PL206568B1 - Elektroda do rezystancyjnego zgrzewania punktowego oraz sposób rezystancyjnego zgrzewania punktowego - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206568 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 362632 ^{(51) Int.Cl.}

B23K 11/30 (2006.01) B23K 11/10 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 06.10.2003

Elektroda do rezystancyjnego zgrzewania punktowego oraz sposób rezystancyjnego zgrzewania punktowego

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 18.04.2005 BUP 08/05	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT SPAWALNICTWA, Gliwice, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2010 WUP 08/10	(72) Twórca(y) wynalazku: BOGUSŁAW GRZESIK, Gliwice, PL ZYGMUNT MIKNO, Gliwice, PL

PL 206 568 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektroda do rezystancyjnego zgrzewania punktowego na zakładkę, o niejednorodnych parametrach przewodności elektrycznej i cieplnej oraz twardości, oraz sposób rezystancyjnego zgrzewania punktowego.

Do rezystancyjnego zgrzewania punktowego blach używa się zgrzewarki oporowej, której najistotniejszym elementem są elektrody. Elektrody dociskają do siebie łączone przedmioty i doprowadzają prąd do miejsca styku.

Znane elektrody zgrzewarki oporowej do punktowego zgrzewania, są z reguły jednoelementowymi elektrodami, czasami bywają wewnętrznie drążone w celu chłodzenia wodą pod ciśnieniem.

Znane elektrody do zgrzewania rezystancyjnego punktowego wykonane są z materiału o dużej przewodności elektrycznej i dużej przewodności cieplnej oraz o podwyższonej twardości. Warunki takie spełnia miedź lub jej niektóre stopy. Elektrody wykonane w całości z miedzi lub jej stopów mają jednorodny rozkład parametrów w całej objętości. Dla takich elektrod i danego materiału zgrzewanego ustala się parametry zgrzewania takie jak prąd zgrzewania, czas zgrzewania i siłę docisku.

Wadą zgrzewania przy użyciu takich elektrod jest konieczność zgrzewania małym prądem w dość dł ugim czasie z dużą temperaturą w kontakcie elektroda - materiał zgrzewany, z ryzykiem powstania wyprysków ciekłego metalu, z dość dużymi wgniotami po elektrodach, dużą strefą wpływu ciepła i dużą wysokością jądra zgrzeiny.

Z polskiego opisu patentowego nr 144038 znana jest elektroda zgrzewarki, która ma część prądową i część dociskową. Części te stanowią co najmniej dwa elementy, które połączone są ze sobą przesuwnie. Korzystnie elementy te osadzone są współosiowo jeden w drugim, przy czym część prądowa ma kształt tulei, w której otworze osadzona jest część dociskowa - w postaci pręta. Elementy składowe elektrody połączone są przesuwnie, szczególnie za pośrednictwem elementu sprężystego i ogranicznika, przy czym elementem sprężystym jest co najmniej jeden pierścień.

Znana jest także z polskiego opisu patentowego nr 141408 elektroda do zgrzewania oporowego w postaci walca lub krążka ze stopu miedzi. Dolna część elektrody wyposażona jest w miedziany pierścień, odizolowany od elektrody materiałem izolacyjnym. Pierścień obejmuje swą powierzchnią strefę wpływu ciepła zgrzeiny. Powierzchnia pierścienia leży w jednej płaszczyźnie z powierzchnią roboczą elektrody. Pierścień odprowadza ciepło ze strefy wpływu ciepła zgrzeiny oraz nie dopuszcza do tej strefy gazów atmosferycznych.

Drążony pierścień jest trudny do wykonania. Jego powierzchnia docisku jest bardzo duża w stosunku do powierzchni czynnej elektrody i wymaga duż ej sił y docisku. Ponadto pierś cień wykonany jest ze stopu miedzi w związku z czym wymaga zastosowania dodatkowej izolacji pomiędzy obydwoma częściami elektrody.

Znane i najczęściej stosowane zgrzewanie punktowe blach i cienkich elementów, na przykład dwóch blach o grubości 1,5 mm, ze stali niskowęglowej, prowadzi się w ten sposób, że łączone elementy zaciska się między elektrodami aby uzyskać dokładny styk w miejscu gdzie ma powstać zgrzeina punktowa. Następnie włącza się prąd o natężeniu około 10 kA i czasie przepływu 200 - 240 ms, typowych dla „twardego zgrzewania określonych w wytycznych pt. „Wytyczne doboru właściwej technologii zgrzewania punktowego, garbowego i liniowego blach w oparciu o własności fizyczne metali, Instytut Spawalnictwa, Gliwice 1990. W wyniku przepływu prądu zgrzewania elementy zgrzewane nagrzewają się do temperatury topnienia i tworzy się jądro zgrzeiny, otoczone warstwą metalu plastycznego, której średnica zewnętrzna jest równa w przybliżeniu zewnętrznej średnicy elektrody. Po wyłączeniu prądu nadal utrzymuje się nacisk przez określony czas, aby uzyskać określoną wysoką jakość zgrzeiny.

Wadą takiego sposobu zgrzewania jest stosunkowo długi czas zgrzewania i co się z tym wiąże, nadmierne zużycie energii elektrycznej potrzebnej do uzyskania złączy o określonych wymiarach, co ponadto powoduje nadmierne nagrzewanie miejsc styku elementów zgrzewanych z elektrodami.

W przypadku zgrzewania tym sposobem elementów z powł okami ochronnymi istnieje niebezpieczeństwo ich stopienia i przyklejenia do części roboczej elektrod, dlatego do zgrzewania blach metalizowanych stosuje się inne sposoby.

Przykładowo z opisu wynalazku znanego z polskiego zgłoszenia nr P 325927, znany jest sposób oporowego zgrzewania punktowego na zakładkę blach metalizowanych polegający na tym, że w począ tkowej fazie cyklu zgrzewania blachy nagrzewa się oporowo i wyciska ze styku centralnego blach stopione powłoki metalizacji, przy stosowaniu siły docisku elektrod zwiększonej o co najmniej 50% w stosunku do siły docisku zgrzewania lub zwiększonej co najmniej do wartości określonej w kN PL 206 568 B1 wynoszącej 4 s, gdzie (s) - grubość blachy, a przy blachach o różnej grubości, grubość blachy cieńszej określonej w milimetrach. W następnej fazie ochładza się je elektrodami znacznie poniżej temperatury topnienia powłok a w końcowej fazie blachy te zgrzewa się tworząc jądro zgrzeiny punktowej, stosując parametry zgrzewania zbliżone do typowych parametrów „twardych stosowanych przy zgrzewaniu blach niemetalizowanych.

Wady znanych elektrod i sposobów rezystancyjnego zgrzewania punktowego eliminuje elektroda według wynalazku i sposób według wynalazku.

Elektroda według wynalazku składa się z części centralnej i części zewnętrznej, usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą trwale lub rozłącznie. Część centralna elektrody zakończona jest kolistą czołową powierzchnią czynną i wykonana jest z materiału o wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej oraz niskiej twardości, korzystnie z miedzi lub ze stopu miedzi.

Na końcówkę części centralnej nasadzona jest dociskowa część zewnętrzna w postaci pierścienia o jednorodnej lub niejednorodnej strukturze. Pierścień części zewnętrznej tworzy dodatkową powierzchnię nacisku elektrody na zgrzewane elementy, a wykonany jest z materiałów o niższej przewodności elektrycznej i cieplnej oraz wyższej twardości niż materiał części centralnej, przy czym przewodność elektryczna i cieplna całej elektrody maleją a twardość rośnie, wzdłuż promienia w kierunku od osi elektrody do jej powierzchni zewnętrznej.

Korzystnym jest, aby cała część zewnętrzna elektrody była wykonana z materiału izolacyjnego lub aby powierzchnia nacisku części zewnętrznej elektrody na zgrzewane elementy, korzystnie była pokryta materiałem izolacyjnym.

Tak więc cała dwuczęściowa elektroda do zgrzewania rezystancyjnego punktowego charakteryzuje się przewodnością elektryczną i przewodnością cieplną oraz twardością, niejednorodnie rozłożonymi wzdłuż promienia w kierunku od osi elektrody do jej powierzchni zewnętrznej. Rozkład wymienionych parametrów jest taki, że zewnętrzna część elektrody ma niską przewodność elektryczną i cieplną oraz zwiększoną twardość. Po podłączeniu prą du do elektrody według wynalazku, gęstość prądu jest większa w centralnej części elektrody niż w części zewnętrznej, dzięki czemu pod częścią zewnętrzną elektrody jest zmniejszona intensywność nagrzewania materiału zgrzewanego, co pozwala stosować sposób zgrzewania według wynalazku.

Wyższa twardość części zewnętrznej elektrody od części centralnej zwiększa powierzchnię przylegania zgrzewanych elementów oraz zapobiega deformacji i zużywaniu się części centralnej elektrody.

Sposób według wynalazku polega na tym, że łączone elementy dociska się wstępnie, po czym nadal dociskając do siebie te elementy zgrzewa się je przepływającym prądem.

Istota wynalazku polega na tym, że elementy zgrzewa się przy zastosowaniu elektrody według wynalazku z dociskową częścią zewnętrzną, prądem o wartości większej i w krótszym czasie w stosunku do typowych parametrów „twardego zgrzewania, tworząc jądro zgrzeiny, które na powierzchni styku zgrzewanych elementów ma średnicę równą średnicy czołowej powierzchni centralnej czynnej części elektrody zgrzewającej. Jednocześnie, zgrzewając prądem o wartości większej i w krótszym czasie w stosunku do typowych parametrów „twardego zgrzewania, wzdłuż powierzchni styku elementów zgrzewanych, rozszerza się strefę zgrzewania elementów oraz strefę docisku elementów.

Korzyści jakie niesie zastosowanie nowej konstrukcji elektrody do rezystancyjnego zgrzewania punktowego oraz nowego sposobu rezystancyjnego zgrzewania punktowego, to w stosunku do znanych sposobów i znanych elektrod, możliwość zgrzewania większym prądem, w krótszym czasie, bez ryzyka powstawania wyprysków ciekłego metalu z jądra zgrzeiny, z mniejszymi wgniotami po elektrodach, mniejszą strefą wpływu ciepła, mniejszą wysokością jądra zgrzeiny a co za tym idzie, mniejszą temperaturą w kontakcie elektroda - materiał zgrzewany i mniejszym zużyciem energii elektrycznej.

Przedmiot wynalazku przedstawiono dokładniej w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny końcówki elektrody z częścią zewnętrzną w postaci pierścienia, połączoną trwale z częścią centralną elektrody, fig. 2, fig. 3 i fig. 4 przedstawiają przekroje podłużne końcówki elektrody z częścią zewnętrzną elektrody w postaci pierścienia o różnym przekroju poprzecznym, połączonego rozłącznie z częścią centralną elektrody, fig. 4 i fig. 5 przedstawiają przekrój podłużny końcówki elektrody, której, powierzchnia jest pokryta materiałem izolacyjnym, przy czym fig. 5 przedstawia przekrój podłużny końcówki elektrody z częścią zewnętrzną, wykonaną z niejednorodnego wewnętrznie materiału, połączonej trwale z częścią centralną elektrody.

P r z y k ł a d 1

Elektroda (1) jak na fig. 1, składa się z części centralnej (2) oraz z części zewnętrznej (3), usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą trwale. Część centralna (2) zakoń4

PL 206 568 B1 czona jest kolistą czołową powierzchnią czynną (4) o średnicy 6 mm, a wykonana jest ze stopu miedzi. Na końcówkę części centralnej (2) nasadzona jest trwale dociskowa część zewnętrzna (3) w postaci pierścienia o poprzecznym przekroju prostokątnym, o średnicach: wewnętrznej 6 mm i zewnętrznej 10 mm, której powierzchnia docisku (5) w postaci pierścienia wynosi 50 mm², a wykonana jest ze stali.

Dwie blachy o grubości 1,5 mm każda, wykonane ze stali niskowęglowej, umieszcza się pomiędzy dwoma elektrodami (1) o wspólnych osiach. Następnie z siłą docisku Pe wynoszącą 500 daN, przyłożoną do części centralnej (2) elektrody (1), dociska się blachy do siebie, po czym zgrzewa się je prądem o natężeniu 16 kA w czasie 100 ms. Jądro zgrzeiny na powierzchni styku łączonych blach posiada średnicę 6 mm, jednocześnie wzdłuż powierzchni styku blach tworzy się strefa zgrzewania oraz strefa docisku blach o średnicy 10 mm.

P r z y k ł a d 2

Elektroda (1) jak na fig. 2, składa się z części centralnej (2) oraz z części zewnętrznej (3), usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą rozłącznie. Część centralna (2) zakończona jest kolistą czołową powierzchnią czynną (4) o średnicy 6 mm, a wykonana jest z miedzi. Na końcówkę części centralnej (2) nasadzona jest rozłącznie dociskowa część zewnętrzna (3) w postaci pierścienia o przekroju poprzecznym w kształcie litery „Z”, której powierzchnia docisku (5), w postaci pierścienia, wynosi 50 mm², a wykonana jest ze stali do ulepszania cieplnego w gatunku 45.

Dwie blachy o grubości 1,5 mm każda, wykonane ze stali niskowęglowej w gatunku 08X, umieszcza się pomiędzy dwoma elektrodami (1) o wspólnych osiach. Następnie z siłą docisku Pe wynoszącą 300 daN, przyłożoną do części centralnej (2) elektrody (1), oraz z siłą docisku Pp wynoszącą 200 daN, przyłożoną do części zewnętrznej (3), dociska się blachy do siebie, po czym zgrzewa się je prądem o natężeniu 16 kA w czasie 100 ms. Jądro zgrzeiny na powierzchni styku łączonych blach posiada średnicę 6 mm, jednocześnie wzdłuż powierzchni styku blach tworzy się strefa zgrzewania oraz strefa docisku blach o średnicy 10 mm.

P r z y k ł a d 3

Elektroda (1) jak na fig. 3, składa się z części centralnej (2) oraz z części zewnętrznej (3), usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą trwale. Część centralna (2) zakończona jest kolistą czołową powierzchnią czynną (4) o średnicy 6 mm a wykonana jest ze stopu miedzi. Na końcówkę części centralnej (2) nasadzona jest rozłącznie część zewnętrzna (3) w postaci pierścienia, wykonana ze stali, której powierzchnia czołowa (5) ma powierzchnię 50 mm², a pokryta jest powłoką ceramiczną (6) AI₂O₃ + NiO.

Dwie blachy o grubości 1,5 mm każda, wykonane ze stali niskowęglowej umieszcza się pomiędzy dwoma elektrodami (1) o wspólnych osiach. Następnie z siłą docisku Pe wynoszącą 500 daN przyłożoną do części centralnej (2) elektrody (1) oraz z siłą docisku Pp wynoszącą 150 daN przyłożoną do części zewnętrznej (3) elektrody (1), dociska się blachy do siebie, po czym zgrzewa się je prądem o natężeniu 16 kA w czasie 100 ms. Jądro zgrzeiny na powierzchni styku łączonych blach ma średnicę 6 mm, jednocześnie wzdłuż powierzchni styku blach tworzy się strefa zgrzewania oraz strefa docisku blach o średnicy 10 mm.

P r z y k ł a d 4

Elektroda (1) jak na fig. 5, składa się z części centralnej (2) oraz z części zewnętrznej (3), usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą trwale. Część centralna (2) zakończona jest kolistą czołową powierzchnią czynną (4) o średnicy 6 mm, a wykonana jest ze stopu miedzi. Na końcówkę części centralnej (2) nasadzona jest trwale dociskowa część zewnętrzna (3) w postaci pierścienia o poprzecznym przekroju prostokątnym, którego średnica wewnętrzna wynosi 6 mm a średnica zewnętrzna 10 mm. Powierzchnia docisku (5) części zewnętrznej, w postaci pierścienia o prostokątnej powierzchni przekroju, wynosi 50 mm². Część zewnętrzna (3) o niejednorodnej strukturze wykonana jest ze stali węglowej konstrukcyjnej wyższej jakości o symbolu 45, ulepszonej cieplnie tak, że od strony osi część zewnętrzna (3) ma wyższą przewodność elektryczną i cieplną oraz niższą twardość niż od strony powierzchni bocznej.

Dwie blachy o grubości 1,5 mm każda, wykonane ze stali niskowęglowej umieszcza się pomiędzy dwoma elektrodami (1) o wspólnych osiach. Następnie z siłą docisku Pe wynoszącą 500 daN, przyłożoną do części centralnej (2) elektrody (1), dociska się blachy do siebie, po czym zgrzewa się je prądem o natężeniu 16 kA w czasie 100 ms. Jądro zgrzeiny na powierzchni styku łączonych blach posiada średnicę 6 mm, jednocześnie wzdłuż powierzchni styku blach tworzy się strefa zgrzewania oraz strefa docisku blach o średnicy 10 mm.

PL 206 568 B1

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektroda do rezystancyjnego zgrzewania punktowego z końcówką wyposażoną w pierścień, zakończona kolistą czołową powierzchnią czynną, znamienna tym, że elektroda (1) składa się z części centralnej (2) i części zewnętrznej (3), usytuowanych względem siebie współosiowo i połączonych ze sobą trwale lub rozłącznie, przy czym część centralna (2), zakończona kolistą czołową powierzchnią czynną (4), wykonana jest z materiału o wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej oraz niskiej twardości, korzystnie z miedzi lub ze stopu miedzi, a na końcówkę części centralnej (2) nasadzona jest dociskowa część zewnętrzna (3), która ma postać pierścienia o jednorodnej lub niejednorodnej strukturze tworzącego dodatkową powierzchnię nacisku (5), wykonanego z materiałów o niższej przewodności elektrycznej i cieplnej oraz wyższej twardości niż materiał części centralnej (2), przy czym przewodność elektryczna i cieplna elektrody (1) maleje a twardość rośnie w kierunku od osi elektrody (1) do jej powierzchni zewnętrznej.
2. 2. Elektroda według zastrz. 2, znamienna tym, że część zewnętrzna (3) elektrody (1) korzystnie wykonana jest z materiału izolacyjnego.
3. 3. Elektroda według zastrz. 2, znamienna tym, że powierzchnia nacisku (5) części zewnętrznej (3) elektrody (1) korzystnie jest pokryta materiałem izolacyjnym.
4. 4. Sposób rezystancyjnego zgrzewania punktowego, w którym łączone elementy dociska się wstępnie, po czym nadal dociskając do siebie te elementy jednocześnie zgrzewa się je przepływającym prądem, znamienny tym, że elementy zgrzewa się przy zastosowaniu elektrody (1) z dociskową częścią zewnętrzną (3), prądem o wartości większej i w krótszym czasie w stosunku do typowych parametrów „twardego zgrzewania.