СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКИ

СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКИ


RU (11) 2225780 (13) C2

(51) 7 B23K11/10, B23K101:36 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 2004.03.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002111846/02 
(22) Дата подачи заявки: 2002.05.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.05.07 
(43) Дата публикации заявки: 2003.12.10 
(45) Опубликовано: 2004.03.20 
(56) Аналоги изобретения: SU 385695, 20.09.1973. SU 725830, 10.04.1980. SU 1706805 A1, 23.01.1992. FR 2177836, 09.11.1973. 
(72) Имя изобретателя: Гребенников В.А.; Ежов А.А.; Темляков Н.А.; Назаров И.В. 
(73) Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро 
(98) Адрес для переписки: 140103, Московская обл., г. Раменское, ул. Гурьева, 2, ОАО РПКБ, зам.ген.директора С.В.Лобко 

(54) СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ МИКРОСВАРКИ 

Изобретение может быть использовано в приборостроении, авиакосмической и радиотехнической отраслях при сварке упругих электрических контактов с контактодержателями. Детали размещают на нижнем электроде, прикладывают усилие сжатия и пропускают импульс сварочного тока. Усилие сжатия определяют в зависимости от величины условного предела текучести упругого электрического контакта при нормальных условиях после упрочняющей термической обработки и площади контакта деталей. Величину деформации деталей ограничивают перемещением верхнего электрода. Сварку выполняют однополярным положительным импульсом с заданными параметрами. Способ позволяет получить качественное сварное соединение контактов из материала, имеющего упорядоченную структуру, с контактодержателем из бронзы с получением высоких физико-механических свойств. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Предлагаемое изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в приборостроении, авиакосмической и радиотехнических отраслях.

Известен способ точечной конденсаторной сварки крестообразных проволочных выводов [1], принятый в качестве аналога.

Согласно аналогу при сварке оба свариваемых проводника (комбинация бронзовой и никелевой проволок диаметром 0,2 мм и 0,97 мм соответственно) располагали перпендикулярно друг другу между электродами сварочной машины, прикладывали сжимающее усилие, подогревали и сваривали цилиндрическими электродами с плоскими рабочими торцами. Качественное сварное соединение получали при обеспечении проплавления одной из проволок на глубину до 50% от ее диаметра. При этом режимы сварки, подобранные из условий обеспечения эксплуатационных параметров свариваемых проволок, приводят к проплавлению проволок в диапазоне 30-50%.

Основной недостаток аналога заключается в том, что для сплавов с упорядоченной структурой, благодаря которой достигается высокий уровень физико-механических свойств (электрических, упругих и прочностных), он не позволяет получить высококачественные сварные соединения. Режимы сварки, описанные в аналоге, требуют расплавления проволок, причем глубина проплавления составляет величину до ~50% от их диаметра. Кроме этого, при воздействии сжимающего усилия происходит пластическая деформация и утонение проволок. Для упругих электрических контактов из сплавов с упорядоченной структурой оба этих фактора (расплавление и пластическая деформация такого уровня) недопустимы, т.к. в этом случае в сплаве происходят фазовые превращения: упорядоченная структура превращается в неупорядоченную, характеризующуюся низкими значениями физико-механических свойств.

Известен способ приварки контактов к контактодержателю, раскрытый в описании [2], принятый в качестве прототипа.

Согласно прототипа плоский контактодержатель поджимают верхним электродом к плоскому торцу проволочного контакта, зафиксированному на нижнем электроде, и сваривают, пропуская импульс сварочного тока между сжатыми деталями.

Основной недостаток прототипа состоит в том, что при сварке контактодержателя с электрическим контактом, у которого (или которых) свариваемая поверхность не является плоской и, в частности, для проволочного контакта она может быть цилиндрической, качество сварного соединения существенно ухудшается. Это связано с условиями контактирования деталей в месте сварки. Данное обстоятельство требует введения ограничений на параметры процесса сварки, которые отсутствуют в описании прототипа.

Основная задача предлагаемого изобретения заключается в создании способа микросварки упругих электрических контактов из сплава ЗЛМ800, имеющем упорядоченную структуру, с контактодержателем из бронзы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества сварного соединения и обеспечение высоких физико-механических свойств упругого электрического контакта при одновременном снижении трудоемкости процесса.

Указанный результат достигается тем, что в способе контактной точечной микросварки упругого электрического контакта с контактодержателем, при котором детали размещают на нижнем электроде, прикладывают усилие сжатия и пропускают импульс сварочного тока, усилие сжатия определяют из соотношения

Рсж=(0,6-0,7)·0,2·F, кг,

где 0,2 - условный предел текучести упругого электрического контакта при нормальных условиях после упрочняющей термической обработки, кг/мм2;

F - площадь контакта, мм2,

при этом ограничивают величину деформации деталей перемещением верхнего электрода в пределах

Н=(0,12-0,20)·d, мм,

где d - диаметр свариваемого упругого электрического контакта, мм,

а сварку выполняют однополярным положительным импульсом с параметрами: амплитудное значение импульса тока I=80-100А, длительность импульса тока =4-6 мс.

Способ осуществляют следующим образом.

Физико-механические свойства (электропроводность, твердость, упругие свойства) деталь контакт из сплава ЗлМ800 приобретает в результате термической обработки, после которой в сплаве формируется упорядоченная структура. Особенность данного сплава состоит в том, что при повторном нагреве или в процессе пластической деформации в сплаве происходят фазовые превращения: упорядоченная структура превращается в неупорядоченную с частичной или полной потерей физико-механических свойств. Эти обстоятельства обуславливают необходимость введения ограничений на параметры сварочного процесса.

При сварке упругого электрического контакта с контактодержателем детали размещали на нижнем электроде сварочной установки. Затем на упругий электрический контакт опускали верхний электрод и сжимали свариваемые детали. Так как для данного сплава отсутствуют данные по характеру изменения условного предела текучести (0,2) с изменением температуры, то при подборе режимов сварки авторы использовали значения условного предела текучести при нормальных условиях (т.е. полученные при 20С). Для ЗлМ800 0,2=45-50 кг/мм2. Величина усилия сжатия Pсж была выбрана из условия

Pсж=(0,6-0,7)·0,2·F, кг,

где 0,2 - условный предел текучести упругого электрического контакта при нормальных условиях после упрочняющей термической обработки, кг/мм2;

F - площадь сварного соединения, мм2, определяемая из условий обеспечения требуемой прочности сварного изделия при минимальной деформации упругого электрического контакта в месте сварки под действием сжимающего усилия.

Учитывали также, что для сплавов с упорядоченной структурой, условный предел текучести 0,2 имеет неоднозначный характер с изменением температуры, что может существенно повлиять на деформацию упругого электрического контакта. Поэтому устанавливали ограничение величины перемещения верхнего электрода в пределах

Н=(0,12-0,20)·d,

где d - диаметр упругого электрического контакта, мм.

Экспериментально установлено, что в рассматриваемом диапазоне усилий сжатия Pсж и перемещений Н верхнего электрода площадь сварного соединения F составляет 0,10-0,12 мм2. При этом опыты показали, что до начала процесса сварки упругий электрический контакт подвергается преимущественно упругой деформации, при которой не происходит существенных фазовых превращений, обуславливающих потерю физико-механических свойств упругого электрического контакта и, в частности, электрических свойств.

При нажатии педали сварочной установки в электрической цепи между свариваемыми деталями протекал однополярный положительный импульс сварочного тока. Под действием тепла, выделяющегося в месте соприкосновения свариваемых деталей, они нагревались и упругий электрический контакт, как наименее массивная деталь, деформировался: упругая деформация сжатия переходила в пластическую. В результате деформации и нагрева в упругом электрическом контакте происходили структурные превращения: упорядоченная структура переходила в неупорядоченную с повышенным удельным электросопротивлением . Одновременно за счет деформации упругого электрического контакта возрастала площадь соприкосновения свариваемых деталей и снижалось электросопротивление R между свариваемыми деталями: упругим электрическим контактом и контактодержателем. Итогом рассматриваемых процессов в собственно упругом электрическом контакте и в месте соприкосновения свариваемых деталей являлась сбалансированность тепловых потоков. То есть, в начальный момент сварки из-за высокого электросопротивления R тепло выделяется в месте соприкосновения свариваемых деталей, а отводится преимущественно в упругий электрический контакт, удельное электросопротивление которого в этот период мало, а проводимость высока, и в меньшей степени в контактодержатель. По мере изменения площади соприкосновения и электросопротивления R в месте сварки и соответствующего изменения удельного электросопротивления упругого электрического контакта и его проводимости максимум температур смещается от места соприкосновения в упругий электрический контакт. Тем самым исключается перегрев металла в месте соприкосновения свариваемых деталей, сопровождающийся образованием расплава и выплеском жидкого металла из зоны сварки.

Параметры сварочного импульса: амплитуда сварочного импульса I, длительность импульса сварочного тока и полярность подобраны таким образом, чтобы структурные превращения в упругом электрическом контакте происходили синхронно с изменением площади соприкосновения свариваемых деталей и, соответственно, электросопротивления в месте соприкосновения. Кроме того, параметры сварочного импульса позволяли сформировать в упругом электрическом контакте при охлаждении частично упорядоченную микроструктуру, у которой микротвердость, упругие и электрические свойства отличаются не более чем на ~30% от исходных свойств, характерных для упорядоченной структуры. Смена полярности (с положительной на отрицательную) ухудшала качество сварного соединения вследствие выплесков жидкого металла из зоны сварки.

После окончания сварочного импульса верхний электрод поднимали и сваренные детали снимали с нижнего электрода.

Пример выполнения способа.

Выполняли точечную микросварку электрического контакта из сплава ЗЛМ800 диаметром d=0,15 мм с контактодержателем из бронзы БрКМц3-1T диаметром D=3 мм.

Для расчета площади контакта F использовали следующий подход: рассматривали геометрическую форму участка соприкосновения обеих свариваемых деталей. Вследствие конструктивных особенностей сварного узла, состоящего из двух цилиндрических поверхностей, соприкасающихся по образующей, геометрическая форма данного участка после сварки представляет собой четырехугольник с закругленными углами. Если для данного четырехугольника длина равна а и ширина равна b, то его площадь приближенно выразится как



Величины а и b можно выразить через диаметр d упругого электрического контакта следующим образом.

Положим, для некоторого достаточно малого интервала d от d1 до d2 (d1<d) длина участка a определятся конструктивными требованиями, в соответствии с которыми оптимальным значением является а~1,1 мм, что в пересчете на конкретный диаметр упругого электрического контакта в рассматриваемом примере (1,1 мм:0,15 мм=7) дает следующее соотношение



Чтобы практически получить это значение, диаметр торца верхнего электрода, формирующего длину упругого электрического контакта с измененным сечением, был выбран равным 1 мм, что позволило ограничить длину четырехугольника в сварном соединении величиной до 1,110 мм, достаточно близкой к оптимальному значению а~1,1 мм 7d мм.

Пределы изменения ширины b ограничивали величиной утонения, которая не должна существенно ослаблять поперечное сечение упругого электрического контакта и регулировали ходом верхнего электрода, перемещение Н которого не превышало величины Н=(0,12-0,20)·d мм. В этом случае упругий электрический контакт расплющивался на величину утонения



а ширина b изменялась в пределах от 0,095-0,110 мм.

Величина b может быть определена из геометрических построений, выполненных в поперечном сечении упругого электрического контакта (фиг.1): так как при перемещении верхнего электрода на Н=(0,12-0,20)·d мм, упругий электрический контакт расплющивался на величину утонения 0,3·d мм, то, рассматривая b как катет прямоугольного треугольника, ее можно выразить через диаметр d упругого электрического контакта и величину утонения 



проведя арифметические действия и подставив из (3) 0,3d мм в (4) получим



После подстановки в (1) соотношений для а и b из (2) и (5) окончательно получим выражение для площади контакта



Для упругого электрического контакта с d=0,15 мм согласно выражению (7) площадь контакта составит 4,97d2 4,970,152 0,1118 мм2.

Итоговое соотношение для усилия сжатия Pсж свариваемых деталей принимает вид

Pсж=(0,6-0,7)0,2·4,97d2 (2,98-3,48)·0,2·d2.

По рассчитанным величинам устанавливали параметры процесса сварки. Контактодержатель и упругий электрический контакт устанавливали на нижний электрод сварочной установки. Верхний электрод с плоской поверхностью торца (диаметр торца равен 1 мм) плавно опускали до соприкосновения с упругим электрическим контактом и прикладывали усилие сжатия Pсж=3,4-4,2 кг. Величину перемещения верхнего электрода Н ограничивали в пределах Н=0,018-0,030 мм, контролируя с помощью индикатора. Затем пропускали однополярный (положительный) импульс сварочного тока с параметрами: амплитуда I=80-100А, длительность =4-6 мс, и сваривали упругий электрический контакт и контактодержатель.

Качество сварки оценивали визуально с помощью микроскопа: наблюдали расплющивание упругого электрического контакта в месте сварки на величину 0,3·d, дефектов в виде прожогов и выплесков жидкого металла не происходило. Максимальный размер сварного соединения в плоскости сварки по данным металлографического анализа составил 0,11,0 мм2. С помощью металлографического анализа на шлифах установлено, что в месте соприкосновения упругого электрического контакта и контактодержателя образуется прослойка толщиной 1-3 мкм, микротрещин и пор не обнаружено.

При механических испытаниях на статическое растяжение установлено, что прочность сварного соединения на разрыв составляет ~50 кг/мм2, что составляет ~50% от прочности основного металла упругого электрического контакта (для ЗлМ800 с упорядоченной структурой в=85-100 кг/мм2). При изгибах на угол 45 сварной узел выдерживает до 10 изгибов. Электропроводимость сварного узла сохранилась в пределах основного металла. Измерения микротвердости показали, что в зоне сварки она снижается, как в упругом электрическом контакте, так и в контактодержателе: упругий электрический контакт ЗлМ800 - 200HV, (до сварки 320HV) и контактодержатель БрКМц3-1T - 160HV (до сварки 260HV).

Таким образом, предлагаемый способ точечной контактной микросварки обеспечивает получение высококачественного сварного соединения упругого электрического контакта из сплава ЗлМ800 с упорядоченной структурой с контактодержателем из бронзы БрКМц3-1T.

Источники информации

1. Моравский В.Э. и др. Исследование образования крестообразных соединений проволок при точечной конденсаторной сварке. Автоматическая сварка. 1980, №9, с.33-35.

2. Авторское свидетельство №385695 СССР, МПК7 В 23 К 11/10, 20.09.1973. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ контактной точечной микросварки упругого электрического контакта с контактодержателем, при котором детали размещают на нижнем электроде, прикладывают усилие сжатия и пропускают импульс сварочного тока, отличающийся тем, что усилие сжатия определяют из соотношения

Рcж=(0,60,7)·0,2·F, кг,

где 0,2 - условный предел текучести упругого электрического контакта при нормальных условиях после упрочняющей термической обработки, кг/мм2;

F - площадь контакта, мм2,

при этом ограничивают величину деформации деталей перемещением верхнего электрода в пределах

Н=(0,120,20)·d,

где d - диаметр упругого электрического контакта, мм,

а сварку выполняют однополярным положительным импульсом с параметрами: амплитудное значение импульса тока I=80100 А, длительность импульса тока =46 мс. 


РИСУНКИ

Рисунок 1




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Технология сварки и сварочное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+сварка -металлов".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сварка" будут найдены слова "газасварка", "электросварка" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("сварка!").



Рейтинг@Mail.ru