составляет 0,06 0,85% по массе, еще более предпочтительное 0,1 0,8% по массе. Оксиды алюминия, гафния и титана могут находиться в материале совместно, их предпочтительное содержание составляет 0,123 1,42% по массе, еще более предпочтительное 0,85 1,08% по массе. При этом соотношение Al₂O₃: HfO₂: TiO₂ составляет (4-10):1:1, а величина оксидов не превышает 10 нм. Так как электропроводность сердцевины зависит от содержания в ней оксидов, а твердость и прочность -от расстояния между соседними частицами оксидов, то, уменьшая средний размер оксидов, можно повысить твердость при одновременном сохранении высокой электро-и теплопроводности сердцевины.

Дополнительного увеличения электро-и теплопроводности электрода можно достичь, увеличивая в определенных пределах долю, занятую оболочкой из чистой меди в поперечном сечении наконечника электрода. При этом электро-и теплопроводность будут увеличиваться пропорционально этой доле, которая может меняться в зависимости от формы наконечника и способа его изготовления. Твердость рабочей поверхности наконечника не снижается, так как она изготавливается их дисперсноупрочненной сердцевины материала.

На фиг.1 представлен эскиз наконечника электрода для контактной точечной сварки, изготовленного штамповкой из описанного выше композиционного материала. Аналогичные наконечники получали точением на токарном станке. Заготовки в обоих случаях служили прутки, которые получали по следующей технологии. Азотом распыляли расплавы сплавов Cu-0,35% Al и Cu-0,35% Al-0,07% Ti-0,07 Hf и получали соответствующие порошки размером до 315 мкм. Порошки подвергают внутреннему окислению на воздухе при температуре 750^oC, а затем отжигу в диссоциированном аммиаке с целью восстановления оксидов меди на поверхности порошинок. В результате был получен порошок дисперсно-упрочненной меди, содержащий 0,7% Al₂O₃, а также порошок 0,7% Al₂O₃, 0,084%HfO₂ и 0,12% TiO₂. Порошки в процессе химико-термической обработки спекались, поэтому их дробили в молотковой дробилке и потом засыпали в медные контейнеры с наружным диаметром 98 мм и толщиной стенки 7мм. Плотность засыпки составила около 50% На порошок помещали медную крышку и завальцовывали стенки контейнера. Таким образом был подготовлен один контейнер с порошком, содержащим оксид алюминия, и два контейнера, содержащие порошок с оксидами алюминия, титана и гафния. Полученные заготовки нагревали на воздухе до 950^oC и экструдировали на прутки диаметром 16 мм (прутки N 1 и 2) или 20 мм (пруток N 3). Пруток N 3 затем волочили вхолодную до диаметра 16 мм. Прутки имели медную оболочку толщиной 2 мм и сердцевину из внутреннеокисленной меди со средним размером оксидов около 45 нм (пруток N 1) или 7 нм (прутки N 2 и 3). Для штамповки использовали прутки после горячей экструзии, а для точения после горячей экструзии и холодной деформации. После изготовления электродов доля площади, занимаемая медной оболочкой в наибольшем сечении наконечника, перпендикулярном его оси, составляла около 40% Данные по электропроводности прутков и твердости рабочей поверхности наконечников изготовленных электродов представлены в табл 1.

Формула изобретения

1. Электрод для контактной сварки, включающий цилиндрический наконечник с сужающимся концом, заканчивающийся рабочей поверхностью, и выполненный из композиционного материала, содержащего медную оболочку и сердцевину, заключенную в эту оболочку, состоящую из медной матрицы с равномерно распределенными в ней частицами оксида металла, отличающийся тем, что в качестве оксида сердцевина материала наконечника содержит по крайней мере один оксид металла, выбранный из группы, содержащей оксид алюминия, оксид гафния и оксид титана при следующем соотношении компонентов, мас.

По крайней мере один оксид металла, выбранного из группы, содержащей оксид алюминия, оксид гафния и оксид титана 0,12 1,42 Медь Остальное при этом величина частиц оксидов не превышает 50 нм, а площадь, занимаемая медной оболочкой в наибольшем сечении, перпендикулярном оси наконечника составляет не менее 10% этой площади.

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что его наконечник выполнен из композиционного материала, сердцевина которого содержит 0,19 1,13 мас. оксида алюминия.

3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что его наконечник выполнен из композиционного материала, сердцевина которого содержит следующие компоненты, мас.

Оксид алюминия 0,094 1,13 Оксид гафния 0,012 0,12 Оксид титана 0,017 0,17 Медь Остальное при выполнении соотношения Al₂O₃ HfO₂ TiO₂ как (4 10) 1 1, при этом средняя величина частиц оксидов не превышает 10 нм.

4. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что площадь, занимаемая медной оболочкой в наибольшем сечении, перпендикулярном оси наконечника, составляет 10 40% этой площади.

5. Электрод по п. 4, отличающийся тем, что площадь, занимаемая медной оболочкой в наибольшем сечении, перпендикулярном оси наконечника составляет 20 35% этой площади.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2