PL239171B1 - Sposób podwyższenia konduktywności w miedzianym, spawanym złączu kompensatora - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób podwyższenia konduktywności w miedzianym, spawanym złączu kompensatora.

Według obecnego stanu wiedzy miedź można spawać elektrodami otulonymi, procesem TIG, procesem MIG. Spawanie miedzi stanowi wciąż poważny problem techniczny i nie ma obecnie łatwej technologicznie metody spawania, która pozwalałaby łączyć konstrukcje spawane w prosty sposób. Największym utrudnieniem są niespawalnicze właściwości miedzi: wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysokie przewodnictwo cieplne. Największym zagrożeniem spawalniczym jest tlen, który już przy stężeniu 150 ppm w stopiwie tworzy niskotopliwą kruchą eutektykę CU-CU2O która powoduje pęknięcia złącza.

Ze stanu techniki znane jest spawanie elektrodami otulonymi według patentu 153863. Według rozwiązania elektrodami otulonymi spawano na zimno.

Składniki otulin skutecznie wiązały tlen w stopiwie do poziomu poniżej 150 ppm, co hamowało formowanie się niskotopliwej eutektyki CU-CU2O. Złącze wykonane tym procesem charakteryzuje się dobrymi własnościami plastycznymi i można je wykonywać bez podgrzewania wstępnego. Nie badano jednak nigdy własności eklektrycznych złączy wykonanych elektrodami otulonymi.

(http://delibra.bg.polsl.pl/ContenV31569/BCPS_35411_-_Otulina-elektrod-do_0000.pdf)

Inny sposób to proces TIG, który wymaga podgrzewania wstępnego do temperatury minimum 540°C ze względu na wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i wysokie przewodnictwo cieplne. Rolę składnika otulin spełniają topniki, ale mniej skutecznie, stąd też stosuje się podgrzewanie wstępne i topniki wiążące tlen. Podgrzewanie wstępne przekłada na się na rozrost ziaren, co obniża kondukty wność złącza. (źródło:https://www.ampcometal.com/documents/ampco_gas_tungsten_arc_weld_pl.pdf).

W publikacji „Simulation on temperature field of TIG welding of copper without preheating. Trans.nonferrous Met. Soc. China 16, 838-842, 2006, autorzy LEI Yu-cheng, YU Wen-xia, LI Cai-hui, CHenG Xiao-nong wykazują możliwość spawania metodą TIG bez podgrzewania wstępnego blach tylko o bardzo ograniczonej zawartości tlenu w stopiwie.

W innej publikacji (Tomasz Chmielewski, Dariusz Golański, Marek Węglowski w artykule (Spawanie grubych blach miedzianych metodą Mig-SpeedPuls bez podgrzewania wstępnego (30 V, 280 A), Przegląd Spawalnictwa, Warszawa, 1/2014, p 2-5) autorzy stwierdzają, że istnieje możliwość spawania blach miedzianych o bardzo ograniczonej zawartości tlenu w stopiwie bez podgrzewania wstępnego, ale proces ten charakteryzuje się dużym rozpryskiem. Lepsze efekty (mniejszy rozprysk) daje podgrzewanie wstępne do temperatury powyżej 600°C, która prowadzi do rozrostu ziaren, co obniża konduktywność złącza.

W dotychczas stosowanych procesach nie uzyskano w spoinie konduktywności zbliżonej do materiału rodzimego. Wady znanych procesów są następujące: złącze miało dobre własności mechaniczne, ale dużo gorsze własności elektryczne niż spawany materiał rodzimy (duże straty mocy podczas przewodzenia prądu o parametrach na poziomie 20 kV, 20 kA).

Spawanie procesem MIG powoduje duży odprysk spawalniczy, co stwarza zagrożenie pożarowe. Materiał rodzimy ma elektryczną przewodność właściwą równą 58,6 MS/m, podczas gdy spoina przy złączu spawanym procesem TIG i MIG ma znacznie niższą konduktywność na poziomie 47 MS/m, co skutkuje znaczną stratą mocy. W dotychczas stosowanych procesach nie uzyskano w spoinie kondukty wności zbliżonej do materiału rodzimego.

Celem wynalazku jest opracowanie metody, która doprowadzi do uzyskania wysokich właściwości elektrycznych spawanego złącza.

Istotą wynalazku jest sposób podwyższenia konduktywności w miedzianym, spawanym metodą TIG złączu kompensatora, charakteryzujący się tym, że bezpośrednio po ułożeniu ściegu spawalniczego, prowadzi się mikrostrugowe chłodzenie ciągłe, przy średnicy mikrostrugi 50-60 μm i ciśnieniu gazu 0,6 MPa. Jako gaz chłodzący stosuje się argon lub hel.

Odległość przystawki mikrostrugowej od głowicy spawalniczej TIG wynosi korzystnie 20 mm. Wysokość mikrostrugi nad spoiną wynosi korzystnie 25 mm.

Sposób według wynalazku, w którym wprowadza się dodatkowo schładzania spoiny cienką mikro-strugą argonu lub helu do obu etapów procesu spawalniczego bezpośrednio po ułożeniu ściegu spawalniczego pozwala na rozdrobnienie ziarna w obszarze struktury spoiny, które przekłada się na lepszą konduktywność elektryczną na poziomie co najmniej 50 MS/m.

Wynalazek przedstawiono w przykładzie realizacji.

PL 239 171 B1

Pęk miedzianych blach kompensatora szynoprzewodów od 10 do 30 sztuk blaszek o grubości pojedynczej blaszki a, wynoszącej od 300 μίν do 500 μίν łączy się na obu końcach w zwarty blok o budowie kanapkowej. Stosunek grubości okładzin do pojedynczej blaszki wynosi 3:1, długość okładziny wynosi 16 mm, szerokość okładziny jest równa szerokości blaszek. Tak zwarty blok spawa się doczołowo na jednym końcu procesem TIG z chłodzeniem mikrostrugowym za pomocą przystawki inżektorowej, przy średnicy pojedynczej mikrostrugi 60 μm i ciśnieniu gazu 0,6 MPa. Analogicznie spawa się drugi koniec pęku blach, po czym chłodzi się mikrostrugowo przy tych samych wcześniej wymienionych parametrach. W ten sposób powstaje pierwsza część kompensatora zwana dalej blokiem (1 etap formowania kompensatora). Nowo utworzony blok kompensatora należy przyspawać za pomocą procesu TIG przy parametrach: napięcie łuku 15V, natężenie prądu 300A do drugiego przyłączeniowego elementu kompensatora, zwanego chorągiewką. Chorągiewka to element wykonany z tego samego materiału rodzimego co blaszki, o grubości równej sumie ilości wszystkich łączonych w procesie blaszek ± 3 sztuki, służący do przyłączenia kompensatora do konstrukcji szynoprzewodu. Przyspawanie chorągiewki do bloku należy również wykonać procesem TIG o parametrach napięcia luku 15V, natężeniu prądu 300A i bezpośrednio po ułożeniu ściegu spawalniczego, wprowadza się chłodzenie mikrostrugowe, ciągłe, za pomocą przystawki inżektorowej, przy średnicy pojedynczej mikrostrugi 60 μm i ciśnieniu gazu - argonu 0,6 MPa. Wysokość mikro-strugi nad spoiną wyniosła 25 mm.

Przed przyspawaniem chorągiewki do złączonego pęku blach elementy przyłączeniowe są ukosowane na X (drugi etap formowania kompensatora). Dotychczas wszystkie spoiny w kompensatorze były wykonane procesem TIG z podawanym prętem miedzianym pokrytym topnikiem. Temperatura podgrzewania wstępnego, która można uzyskać np. podgrzewając materiał palnikiem przed spawaniem wszystkich elementów kompensatora zarówno bloku kanapkowego jak i chorągiewki wynosi 700°C, co prowadzi do rozrostu ziaren, co przekłada się na obniżenie konduktywności złącza a czas suszenia topnika na pręcie miedzianym wynosi 1 h.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób podwyższenia konduktywności w miedzianym, spawanym metodą TIG złączu kompensatora, znamienny tym, że bezpośrednio po ułożeniu ściegu spawalniczego, prowadzi się mikrostrugowe chłodzenie ciągłe, przy średnicy mikrostrugi 50-60 μm i ciśnieniu gazu 0,6 MPa.
2. 2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że jako gaz chłodzący stosuje się argon lub hel.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że odległość przystawki mikrostrugowej od głowicy spawalniczej TIG wynosi korzystnie 20 mm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że wysokość mikrostrugi nad spoiną wynosi korzystnie 25 mm.