RU156425U1 - Сварочный узел - Google Patents

Abstract

Сварочный узел, преимущественно, автомобиля содержит в своем составе цельный или составной фасонный носитель, сформированный из железосодержащего материала, и, по меньшей мере, один приварной болт, закрепленный на носителе посредством контактной рельефной сварки. Приварной болт выполнен снабженным превентивно нанесенным покрытием, преимущественно, из оксида алюминия, расположенным на поверхности его стержня. Полезная модель обеспечивает создание сварочных узлов, обладающих пониженной себестоимостью и повышенными эксплуатационной надежностью, экологичностью изготовления, а также несколько более высокой экологичностью утилизации. 1 н.п.ф.

Description

Полезная модель относится, преимущественно, к транспортным средствам, в частности, к автомобилям, содержащим в своем составе сварочный узел, образованный, по меньшей мере, одной цельной или составной фасонной деталью, сформированной из железосодержащего материала, далее носитель, и, по меньшей мере, одним приварным болтом, закрепленным на носителе посредством контактной сварки.

Из патента на полезную модель RU 64155, 6 МПК B60R 11/00, публ. 27.06.2007, известен сварочный узел, включающий в себя носитель, являющий собой деталь кузова автомобиля, и приварной болт, который содержит стержень и головку. Где, головка приварного болта выполнена приваренной к носителю посредством контактной сварки.

Из патентов на изобретение RU 2104202, 6 МПК B62D 25/08, публ. 10.02.1998, RU 48896, 7 МПК B60R 16/00, публ. 10.11.2005 известен сварочный узел, включающий в себя носитель, являющий собой деталь кузова автомобиля, и группу приварных болтов, каждый из которых содержит стержень и головку. Где, головка любого из приварных болтов выполнена закрепленной на носителе посредством контактной сварки.

Из патента на изобретение RU 2105682, 6 МПК B60R 16/04, Н01М 2/10, публ. 27.02.1998, известен сварочный узел, включающий в себя носитель, являющий собой неподвижно соединенную с кузовом автомобиля площадку аккумуляторной батареи, снабженную резьбовыми элементами, часть из которых выполнена в виде приварных болтов, каждый из которых содержит стержень и головку. Где, головка любого из приварных болтов выполнена закрепленной на носителе посредством контактной сварки.

При этом, из книги П.И. Орлова «Основы конструирования. Справочно-методическое пособие», М. Машиностроение, 1988 г., книга 2, стр. 22…23 известен болт для контактной сварки, содержащий стержень и головку, головка которого снабжена рельефом (рельефами), выполненным(и) на расположенной со стороны стержня поверхности головки болта; из патента на изобретение RU 2403134, 6 МПК В23К 11/14, публ. 20.11.2009, известен болт для контактной сварки, содержащий стержень и головку, головка которого снабжена рельефом, выполненным на оппозитной к стержню поверхности головки болта.

Из патента на изобретение RU 2352441, 6 МПК В23К 11/14, публ. 20.04.2009, известны сварочный узел транспортного средства, включающий в себя носитель, выполненный в виде пластины, стержень, соединенный с носителем посредством контактной сварки, расположенный ортогонально к поверхности носителя, а также электрод контактной сварочной машины снабжений открытым со стороны носителя каналом, диаметр и глубина которого больше, соответственно, диаметра и величины выступания. относительно поверхности носителя, привариваемого к носителю стержня. Из патента на изобретение SU 1504037, 4 МПК В23К 11/14, публ. 30.08.1989, известны сварочный узел транспортного средства, включающий в себя носитель, выполненный в виде пластины, стержень, закрепленный на носителе посредством контактной сварки и расположенный ортогонально к поверхности носителя, а также электрод контактной сварочной машины снабженый открытым со стороны носителя каналом, диаметр и глубина которого больше, соответственно, диаметра и величины выступания, относительно поверхности носителя, привариваемого к носителю стержня. При этом, электрод контактной сварочной машины по изобретению SU 1504037 снабжен выполненным из упругого диэлектрического материала упором, расположенным в удаленном от носителя конце упомянутого канала.

Очевидно, что обеспечение гарантированного зазора между радиальными стенками канала электрода и радиальной поверхностью привариваемого стержня требует точного позиционирования электрода относительно привариваемого стержня, что увеличивает себестоимость изготовления сварочного узла. Требование данного абзаца является желательным, но менее критично, в отношении позиционирования электрода и стержня приварного болта головка и рельеф которого выполнены по образу головки и рельефа болта по патенту RU 2403134.

Из интернет ресурса http://k-svarka.com/content/konstruktsiia-eliektrodov-dlia-mashin-riel-iefhoi-svarki-truba-mietallichieskaia, информации взята 27.08.2014, известен электрод для контактной сварки носителя и приварного болта, который содержит головку с рельефами и стержень, снабженый открытым со стороны носителя каналом, диаметр и глубина которого больше, соответственно, диаметра и величины выступания, относительно поверхности носителя, стержня привариваемого к носителю приварного болта. При этом, электрод снабжен цилиндрической втулкой, выполненной из электроизоляционного и теплостойкого материала, установленной в канале электрода. Применение электроизоляционной втулки облегчает позиционирование электрода контактной машины относительно радиальной поверхности стержня приварного болта, но увеличивает себестоимость изготовления электрода, требует периодической замены упомянутой втулки, что обусловлено снижением, вследствие износа, подгара и загрязнения, ее электроизоляционных качеств. Указанные недостатки увеличивают себестоимость изготовления сварочного узла.

Из статьи А.В. Письменного, И.В. Пентегова и др. «Устройства для ударной обработки сварного шва в процессе контактной точечной сварки», размещенной в журнале «Автоматическая сварка», №1/693 январь 2011, стр. 52…55 известно применение проковки металла в процессе его соединения, интенсифицирующей процессы взаимной диффузии через поверхность соприкосновения, ускоряющей миграционную способность атомов металла в областях повышенного уровня механических напряжений, способствующей измельчению крупных поликристаллических зерен металла и формированию более однородной мелкокристаллической структуры, сходной со строением основного металла; снижающей концентрации напряжений в сварном соединении, повышающей сопротивляемость сварного соединения к образованию трещин, тем самым, увеличивающей коррозионную стойкость и циклическую долговечность сварного соединения до уровня основного металла. Однако, применение данного метода требует пониженной инерционности и повышенной жесткости системы: свариваемый комплект деталей, электрод контактной сварочной машины, устройство перемещения сварочного электрода. Контекстуально к процессам контактной приварки болтов, указанное затрудняет применение электродов с электроизоляционной втулкой, известных из информации, размещенной на ресурсе http://k-svarka.com/content/konstruktsiia-eliektrodov-dlia-mashin-riel-iefhoi-svarki-truba-mietallichieskaia, а также электродов с чрезмерно большим, относительно диаметра стержня приварного болта, диаметром канала, см. патенты RU 2352441 и SU 1504037.

В книге В.И. Анурьева «Справочник конструктора - машиностроителя», М. Машиностроение, 1982 г., том 2 стр. 705…710 показаны группы условий эксплуатации покрытий, общие требования к выбору покрытий, а также основные виды защитных и защитно-декоративных покрытий для различных условий эксплуатации. Для изделий из стали рекомендуемыми и наиболе часто используемыми в автомобилестроении являются цинковые покрытия.

При этом, известно, что при очень медленном высыхании осевшей влаги в условиях воздействия атмосферного воздуха (характерно для случаев эпизодического использования автомобилей в сырые или холодные периоды года при хранении в плохо вентилируемых помещениях) на цинковых, не подвергшихся дополнительной обработке, покрытиях может образовываться значительный слой белого налета, так называемая белая ржавчина, которая снижает долговечность защитного покрытия, ухудшает внешний вид и эксплуатационные характеристики изделий; в атмосфере приморских и промышленных районов цинковые покрытия также недостаточно стойки, а при температурах от 55 до 100°C и высокой влажности быстро деградируют. Кроме того, из книги «Справочное руководство по гальванотехнике», под ред. В.И. Лайнера, М., «Металлургия», 1972 г., часть 1, стр. 247…250 известно, что нанесение цинковых покрытий может понижать механические характеристики (предел прочности на усталость, предел прочности на изгиб) стальных изделий. Дополнительно к упомянутым недостаткам цинковых покрытий необходимо добавить высокую токсичность соединений цинка, в том числе и некоторых продуктов коррозии покрытия.

Из статьи В.Ф. Лапина «Новые тенденции в окрасочном производстве легковых автомобилей», см. журнал "Автомобильная промышленность", 2004 год. №5, стр 34, известно, что в последнее время основная роль антикоррозионной защиты в легковом автомобилестроениии отводится первичной грунтовке, наносимой методом электроосаждения (анофорез, катафорез). При этом, катафорезные грунтовки обладают меньшей, по сравнению с анафорезными грунтовками, токсичностью (но все же токсичны), а также более низкой адгезией к защищаемому материалу и неудовлетворительной стойкостью к удару.

Из патента на изобретение RU 2241076, 7 МПК C25D 11/02, публ. 27.11.2004, известно, что покрытия из оксида алюминия могут обладать высокой механической прочностью сцепления со стальной основой изделия.

Из патента на изобретение RU 2360043, 6 МПК C25D 11/34, публ. 27.06.2009 известно, что покрытия из оксида алюминия обладают высокой механической прочностью сцепления со стальной основой изделия, достаточно высокой коррозионной стойкостью, высокой износостойкостью и небольшим коэффициентом трения. При этом, оксидалюминиевые пленки могут быть получены, в том числе, с помощью гальванических процессов, протекающих при низком напряжении и невысокой плотности электрического тока, а также при использовании не токсичных электролитов.

Из статьи М.М. Филяк, О.Н. Каныгиной «Электрофизические свойства анодного оксида алюминия», опубликованной в Вестнике ОГУ №9 (158)/сентябрь 2013 (вестник Оренбургского государственного университета), стр. 240…244, в частности, см. рис. 3, известно, что покрытия из оксида алюминия обладают высокой электрической прочностью.

Здесь следует оговориться, что высокая электрическая прочность оксидалюминиевого покрытия делает неприемлемым его применение для элементов металлизации конструкций, которые, в первую очередь, должны удовлетворять требованиям по электрохимической совместимости, электропроводности и коррозионной стойкости, и что выполнение указанных требований не относится к задаче, решаемой данной полезной моделью.

Задачей полезной модели было создание сварочного узла, обладающего пониженной себестоимостью изготовления, повышенными эксплуатационной надежностью, экологичностью изготовления, а также несколько более высокой экологичностью утилизации.

Задача решается в сварочном узле, включающем в себя носитель и закрепленный на носителе посредством контактной сварки приварной болт, содержащий стержень и головку.

Задача решается тем, что приварной болт выполнен снабженным заблаговременно нанесенным покрытием из оксида алюминия, расположенным на поверхности его стержня.

Полезная модель может быть реализована в составе сварочного узла, образованного, по меньшей мере, одной цельной или составной фасонной деталью, сформированной из железосодержащего, преимущественно, листового материала, далее носитель, и, по меньшей мере, одним приварным болтом, закрепленным на носителе посредством контактной рельефной сварки ортогонально к поверхности носителя. Где, приварной болт выполнен содержащим стержень, по меньшей мере, частично снабженный резьбой, и головку. Для целей сварки головка может быть снабжена известным(и) из уровня техники рельефом (рельефами), выполненными или на оппозитной к стержню поверхности головки болта, или на расположенной со стороны стержня поверхности головки. Для случая, когда сварное соединение носителя и головки болта должно быть образовано сплавлением носителя и расположенной со стороны стержня части головки, носитель должен быть выполнен снабженным сквозным отверстием, а приварной болт установленным в отверстии с выступанием его стержня над оппозитной, относительно головки болта, поверхностью носителя. При этом, для обеспечения (обеспечить - сделать, возможным) выполнения задачи полезной модели приварной болт выполнен снабженным превентивно нанесенным покрытием из оксида алюминия, расположенным, по меньшей мере, на боковой поверхности его стержня.

При этом, тонкопленочное покрытие стержня приварного болта оксидом алюминия может быть, осуществлено, например, из водного раствора электролита, содержащего сульфат алюминия Al₂(SO₄)₃·18H₂O в количестве 75,0…80,0 г/л, пассиватор - нитрат натрия NaNO₃ в количестве 10,0-15,0 г/л, катализатор - сульфат никеля NiSO₄·7H₂O в количестве 2,0-5,0 г/л, стабилизатор - этиленгликоль C₂H₆O₂ в количестве 10,0-15,0 г/л, буфер - борную кислоту Н₃ВО₃ в количестве 25,0-30,0 г/л, при температуре электролиза 20-25°C, при напряжении 12 В, с использованием переменного асимметричного тока частотой 50 Гц, с равной длительностью анодного и катодного полупериодов, с соотношением катодного и анодного импульсов тока 2,5:1.

Полезная модель работает следующим образом:

В простейшем варианте исполнения сварочный узел представляет собой пластину или полосу с приваренным к ней болтом. Работа такого устройства совершенно очевидна.

Процессы контактной и рельефной сварки, нанесения гальванических покрытий известны из уровня техники. Ударная обработка сварных соединений известна с пятидесятых годов двадцатого столетия. Процессы ударной обработки сварных соединений совмещенные с процессом контактной сварки также уже известны.

Наличие заблаговременно нанесенного на стержень приварного болта покрытия из оксида алюминия, обладающего высокой электрической прочностью, исключает протекание электрического сварочного тока через стержень приварного болта в процессе сварки головки болта и носителя, позволяет использовать для целей сварки, при сохранении низких требований к точности позиционирования электрода относительно стержня болта, электрод без диэлектрической втулки, диаметр канала которого лишь незначительно больше диаметра стержня привариваемого к носителю болта. Исключение из состава электрода диэлектрической втулки повышает долговечность электрода, уменьшает его габаритные размеры, что положительно сказывается на снижении себестоимости сварочных работ. Снижение габаритных размеров электрода снижает его инерционную массу что, в совокупности с применением малозазорного сопряжения радиальной поверхности стержня болта и радиальных стенок канала электрода, способствует применению метода ударной обработки сварного соединения совмещенного с процессом контактной рельефной сварки. Применение ударной обработки повышает коррозионную стойкость и циклическую долговечность сварного соединения, что позволяет, в ряде случаев, сократить количество приварных болов или уменьшить их габаритные размеры, что ведет к снижению себестоимости сварочного узла. Наличие заблаговременно нанесенного на стержень приварного болта покрытия с высокой электрической прочностью исключает электроосаждение грунта на покрытую оксидом алюминия поверхность приварного болта, снижая расход токсичного грунта и себестоимость изготовления сварочного узла при сохранении его высокой коррозионной стойкости в процессе эксплуатации; использование гальванических процессов получения оксидалюминиевых пленок, протекающих при низком напряжении и невысокой плотности электрического тока, а также использование не токсичных электролитов обеспечивает более высокую экологичность изготовления сварочного узла и его рециклинг.

Claims (1)

1. Сварочный узел, включающий в себя носитель, сформированный из железосодержащего материала, и закрепленный на носителе посредством контактной сварки приварной болт, содержащий стержень и головку, отличающийся тем, что приварной болт выполнен снабженным заблаговременно нанесенным диэлектрическим покрытием из оксида алюминия, расположенным на поверхности его стержня.