HU186219B - Method for producing the two-spot welded joints of high-melting pole-foil-pole conductors flattened into hard glass - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti megoldással kiküszöbölhetők az ellenálláshegesztési eljárás alkalmazásánál tapasztalt hiányosságok. Eljárásunkat az jellemzi, hogy a kétpontos kötést (7) egyetlen műveletben, legalább az egyik oldalon csőelektródával (8) állítjuk elő. A fólián levő kötési pontok közötti felületszakasz infravörös sugárzásának érzékelésével, melyet alkalmas fotódetektorral (9) végzünk, lehetőség nyílik a hibás hegesztések kiselejtezésére, ill. a fotódetektor jelét vezérlőjelként használva, a hegesztési folyamat szabályozására. (3. ábra) 3. ábra -1-

Description

A találmány tárgya eljárás magas olvadáspontú, bot-fólia-bot típusú, keményüvegbe vagy kvarcüvegbe lapított áramvezetők kétpontosán hegesztett kötéseinek előállítása ellenálláshegesztéssel.

A magas olvadáspontú — Mo és W anyagú — áramvezetők kvarcüveg vagy keményüveg lapitásba történő vákuumzáró beépítését általános ismert konstrukciós megoldás szerint élezett Mo fólia biztosítja; A Mo fólia végeire villamosán vezető módon — általában ellenállás ponthegesztéssel — rögzítik az áramvezető botokat.

A bonyolult szerkezeti kialakítás komoly kötéstechnológiai nehézséget jelent az egyébként is feltételesen hegeszthető alapanyagok kötéseinek elkészítésénél; elsősorban a nagy méreteltérés (áramvezető bot átmérője 0,4—1 mm, a fólia vastagsága 0,02—0,03 mm) és az érintkezési felületek definiálatlansága (az egy alkotó menti érintkezés a hegesztési folyamat alatt fokozatosan kiszélesedik) okoz gondot. További problémát jelent, hogy a kvarcüveg és Mo, ill. W anyagok hőtágulási együtthatói között fennálló nagy eltérés miatt a lámpa működése során — főleg ki- és bekapcsoláskor — jelentős mechanikus feszültség lép fel a lapításban, ami a hegesztési hőhatásövezetben újrakristályosodott fóliánál ridegtöréshez vezet.

A hőzóna újrakristályosodásának megakadályozására ismert megoldás a közbetét-fém (pl. Pt, Ta stb.) használata, miáltal a kötéshez szükséges hőmérséklet jelentősen csökkenthető és megakadályozható a fólia túlhevülése a hőzónában és elkerülhető az újrakristályosodása. Eredményesen alkalmazható a Mo fólia szemcsefinomítására megfelelő ötvözök is, miáltal az újrakristályosodás hőfoka megnövekszik.

Másik módszer szerint a hosszú élettartamú fényforrásoknál a bot-fólia konstrukció helyett előüvegezett áramvezetőt alkalmaznak a lapításban. A kötőüveg(ek) feszültségmentes beforrasztást biztosít(anak) a kvarcüveg és a magas clvadáspontú áramvezető között.

A vázolt módszerek hátránya, hogy többlet-munkát igényel a bevonat, illetve a közbetét-fém alkalmazása, eműlsít az anyagköltséget is sokszor jelentősen megnöveli.

Találmányunk célja olyan tömeggyártási szintű hegesztési módszer biztosítása a bot-fólia konstrukciójú, iapításba beépítésre kerülő áramvezető szerelvények előállítására, mellyel a lámpa megbízhatóságát szemelőtt tartva jóminóségű hegesztett kötést lehet létrehozni anélkül, hogy a fóliánál közbetét-fémet (bevonatot, ill. fóliát) vagy az áramvezetőknél előüvegezést kelljen alkalmazni.

A hagyományos — vonalszerű — pontvarratok kedvezőtlen terhelhetőségi tulajdonsága miatt a varratgeometria megváltoztatása indokolt, mivel az ilyen varratalaknál a magas olvadáspontú Mo és W fémek megömlesztéséhez szükséges nagy hőbevitel hegesztésekor a hőhatásövezet újrakristályosodását okozza.

Ha nagy kiterjedésű varratot készítünk, a vékony fólia teljes keresztmetszetében újrakristályosodik és további megmunkálásnál a szemcsehatáron repedések lépnek fel, ami lehetetlenné tesz minden további felhasználást.

A statikus és dinamikus terhelés szempontjából egyaránt kedvező varratforma meghatározása az igénybevétel hatására fellépő feszültségek vizsgálata alapján történhet; mivel a Mo fóliára megengedhető húzó- és nyíró-feszültségek aránya megegyezik a rugalmassági modulusok arányával, és nyírás-szakításra való igénybevétel esetén közel háromszoros lehet a terhelhetőség, mint tiszta nyírás esetén (rugalmassági modulusok értéke molibdénre: E = 3,4 · 10⁵ N/mm^: és G = 1,28 · 10⁵ N/mirf). Ez azt jelenti, hogy a varrat hosszirányú méretének növelése elsősorban az újrakristályosodás veszélyét fokozza a hegesztéshez szükséges nagy hőbevitel-igény miatt, miközben alig változik a kötés statikus terhelhetősége, és jelentősen romlik dinamikus terhelhetősége a gátolt alakváltozás következtében.

Technológiai kísérletekkel és szakítóvizsgálatokkal sokoldalúan bizonyítható a fenti megfontolás, melynek alapján az áramvezetők hegesztésénél szükséges varrat keresztmetszet biztosítására a kétpontosán hegesztett kötés bevezetése látszik célszerűnek. Az ilyen kötés dinamikus és statikus terhelhetősége igen jó; a pontvarrat alakja ideális — közel kör keresztmetszetű — és kétszeres a nyírás-szakításra igénybevett varratszakaszok hossza, miáltal igen kedvező lesz az egységnyi varrathosszra megengedhető terhelés. A varratszilárdság közel azonos az alapanyagéval, mivel ily módon biztosítható az újrakristályosodás elkerülése.

A DE—2604696 sz. német szabadalmi bejelentés a fólia és áramvezetőbot kötésének kétpontos hegesztésére ad megoldást: a fóliát keresztirányban bemetszik és az így képződött résen fűzik át az árambevezetőt úgy, hogy egyrésze a fólia alatt, másik része a fólia fölött legyen, majd ellenállás hegesztéssel összehegesztik. így az egyik hegesztési pont az alsó, a másik a felső ellenálláshegesztő elektródánál keletkezik az árambevezető bot és a fólia között.

Az eljárás hátránya, hogy a bemetszéssel a fóliát gyengítik és a hegeszti pontok síkbeli eltérése pedig a kétpontos kötés terhelhetőségét csökkenti. További nehézséget jelent az árambevezető bot befűzése a fóliarésbe a tömeggyártás körülményei között, valamint az, hogy a varratpontok tökéletes szimmetriája nem biztosítható, mivel a távolságok pontos pozicionálása a fóliánál elég körülményes.

Jelen találmány célkitűzése a kétpontos hegesztés továbbfejlesztése, a kétpontos hegesztési eljárás fent említett hátrányainak kiküszöbölése. Kétpontos hegesztési eljárásunknál a fólia automatikus adagolása mellett, különlegesen kialakított ellenálláshegesztő elektródával hegesztjük a fóliát az áramvezető bot egyik oldalára.

Találmányunk összefoglalva eljárás magas olvadáspontú, bot-fólia-bot típusú, keményüvegbe vagy kvarcüvegbe lapított áramvezetők kétpontosán hegesztett kötéseinek előállítására ellenálláshegesztéssel, mely eljárást az jellemez, hogy a kétpontos kötést egyetlen műveletben, legalább az egyik oldalon csőelektróda felhasználásával állítjuk elő.

Találmányunkat az alábbiakban ábrákhoz kapcsolódva részletesen ismertetjük és megvalósítási példákkal támasztjuk alá. A leíráshoz csatolt ábrák a következők:

1. ábra: kvarcüvegbe lapított áramvezető szerelvény látszati képe.

2. ábra: a 2. ábra szerinti kétpontos áramvezető kötés megvalósítása a találmány szerinti eljárással.

Az 1. ábra egy nagynyomású kisülőlámpa kvarcla-2186219 pitásába foglalt áramvezető szerelvényt mutat, ahol az 1 árambevezetőt és a 3 kisülési elektródot az 5 hegesztési helyeken kötjük a 2 fólia két végére. A vákuumzáró kötést a 2 fólia 5 hegesztési helyei között levő szakaszán a 4 kvarcüveg lapítás biztosítja.

- A 2. ábrán az 1 árambevezető és 6 izzóspirál 7 kétpontos kötésekkel csatlakozik a 2 fóliához. A 7 kétpontos kötés nem növeli meg az 1 árambevezetőnek, ill. 6 izzóspirálnak a 2 fólián felfekvő részét, mivel a szükséges kötési keresztmetszet a varratalak kedvező geometriai viszonya (közel kör) következtében terhelhetőség és áramvezetés szempontjából egyaránt biztosítható. A 7 kétpontos kötést ugyanis egy műveletben készítjük és így nem jelentkezik mellékáramköri hatás, ami a ponttávolság csökkentését egyébként korlátozná.

A 3. ábra a 2. ábra szerinti kétpontos áramvezető kötéshez általunk kidolgozott ellenálláshegesztő elektródával történő kétpontos ellenálláshegesztési eljárást mutatja.

Az ellenálláshegesztés során a hőenergia az elektróda nyomóerő által meghatározott érintkezési ellenállásokon fejlődik, és mindkét hegesztési pontnál azonosnak kell lennie ahhoz, hogy azonos kötési szilárdságot érjünk el. Ez a 8 csőelektróda szimmetriájával biztosíható, és egyúttal megvalósítható a szilárdságilag kedvező — közel köralakú — varratalak is. Ha a 8 csőelektróda, ill. a 10 hegesztőelektróda jó utánállási tulajdonságát biztosítjuk, akkor azonos kiterjedésű, egyformán jó minőségű kötéseket kapunk.

Ahhoz, hogy az 1 árambevezetőt a 2 fóliával az ellenálláshegesztéskor két különálló pontban hegeszthessük, a 8 csőelektróda furatméretének nagyobbnak kell lenni az 5 hegesztési hely szélességi méreténél.

A kötési szilárdság közvetett módon történő észlelése ennél az áramvezető szerelvény konstrukciónál és az általunk javasolt kétpontos ellenálláshegesztési eljárásnál jól alkalmazható a hegesztési folyamat során a kétpontos köt és közötti fóliaszakasz felületi hőmérséklet sugárzásának detektálása. Az általánosan ismert infravörös sugárzásdetektor (fotótranzisztor) érintkezésmentes figyelőrendszert biztosít a varratlencse kialakulásának ellenőrzésére, melyet közvetve, a hegesztési hőzónában a fólia felületi hőmérséklet sugárzásával regisztrálunk.

A 8 csőelektróda furatába beépített 9 fotódetektor érzékeli a fólia felületi hőmérséklet sugárzását, és kísérletileg megállapított jelamplitúdó szint komparálásával a hibás kötések kiszűrhetők. Ezzel az ellenállás ponthegesztés körülményei között a varrat minőségét befolyásoló számos változó hatásának véletlenszerűségét kiküszöbölhetjük, és biztosítani tudjuk, hogy csak megbízható minőségű áramvezető szerelvények kerülhessenek további felhasználásra.

A leírásban részletezett kétpontos ellenálláshegesztési eljárás alkalmazására néhány gyakorlati példát kívánunk bemutatni.

1. példa

Nagynyomású kisülőlámpa 0,6 mm átmérőjű 1 árambevezetőjét a 22 pm vastagságú 2 fóliához D = 3 mm külsőátmérőjű és d_f = 1 mm furatátmérőjű szintereit W betéttel ellátott 8 csőelektróda párral hegesztettük. A hegesztési idő 1 periódus, szekunder feszültség 2V, váltakozóáram 50 Hz, elektróda erő 100 N volt. A hegesztési hőzónában újrakristályosodást nem tapasztaltunk, a szakítóvizsgálattal ellenőrzött kötéseknél azt tapasztaltuk, hogy a 7 kétpontos kötéseknél 40%-kal magasabb nyíró-szakítóerő értéket kaptunk, mint amit a hagyományos hegesztési módszer esetén szakításkor mértünk.

2. példa

Nagynyomású kisülőlámpa 1,2 mm átmérőjű 3 kisülési elektródját 25 pm vastagságú 2 fóliához D = 3 mm külsőátmérőjű és df = 1,5 mm furatátmérőjű színtereit W betéttel ellátott 8 csőelektródával és D = 3 mm átmérőjű 10 hegesztő elektródával hegesztettük. Megállapítottuk, hogy elegendő, ha csak a 2 fólia oldalán levő hegesztőelektróda-a 8 csőelektróda, míg az 1 árambevezetőn felfekvő 10 hegesztőelektróda egyszerű hengerköszörűit W csap.

' 3. példa

A 8 csőelektróda belsejében elhelyezett 9 hősugárzás-detektort (fotódióda, fotótranzisztor) felhasználtuk a 8 csőelektróda furattengelyébe eső fóliapont környezetében érzékelhető hősugárzás-intenzitás kijelzésére.

A fotódióda 100 °C fölötti hőmérsékletsugárzási hullámhosszakra érzékeny, és magasabb hőfoktartományokban meredeken emelkedő, hőmérsékleti sugárzással arányos fotóáramot ad. Általánosan ismertek különböző kapcsolási megoldások, melyek alkalmasak a fotóáram erősítése útján kapott jelek regisztrálására.

A hősugárzás detektálására OS 13 típusú fotótranzisztor fotóáramát használtuk és a hegesztés folyamán kapott jeleket TEKTRONIX 7000 sorozatú tároló-oszcilloszkóp ernyőjén rögzítettük. Ezzel a módszerrel regisztráltuk a hegesztési folyamat alatt megfigyelt fóliarészt hőmérsékleti sugárzásának időbeli lefutását. Tapasztalati úton meghatároztuk a megfelelő varratszilárdságú kötésekhez tartozó fotóáramjel nagyságát. Pl. az általunk használt mérési elrendezéssel a jóminőségű hegesztéskor mérhető fotóárammal arányos kimenőjel 2 V érték fölött volt. Ennek alapján megállapítottuk, hogy a fotóáram jelnagysága és a 7 kétpontos kötésén mérhető nyíró-szakítóerő között jó korreláció áll fenn.

Ha a minimális fotóáram értékét előírjuk, és erre alapozva selejtválogatást vezetünk be, az általunk kidolgozott kétpontos ellenállás hegesztési eljárás biztonságát fokozni lehet.

A fentiek alátámasztására kétszer 20 darabos mintát hegesztettünk, melyek közül a fotóáramjel 2-2 darabnál az előírt minimum alatt volt. Minden kötésen elvégeztük a szakítóvizsgálatot, majd megnéztük a kieső darabok nélkül is a nyíró-szakítóerő átlagát és szórását is. A viszonylag kis számú (2-2 db) kieső kötés kiszűrésével a szakítóerő átlag alig emelkedett (kb. 6%), viszont jelentősen javult a kötéseknél mért nyíró-szakítóerő szórás: a korrigált tapasztalati szórás

5,1 N-ról 2,56 N-ra, ill. 5,2 N-ról 2,54 N-ra csökkent.

-3186219 . A mérési eredmények alapján is megállapítható, hogy a jóminőségű hegesztéshez tartozó fotóáram jelnagyságának előírásán alapuló válogatás bevezetésével egyenletes, jómínőségű kötéseket lehet készíteni, kihasználva az áramvezetű szerelvények konstrukciója által kínált lehetőséget, az általunk kidolgozott kétpontos ellenállás hegesztési eljárással készített kétpontos kötésnél a 8 csőelektróda furattengelyébe eső fóliaszakasz felületi hőmérsékletének figyelésével kontrolláljuk a 7’kétpóntos kötés környezetében a hegesztési folyamat alatt létrejött felmelegedést ill. az esetleges fólia túlhevülést.

Claims (5)

1. Eljárás magas olvadáspontú, bot-fólia-bot típusú keményüvegbe vagy kvarcüvegbe lapított áramvezetők kétpontosán hegesztett kötéseinek előállítására ellenállás hegesztéssel, azzal jellemezve, hogy a kétpontos kötést (7) egyetlen műveletben, legalább az egyik oldalon csőelektródával (8) végezzük.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy az ellenállás hegesztéshez használt csőelektróda (8) furatmérete 0,5—1,5szöröse az árambevezető (1) ill. kisülési elektróda (3) vagy izzóspirál (6) átmérőjének.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a varratminőség közvetett ellenőrzésére a fólián (2) levő kétpontos kötések (7) környezetében a hegesztési folyamat alatt érzékelhető felületi hőmérsékletsugárzást használjuk fel, és ennek kijelzésére a csőelektróda (8) furatában elhelyezett fotódetektort (9) alkalmazunk.

4. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a fotódetektor (9) jelét vezérlőjelként használjuk a hibás hegesztések kiselejtezésére.

5. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatositási módja, azzal jellemezve, hogy a fotódetektor (9) jelzését a hegesztési folyamat szabályozására használjuk fel.