【０００１】
この発明は、形状記憶合金からなる構成要素と、必要に応じ被覆された鋼材又は銅材からなる構成要素との間に機械的及び電気的結合を作る方法に関する。
【０００２】
加熱されるとその形状を変化させ、加熱が終わると元の形状に再び復帰する形状記憶特性を備えた合金は種々公知である。例えば「材料科学と工学（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ）」、巻Ａ２０２、１９９５年、１４８〜１５６頁には、例えば２００℃に加熱されると数パーセント収縮する、種々の組成を持つＴｉＮｉ及びＴｉＮｉＣｕ合金が開示されている。このような合金を使用した構成要素は、特に回路保護遮断器で使用される（例えば書籍「形状記憶合金の工学的側面（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙｓ）」、バターワース・ハイネマン出版社、ロンドン（英国）、１９９０年版、３３０〜３３７頁を参照）。このような回路保護遮断器では、この種形状記憶合金からなる構成要素を鋼材又は銅メッキした鋼材からなる構成要素又は銅の帯板と接続し、しかも同時に遷移抵抗を小さくして良好な電流容量を維持しながら高度の機械的強度を確保するという課題が生ずる。しかしながら、このような接続は通常行われている溶接技術では直ちには実現できないことが判っている。このような接続を備えた公知の装置は、それ故、手間のかかるボルト結合、締め付け或いは圧潰（例えば所謂「クリンピング」）を行っている。
【０００３】
この発明の課題は、それ故、このような構成要素間の機械的及び電気的に良好な結合を作る方法を提供することにある。
【０００４】
この課題は、この発明によれば、銅合金からなる電極を使用し、Ｉ２ｔ値が５０００Ａ２秒以上かつ加圧力が少なくとも３０ＭＰａにおいて電流強度を１０００Ａ以上に設定して点溶接を行うことにより解決される。圧接抵抗溶接の特別な方法としての点溶接は公知の方法で行う（例えば、Ｈ．Ｊ．ファーレンヴァルト著「溶接技術（Ｓｃｈｗｅｉｓｓｔｅｃｈｎｉｋ）」、Ｆ．フィーヴェーク＆ゾーン出版社、ブラウンシュヴァイク、１９９２年、７９〜８６頁参照）。
【０００５】
この発明は、その場合、前述のこれらパラメータを組み合わせかつ特別な電極を使用して初めて上述の材料からなる構成要素間の点溶接が可能であるという認識に基づく。この場合に初めて、要求されるような要件が満たされる。上述の電極合金ではベースの合金が問題なので、これは、この合金が通常の不純物元素を各々最大で１重量％の範囲で含む２成分だけであるか、或いはこの合金に１０原子％以下の比較的僅少な割合で他の元素を加えて合金化可能であることを意味する。従ってこの発明による利点は、第一に機械的に高強度の結合が上述の構成要素間に作られ、この結合がまた電気的に良導電性の結合における要件をも満たすことにある。形状記憶合金部材と結合される、鋼材又は銅材からなる構成要素は、一般に、その場合熱伝導の理由や、例えば巻線性のような加工技術の故に比較的薄く、即ち結合範囲での最大厚さが特に精々２ｍｍであることが望まれる。
【０００６】
ここで、前述のパラメータは各々単に下限を表わすに過ぎない。そこで、電流強度を２０００Ａ以上に設定するのが好ましい。何となれば、電流強度が大きくなるにつれ、結合特性が一層改善されるからである。
【０００７】
このことは、特にＩ２ｔ値を８０００Ａ２秒以上に設定した際にも当て嵌まる。
【０００８】
加圧力も結合の質に関係するので、加圧力は少なくとも４０ＭＰａ、好ましくは少なくとも８０ＭＰａに設定するとよい。
【０００９】
以下のパラメータの組み合わせで行うのが特に有利である。
電流強度： 約２０００Ａ
Ｉ２ｔ値： 約１００００Ａ２秒
加圧力： 約１５０ＭＰａ
上記の３つのパラメータの各々は、その場合、前記値から±１０％偏倚しても結合特性の著しい悪化は生じない。
【００１０】
銅合金からなり、使用可能な電極材料は、ＤＩＮ ＩＳＯ ５１８２から採用できる。このために好適な電極形状は、ＤＩＮ ＩＳＯ ５１８２から公知である。電極材料として、主成分（５０原子％以上）としての銅の他に、Ｘ成分として、元素Ａｇ、Ｂｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒの少なくとも１つを含むＣｕＸ合金を使用すると特に好ましい。特にＣｕｘＣｏｙＢｅｚ型のＣｕＣｏＢｅ合金で、５０≦ｘ≦９９．８、０．１≦ｙ≦２０、０．１≦ｚ≦２０（各々原子％）としたものを用いる。なおその場合、各々１原子％以下の微量の不純物元素を含めてｘ＋ｙ＋ｚ≒１００（原子％）とする。これらの使用される電極材料により良好な導電性、高い機械的強度並びに溶接される材料との特別の相性が確保される。
【００１１】
このような電極材料を用い、前記のＮｉＴｉ又はＮｉＴｉＣｕ形状記憶合金からなる部材を、銅メッキした鋼板に特に良好に溶接できる。同様に電気的に良好で、機械的に強固な結合は、特に形状記憶合金からなる開閉要素を備えた回路保護遮断器においても必要である（先述の文献「形状記憶合金の工学的側面」を参照）。同様な結合の問題は、形状記憶合金からなる部分を鋼板又は銅や銅合金からなる撚り線に互いに結合しようとするときにも生ずる。この場合も、この発明による方法は特に有効に使用できる。
【００１２】
勿論、本発明による方法で、他の公知の形状記憶合金からなる構成要素と鋼板又は鋼や銅からなる撚り線との点溶接も可能である。例えば、「インタメタリックス（Ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ）」、第３巻、１９９５年、３５〜４６頁及び「スクリプタ・メタルジカ・エ・マテリアリア（Ｓｃｒｉｐｔａ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡ ｅｔ ＭＡＴＥＲＩＡＬＩＡ）」第２７巻、１９９２年、１０９７〜１１０２頁に種々の好適なＴｉ５０Ｎｉ５０−ｘＰｄｘ形状記憶合金が記載されている。ＴｉＮｉ合金に代えて、他の形状記憶合金も使用可能なことは自明である。例えばＣｕＡｌ系形状記憶合金がその例である。同様なＣｕＺｎ２４Ａｌ１３合金が「メタルクンデ誌（Ｚ． Ｍｅｔａｌｌｋｄｅ．）」、第７９巻、１０号、１９８８年、６７８〜６８３頁に開示されている。「スクリプタ・マテリアリア（Ｓｃｒｉｐｔａ Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ）」、第３４巻、２号、１９６６年、２５５乃至２６０頁には他のＣｕＡｌＮｉ形状記憶合金が記載されている。上述の２元又は３元合金には、さらに例えばＨｆのような他の合金成分をそれ自体公知の方法で加えて合金化できることは自明である。
【００１３】
この発明による方法においては、通常の点溶接技術の装置が使用できる。このような装置は、例えば先述の文献「溶接技術」の抜粋が示している。[0001]
The present invention relates to a method for making a mechanical and electrical connection between a component made of a shape memory alloy and a component made of steel or copper coated as required.
[0002]
Various alloys are known which have a shape memory characteristic that changes its shape when heated and returns to its original shape after heating. For example, in Materials Science and Engineering, Volume A202, 1995, pp. 148-156, for example, TiNi and TiNiCu alloys of various compositions that shrink by several percent when heated to 200 ° C. It has been disclosed. Components using such alloys are used in particular in circuit protection circuit breakers (for example the book "Engineering Aspects of Shape Memory Alloys", Butterworth Heineman Publishing Company, London, UK ), 1990 edition, pages 330-337). In such a circuit protection circuit breaker, a component made of this kind of shape memory alloy is connected to a component made of steel or copper-plated steel or a copper strip, and at the same time, the transition resistance is reduced to obtain a good current capacity. However, there arises a problem that a high mechanical strength is secured while maintaining the mechanical strength. However, it has been found that such a connection cannot be realized immediately with conventional welding techniques. Known devices with such a connection therefore perform expensive bolting, tightening or crushing (eg so-called "crimping").
[0003]
The object of the invention is therefore to provide a method for making a good mechanical and electrical connection between such components.
[0004]
According to the present invention, the present invention provides an electrode made of a copper alloy, performing spot welding by setting the current intensity to 1000 A or more when the I 2 t value is 5000 A for 2 seconds or more and the pressing force is at least 30 MPa. Will be resolved. Spot welding as a special method of crimp resistance welding is carried out in a known manner (for example, HJ Fahrenwald, “Schweisstechnik”, F. Föweg & Zon Publishing, Braunschweig, 1992; See pages 79-86).
[0005]
The invention is based on the recognition that a spot welding between components made of the above-mentioned materials is then possible only by combining these parameters mentioned above and using special electrodes. Only then can the required requirements be fulfilled. Since the base alloy is a problem in the electrode alloys described above, this may be due to the fact that this alloy is only two components, each containing up to 1% by weight of a typical impurity element, or less than 10 at. It means that alloying is possible by adding other elements in a very small proportion. The advantage of the present invention is therefore that, first of all, a mechanically strong connection is made between the components described above, which also fulfills the requirements for an electrically conductive connection. The components made of steel or copper which are joined to the shape memory alloy component are generally relatively thin, i.e. because of heat conduction and processing techniques such as, for example, winding properties, i.e. the maximum thickness in the joining range. It is particularly desired that the thickness be at most 2 mm.
[0006]
Here, each of the above parameters merely represents a lower limit. Therefore, it is preferable to set the current intensity to 2000 A or more. This is because as the current intensity increases, the coupling characteristics are further improved.
[0007]
This is particularly true when the I 2 t value is set to 8000 A 2 seconds or more.
[0008]
Since the pressure is also related to the quality of the connection, the pressure should be set to at least 40 MPa, preferably at least 80 MPa.
[0009]
It is particularly advantageous to use a combination of the following parameters:
Current intensity: about 2000A
I 2 t value: about 10000 A 2 seconds Pressure: about 150 MPa
In this case, even if each of the above three parameters deviates from the above value by ± 10%, the coupling characteristics will not be significantly deteriorated.
[0010]
A usable electrode material made of a copper alloy can be adopted from DIN ISO 5182. Suitable electrode shapes for this are known from DIN ISO 5182. As an electrode material, in addition to copper as a main component (50 atomic% or more), as an X component, elements Ag, Be, Co, Cr, Cd, Fe, Hf, Mn, Mo, Nb, Pd, Pt, Ta, It is particularly preferable to use a CuX alloy containing at least one of Ti, V, W, Zn, and Zr. Especially in Cu x Co y Be z type CuCoBe alloys, used after a 50 ≦ x ≦ 99.8,0.1 ≦ y ≦ 20,0.1 ≦ z ≦ 20 ( each atomic%). Note that in this case, x + y + z ≒ 100 (at.%) Including a trace amount of impurity element of 1 at.% Or less. These used electrode materials ensure good conductivity, high mechanical strength and special compatibility with the material to be welded.
[0011]
Using such an electrode material, a member made of the above-mentioned NiTi or NiTiCu shape memory alloy can be particularly well welded to a copper-plated steel plate. Equally good electrical and mechanically strong connections are also necessary, in particular, in circuit protection circuit breakers with switching elements made of shape memory alloys (see the above mentioned document "Engineering aspects of shape memory alloys"). reference). Similar bonding problems also occur when trying to bond parts made of shape memory alloy to steel plates or stranded wires made of copper or copper alloy. In this case also, the method according to the invention can be used particularly effectively.
[0012]
Of course, with the method according to the invention, it is also possible to perform spot welding between components made of other known shape memory alloys and stranded wires made of steel or steel or copper. For example, "Intermetallics", Vol. 3, 1995, pp. 35-46 and "Scripta Metallurgica et Materialialia", Vol. 27, 1992, pp. 1097-1102. It has been described various preferred Ti 50 Ni 50-x Pd x shape memory alloy. Obviously, other shape memory alloys can be used in place of the TiNi alloy. For example, a CuAl-based shape memory alloy is an example. A similar CuZn 24 Al 13 alloy is disclosed in Z. Metalkde, Vol. 79, No. 10, 1988, pp. 678-683. Other CuAlNi shape memory alloys are described in "Scripta Materialia", Vol. 34, No. 2, 1966, pp. 255-260. Obviously, the above-mentioned binary or ternary alloys can be alloyed by further adding other alloying components such as Hf in a manner known per se.
[0013]
In the method according to the invention, conventional spot welding techniques can be used. Such an apparatus is shown, for example, in an excerpt of the above-mentioned document “welding technology”.