CN108655608A - 一种新型焊接电极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电极材料制备技术领域，公开了一种新型焊接电极材料及制备方法，该新型电机敢接材料包括合金基体与三氧化二铝，该新型材料的制备方法采用内氧化化法，在氧气不足的情况下氧化剂选择性的加入极少量铝发生氧化反应，制作新型焊接电机材料的关键是控制氧化剂的量，所述制备装置安装有进气管，所述控制阀安装在进气管的上端，所述进气管的对过插接有出气管，所述出气管下端安装有抽气泵，所述抽气泵的下端镶嵌有控制面板，所述压合盖卡接在箱体的上部，所述压合盖焊接有提手，该发明熔点增高，延长了电极的使用寿命。

Description

一种新型焊接电极材料及其制备方法

技术领域

本发明属于电极材料制备技术领域，尤其涉及一种新型焊接电极材料及其制备方法。

背景技术

电阻焊接技术诞生于19世纪末，因具有效率高、质量好、成本低且易于实现自动化的优点，目前在汽车制造、航空航天、家电制造等领域得到了广泛的应用，在焊接的过程中，电极在高温和高压下，不断的与工件进行接触，这就要求电极具有较高的高温强度与硬度。

但是目前使用的电极材料，软化温度低，经常出现变形和粘附，使用寿命较短，在使用过程中要不断的对电极进行修整和更换，在很大程度上降低了生产效率，并且浪费了资源。

综上所述，现有技术存在的问题是：软化温度低、出现变形和粘附。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种焊接电极材料及其制备方法。

本发明是这样实现的，一种焊接电极材料包括：三氧化二铝层；

所述三氧化二铝层被合金基体围绕在内部，金属铜也渗入到三氧化二铝层；

新型焊接电极材料制备装置设置有箱体，所述箱体的上部紧密压合有压合盖，压合盖上方焊接有提手，箱体的一侧插接有进气管，进气管的上方安装有控制阀，进气管的对过安装有抽气泵，充气泵插接有出气管，出气管下方镶嵌有控制面板，固定锁扣通过螺母固定在箱体的前端，出气管底端插接有控制开关。

进一步，按质量百分数比，所述新型焊接电极材料还包括：Cr 0.4-0.8％、Zr0.15-0.24％、Al 0.25-3％、Ti 0.3-0.5％、Gd 0.005-0.008％、余量为Cu。

本发明的另一目的在于提供一种新型焊接电极材料的制备方法，其特征在于，包括：

在氧气不充足的情况下将氧化剂选择性的加入极少量铝发生氧化反应生成三氧化二铝，将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液，调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液，将三氧化二铝和合金熔液放入箱体，通过进气管的控制阀与抽气泵控制氧化剂的含量，从而制备出新型电极焊接材料，控制面板用于控制加热温度与进行时间。

进一步，控制面板采用时间最优控制算法，对非线性系统

寻找一个容许控制向量u(t)∈Rr,满足

|u_j(t)|≤1，(j＝1，2、，…). (2)

使系统从x(t₀)＝x₀出发,在某一末态时刻T>t₀到达目标集g(x(T),T)(g∈R^p)，并使性能指标

最小，由极大值原理，对系统(1)可写出Ham ilton函数

H(x，u、λ，t)＝1+λ^τf(x·t)+λ^τB(x，t)u (4)

令q(t)＝B^τ(x，t)λ，即其中b_j是矩阵B的第j个列向量，λ是待定乘子函数，得最优控制u_j*(t)为q_j(t)的下列函数：

由式(5)可知,若q_j(t)只在[t₀,T]的有限个孤立点上为零，则最优控制分量u*j(t)是一分段常值函数。

进一步，控制面板对温度控制时采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：

首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，从而使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；

一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，其传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)其中τ＝RC为滤波器时间常数，将该式离散化可得：

e'_k＝αe'_k-1+(1-α)e_k (6)

式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；e_k为第k次采样时滤波器的输入；e′_k为第k次采样时滤波器的输出；e′_k－1为第k－1次采样时滤波器的输出；采用方程(6)对偏差信号e_k进行修正，然后将修正后的偏差值e′_k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；

其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，本算法采用了积分分离PID算法；为减少因人工输入及外界冲击干扰引起的振荡，本算法加入了限幅处理，即当|e|>ε,则ΔU＝λ，λ为你允许的最大波动值；

控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，计算机对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：

若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，

当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ(常量)。

本发明的优点及积极效果为：该发明属于强化铜合铝金材料，与传统的铜锌合体电极材料相比，其软化温度达到900℃，此外，该发明还具有良好的耐磨性和导电性，作为电阻焊接材料进行镀锌板焊接时铜合金中含有的三氧化二铝可以阻止锌向电极中扩散，从而阻止了电极端部合金化，减少了脆性黄铜层的形成，降低了铜合金电极与锌之间的粘附，提高了电极的使用寿命，可达到普通电极的4～10倍。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型焊接材料结构层面示意图；

图2是本发明实施例提供的新型焊接材料制备装置示意图；

图中：1、合金基体；2、三氧化二铝层；3、提手；4、压合盖；5、抽气泵；6、出气管；7、控制开关；8、固定锁扣；9、控制阀；10、进气管；11、箱体；12、控制面板。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，一种新型电极焊接材料包括：合金基体1、三氧化二铝层2；

三氧化二铝层2被合金基体1围绕在内部，金属铜渗入到三氧化二铝层2。

如图2所示，本发明实施例提供的新型焊接材料制备装置包括：提手3、压合盖4、抽气泵5、出气管6、控制开关7、固定锁扣8、控制阀9、进气管10、箱体11、控制面板12。

箱体11的上部紧密压合有压合盖4，所述压合盖4上方焊接有提手3，所述箱体4的一侧插接有进气管10，所述进气管10的上方安装有控制阀9，所述进气管10的对过安装有抽气泵5，所述充气泵5插接有出气管6，所述出气管6下方镶嵌有控制面板12。固定锁扣通过螺母固定在箱体的前端。出气管底端插接有控住开关。

在氧气不充足的情况下将氧化剂选择性的加入极少量铝发生氧化反应生成三氧化二铝，将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液，调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液，将三氧化二铝和合金熔液放入箱体，通过进气管的控制阀与抽气泵控制氧化剂的含量，从而制备出新型电极焊接材料，控制面板用于控制加热温度与进行时间。

进一步，控制面板采用时间最优控制算法，对非线性系统

寻找一个容许控制向量u(t)∈Rr，满足

|u_j(t)|≤1，(j＝1，2，…，r). (2)

使系统从x(t₀)＝x₀出发，在某一末态时刻T＞t₀到达目标集g(x(T)，T)(g∈R^p)，并使性能指标

最小，由极大值原理，对系统(1)可写出Ham ilton函数

H(x，u，λ，t)＝1+λ^τf(x，t)+λ^τB(x，t)u (4)

令q(t)＝B^τ(x，t)λ，即其中b_j是矩阵B的第j个列向量，λ是待定乘子函数，得最优控制u_j*(t)为q_j(t)的下列函数：

由式(5)可知，若q_j(t)只在[t₀，T]的有限个孤立点上为零，则最优控制分量u*j(t)是一分段常值函数。

进一步，控制面板对温度控制时采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：

首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，从而使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；

一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，其传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)其中τ＝RC为滤波器时间常数，将该式离散化可得：

e'_k＝αe'k-1+(1-α)e_k (6)

式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；e_k为第k次采样时滤波器的输入；e′_k为第k次采样时滤波器的输出；e′_k－1为第k－1次采样时滤波器的输出；采用方程(6)对偏差信号e_k进行修正，然后将修正后的偏差值e′_k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；

其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，本算法采用了积分分离PID算法；为减少因人工输入及外界冲击干扰引起的振荡，本算法加入了限幅处理，即当|e|>ε,则ΔU＝λ，λ为你允许的最大波动值；

控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，计算机对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：

若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，

当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ(常量)。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种新型焊接电极材料，其特征在于，所述新型焊接电极材料包括：

三氧化二铝层；

所述三氧化二铝层被合金基体围绕在内部，金属铜也渗入到三氧化二铝层；

新型焊接电极材料制备装置设置有箱体，所述箱体的上部紧密压合有压合盖，压合盖上方焊接有提手，箱体的一侧插接有进气管，进气管的上方安装有控制阀，进气管的对过安装有抽气泵，充气泵插接有出气管，出气管下方镶嵌有控制面板，固定锁扣通过螺母固定在箱体的前端，出气管底端插接有控制开关。

2.如权利要求1所述的新型焊接电极材料，其特征在于，按质量百分数比，所述新型焊接电极材料还包括：Cr 0.4-0.8％、Zr 0.15-0.24％、Al 0.25-3％、Ti 0.3-0.5％、Gd0.005-0.008％、余量为Cu。

3.一种如权利要求1-2所述的新型焊接电极材料的制备方法，其特征在于，包括：

在氧气不充足的情况下将氧化剂选择性的加入极少量铝发生氧化反应生成三氧化二铝，将Cu、Al、Zr、Cr混合后加入电炉，于1350～1400℃熔炼，得到铜合金液，调整合金铜液的温度为1100～1200℃，加入Ti以及Gd，得到合金熔液，将三氧化二铝和合金熔液放入箱体，通过进气管的控制阀与抽气泵控制氧化剂的含量，从而制备出新型电极焊接材料，控制面板用于控制加热温度与进行时间。

4.如权利要求3所述的新型焊接电极材料的制备方法，其特征在于，控制面板采用时间最优控制算法，对非线性系统

寻找一个容许控制向量u(t)∈Rr,满足

|u_j(t)|≤1，(j＝1，2，…，r). (2)

使系统从x(t₀)＝x₀出发,在某一末态时刻T>t0到达目标集g(x(T),T)(g∈R^p)，并使性能指标

最小，由极大值原理，对系统(1)可写出Ham ilton函数

H(x，u，λ，t)＝1+λ^τf(x，t)+λ^τB(x，t)u (4)

令q(t)＝B^τ(x，t)λ，即其中bj是矩阵B的第j个列向量，λ是待定乘子函数，得最优控制u_j*(t)为q_j(t)的下列函数：

由式(5)可知,若q_j(t)只在[t₀,T]的有限个孤立点上为零，则最优控制分量u*j(t)是一分段常值函数。

5.如权利要求3所述的新型焊接电极材料的制备方法，其特征在于，控制面板对温度控制时采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：

首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，从而使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；

一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，其传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)其中τ＝RC为滤波器时间常数，将该式离散化可得：

e′_k＝ae′_k-1+(1-a)e_k (6)

式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；e_k为第k次采样时滤波器的输入；e′_k为第k次采样时滤波器的输出；e′_k－1为第k－1次采样时滤波器的输出；采用方程(6)对偏差信号e_k进行修正，然后将修正后的偏差值e′_k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；

其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，本算法采用了积分分离PID算法；为减少因人工输入及外界冲击干扰引起的振荡，本算法加入了限幅处理，即当|e|>ε,则ΔU＝λ，λ为你允许的最大波动值；

控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，计算机对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：

若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，

当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ(常量)。