SE444279B - Sett att forbinda ett forbindningsstycke av metall vid en metallyta - Google Patents

Description

i aßonidsof-o ' 11: “wf e. -v_ * 'n4', magneten. Den tidigare nämnda fjädersnekanisnen då? di' ._; tillbaka den resterande delen elektroden mot arbetsstycket i ned i det avsmälta lodet. varvid elektroden blir fastlddd not _. arbetsstycket. Hela lödförloppet tar 1 till 1.5 sek. lär löd- ningen är klar. slås den resterande delen av elektroden bort A mekaniskt. Snälttemperaturen på lodet i elektroden är väsent- ligt- lägre än smälttennperaturen i t ex stål. ünergitillföroeln kan därför avpassas så att lodet. men inte stålet i ett ar- betsstycke. smälter.

I de fall en metallbult eller -pinne skall fastlödas en- vänds sanna förfarande. men uten förbindningsstycke. Elektro- den löds då fast mot underlaget och utgör själv bult eller pinne.

En nackdel med metoden vid användning på järnvägsräl är dock att värmepåverkan är så kraftig att en strukturförändring (martensitbildning) kan äga rum lokalt under lödstället i rä- len. En annan nackdel med metoden är den relativt stora åt- gången av silverlod per lödställe vid lödning av elektriska kontaktförbindningar. Den genometriska utformningen av fogen medför att huvuddelen av lodet utgör fyllnadsmaterial. Bndast en mindre del tjänar san förbindningsmaterial mellan kabelsko och räl. Metoden utvecklades i en tid då priset på silver var avsevärt lägre än idag. varför inte någon större vikt lades vid lodåtgången. Den kraftiga ökningen av silverpriset på se- nare år påverkar nu direkt metodens konkurrenskraft.

Ytterligare en nackdel med metoden är att lodet kunner i direkt' kontakt med ljusbågen. Vissa legeringsämen med låg kokpunkt förångas under lödförloppet. speciellt zink. Förång- ningen är så kraftig. att lodets sannnansättning ändras. vilket medför en sänkning av hållfastheten.

En ytterligare nackdel med metoden är att mässing från den bakre delen av elektroden kan emältas ned och legera sig med det tidigare avsnälta silverlodet. vilket verkar försprö- dande på förbindningenn. Iödtiden bestäms nämligen av en på elektroden ansluten smälttråd av koppar. vilken vid en given ström har en definierad bryttid, Strömmen erhålles från en strömkälla. vanligen i form av lånatterier. När batterierna ef- terhand urladdas. dvs batterispänningen sjunker. minskar även i uocosaßa ~ 21.526 “ lödströnnen. varvid bryttiden för snälttråden åtar. Dun ihär- igenom förlängda lödtiden har således en negativ inverkan på lödresultatet. i ' Ett annat sätt att åstadkanna en elektrisk kantaktför-i bindning är genan en speciell typ av thernitsvetsning. vilket finns beskrivet t ex i västtyska patentet nr 2.830.721. Vid detta förfarande används en grafitdegel. innehållande en reak- tionskanunare och en gjutkanunare. varvid de båda kamrarna är förbundna med varandra gencln en gjutkanal. Gjutkanunaren har en öppning i vilken kabeln som skall svetsas fast placeras. Vi- dare används en metallisk platta, vilken på undersidan är för- sedd med ett lodlager. Svetsningen genomförs på så sätt att den med lod försedda metalliska plattan först placeras på svetsstället. Därefter placeras grafitdegeln med den elektris- ka ledaren ovanpå denna. Gjutkanalen mellan reaktionskammaren och gjutkannnaren täcks därefter nned en metallbricka och enn be- ständ mängd aluminotermiskt pulver fylls i reaktionskannaren.

Efter start av reaktionen reagerar pulverblandningen på känt sätt ternnokemiskt och den heta flytande metallen samlas i un- derdelen på reaktionskannmaren. smälter ner metallbrickan och rinner ner i gjuthålrunmet. Ovansidan av den under öppningen i gjuthålrunnmet placerade, med lod försedda metalliska plattan. smälts härvid upp och den i gjuthålrununet placerade elektriska ledaren blir på så sätt ihopsvetsad med denna platta. Samti- digt värms lodet under plattan upp odn smälta. varvid dan me- talliska plattan. i sin tur blir fastlödd mot underlaget. m nackdel med metoden är att den ingående termitpulver- »andningen 11mm oexsågjutfomen sr nnygrosxopisx. vinet gör metoden känslig för fuktig väderlek. Den snabba upphett- ningen av pulvret under reaktianan medför att det upptagna vattnet övergår i vattenånga. Smält metall kan av det uppkanlna trycket kastas upp ur reaktionnskamarenn på ett explosionsartat sätt, vilket är till fara för operatören. Ytterligare an nack- del är. att. för att erhålla ett lyckat svetsresultat. tempe- raturen på den termokemiskt alstrade smälta metallen: flsts 1199; mannen 2o4o°c (msnpunxten for uuminiumia) och 2500°C (förångningspunkten för aluminium). Detta låter sig gö- ras när svstsens volym är stor. typ helsvetsnning av räl. Vid 1 I v ~ 1 “så i å minskande svetsvolym blir svetsens yta/volym-förhållande stör- re, vilket medför att värmeförlusterna per volymsenhet svets de blir större. Temperaturgradienten i smältan blir således stör- g re' med påföljd att chansen ökar att de nämnda gränstemperatu- f rerna under- respektive överskrids. i _ Föreliggande uppfinning avser ett sätt och en anordning för genomförande av förfarandet, varvid nämnda nackdelar eli- mineras, men som samtidigt behåller fördelarna med pinnlöd- ningsprocessen. nämligen ett snabbt lödförlopp och en god elektrisk ledningsförmåga' i förbindningen. Uppfinningen känne- tecknas därvid i huvudsak av att det värme son utvecklas av ljusbågen: och som utnyttjas för lödningen leds genom åtminsto- ne en del av det använda förbindningsstycket och bringas att smälta ett mellan förbindningsstycket och metallytan anordnat lod, varvid denna del av förbindningsstycket under uppsmält- ningen fiârhindrar ljusbågen att få direkt kmtakt med metall- ytan och lodet och därigenan förhindrar ogynnsam värmepåverkan på metallytan och att sedan strönmnexn till ljusbågen brutits en mekanisk kraft appliceras påden värmeledande delen av för- bindningsstycket, så att detta trycks nnot metallytan, varvid en del av det underliggande lodet pressas ut också under åter- stående fogbildande ytor på förbindningsstycket.

Uppfinningen skall förklaras med hänvisning till bifogade ritningar. Pig. l visar ett tvärsnitt av en icke lödd elek- trisk kantakförbindning. Pig. 2 visar samma kontaktförbindning sedd uppifrån. Pig. 3 visar ett tvärsnitt av en elektrisk kan- taktförbindning med en elektrcd i position för påbörjande avJ lödprocessen. Pig. 4 visar ett tvärsnitt av en fastlödd ken- taktförbindning. Pig. 5 visar ett tvärsnitt av en icke lödd klamner. Pig. 6 a-p visar olika detaljer på utformingen av en» i kontaktförbindningen ingående metallplatta. Pig. 7 a-d visar olika utföranden på elektriska korntaktförbindningar. Pig. 8 a-b visar ett utförande av uppfinningen avsett för fastlödning av stavformiga a-gan, t ex bultar. i v Kontaktförbindningern. fig. 1 består av en kabel l av t e: koppar, en kabelsko 2 med ett uppkragat hål 3, likaledes av t ex koppar, aluminium eller stål. en företrädesvis rund platta av en relativt högsmältande metall 4 samt ett skikt 5 svett \ lågsmältande hårdlod. t e: silverlod. tig. 2 visar saïi för- bindning sedd uppifrån. i , e Lödningens genomförande beskrivs i det följande med hän- visningar till fig. 3. Beskrivningen avser dels fastlödning av elektriska kmtaktförbindningar dels fastlödning av mindre me- tallföremål, typ klanner. Liksaa vid den tidigare beskrivna pinnlödningen slipas först lödstället på arbetsstycket (t e: en räl) rent, elektroden 6 ansluts till pluspol och arbets- stycket 7 till minuspol på strömkällan, kmtaktförbindningen 8 placeras mot lödstället, varefter elektrodm införs i dess hål. Elektroden 6 står dock inte som tidigare i direkt kmtakt med underlaget utan med metallplattan 4. När strömmen sluts och elektroden lyfts upp, utbildas en ljusbåge mellan denna och metallplattan. Ljusbågen värmer då upp plattm varvid det på den motsatta sidan applicerade silverlodet S smälter p g a värmeledning. Sedan strörmnen brutits pressar elektroden me- tallplattan mot underlaget, varvid en del av det underliggande smälta lodet pressas ut under kabelskm. Ju tjockare metall- platta som används. desto lägre kommer den maximalt uppnådda temperaturax i silverlodet att vara. Över en viss tjocklek smälter inte lodet. Genom att välja lälnplig tjocklek på plat- tan kan man således erhålla en' maximal temperatur i lodet som ligger mellan lodets arbetstemperatur och rälens austenitise- ringstemperatur på ca BOOOC, varvid fastlödning av plattan sker mot rälex utan att någon skadlig strukturförändring kan uppstå i denna. Silverlodet 5 härrör således ej från elektro- den utan är förplacerat under den i kabelskcn befintliga plat- tan på ett sådant sätt, att det inte kolmuer i kontakt med ljusbågen. Lodets kemiska sanlnansätming förändras därför inte och dess hållfasthet förblir intakt.

Fig. 4 visar hur metallplattan 4 separerar det från elek- troden avsmälta materialet 9 från det under metallplattan app- licerade silverlodet 5. Någcn inlegering av mässing i lodet med åtföljande försprödning sker således ej. Av figuren fram- går också att kabeln l står i direkt kontakt med det avsmälta materialet 9.' vilket av kapillärkraften sugs in mellan de m- skilda kabeltrådarna där det ssdm atelnar. De goda elektriska egenskaperna som utmärkt tidigare förbindningstyper finns så- . ngn, _ 1~f n .fans ,, _ lades fortfarande kvar. Samtidigt kan den totalt erforderliga mängden silverlod ninskas, då det avsnälta materialets 9 upp- gift nu huvudsakligen är att utgöra fyllnadsmaterial i det ovanför metallplattan belägna hålet i kabelskon. llektroden behöver därför inte längre innehålla lika mycket la! sal tidi- gare, eventuellt kan lodet helt uteslutas och elektroden bestå av enbart t ex mässing med en kapsyl av silverlod innehållande ett flussmedel. ' Fastlödning av mindre metallföremål, typ klansser. kan ske på samma sätt san ovan. Fig. 5 visar ett tvärsnitt av en icke nada rianmer. É vissa krav ställs på materialet i metallplattan 4. Den ingår, tillsamans med underlaget (företrädesvis av stål) och kabelskcn (företrädesvis av koppar) i lödförbindningen, varför dess ytor måste vara kompatibla med stål och koppar i lödhän- seende. Vidare bör den vara så korrosiornsbeständig att inga oxidbeläggningar uppstår vid förvaring och transport före löd- ning. För att undvika lokal genomsmältrning bör den ha god vär- meledningsförmåga och hög smältpunkt. Ett material sm har vi- sat sig uppfylla kraven är ren nickel.

Metallpfattan 4. i sin enklaste form plan, jämtjock och företrädesvis rund, är försedd med silverlod S. vilket före- träaesvis är iött ti11 piattane undersida. fig. sa. Plattan; egenskaper kan förbättras genan speciella utfornsningar. Det har tidigare beskrivits hur elektroden pressas tillbaka mot underlaget efter det att strönneln bryts vid avslutad lödning.

Under lödförloppet antar plattan en så hög temperatur att dess hållfasthet minskas avsevärt. Ga plattan ges en välvd form nixt fig. sb kunne: aen att viaånaaningtns slut aefaratras aan tryckas ner mot underlaget av den återgående elektroden. Det underliggande smälta lodet pressas då ut under den omgivande kabelskan eller klamnern. Detta är en fördel eftersom kapil- lärkraftan under kabelskcn (klaasaern) ibland är nedsatt p.g.a. ojämnheter i mderklagets yta. Med den beskrivna utforlningsn erhålles också en balansering av dan av ljusbågan alstrads. i värmefranten så att värmet fördelas jämnare ner mot underla- get. Sanma egenskap fås av an utformning enligt fig. Gc- Plat- tan kan också utfornas så att den kompenserar för' tssçsratur- skillnader i ineanslnet. vuxen kan uppnå en en i izarbinaf_ ningen ingående netallnassorna är osylnetriskt anordnade i' förhållande till lödställets centrum, t e: kabelsko ned kabel.

Pig. 6 d-e visar tvärsnitt av några sådana utforlningar. n Fig. 6 f-h visar ytterligare några utföringsformer, med sanna syfte, sedda uppifrån i elektrodens längdriktning. För att förhindra att ljusbågens angreppspunkt (ketodfläcken), sker på samma ställe på plattan under hela lödförloppet, vil- ket kan leda till lokal uppsmältningfav denna sant förånçning av vissa beståndsdelar i det underliggande lodet, kan plattan ges en ringfornnig upphöjning på ovansidan, fig. 6i, k, vilket medför att katodfläcken kolumner att förflytta sig längs denna ring under lödningen, varvid en jämnare värmefördelning erhål- les. Plattans perifera delar utformas lämpligen så att lodflö- det underlättas och kapillärkraften blir så jänn san möjligt, fig. Gm. Plattan 4 med silverlod 5 kan också vara försedd med en kapsyl 10 av t e: silverlod, vilken innehåller ett flussme- del ll, fig. 6n. De ovannämnda detaljförändringarna kan med fördel kombineras så att den önskade värme- och lodfördelning- en uppnås, exempelvis enligt fig. Sp.

Fig. 7 a-d visar några alternativa utfornningar på för- bindningsstycket. I det föregående har beskrivits hur det av- smälta elektrodmaterialet 9 kousuer i direkt kontakt med de en- skilda kabeltrådarna l, och på så sätt försäkrar en god elek- trisk kantakt. Pörbindningsstycket kan också vara utformat så, att det under metallplattan 4 applicerade silverlodet S kmnmer i direkt kontakt med kabeltrådarna l, fig. 'la.

Uppfinningen skall vidare inte anses begränsad enbart sin utföringafamer på föl-andningen aa: en högmsitanae ne- tall, .typ nickel, utgör angreppspunkt för ljusbågen. De be- skrivna fördelarna kan även uppnås då kabelskcn utformas så att en del av denna får utgöra angreppspunkt för ljusbågenn.

Pig. 7 b och c visar exempel på sådana utfornrningar.

Kabelskcn 2 kan också vara försedd med en bestämd mängd metall eller metallegering 12, san smälter vid lödögcnblicket och sedan avger det upptagna snältvärmet vid stelnandet, fig- 'Id. Genoa att välja en metall eller metallegering med en smältpunkt som ligger under stålets austernitiseringstenpera- tur, t e: 100° . garanteras att ssrtesasitbildniagsjïtörekcs- mer :l ett underlag. av stål. K d ' i vid fastlödning av bultar och pinnar not ett mderlag där elektrodm utgör bulta: eller pinnen, anbringas du: högsnlil- tande munpnntm 4 ma ae: xågnnsuanae man s sea faran på m skyddsrinqav keramik 13, vilken normalt används vid pinnlödningen. tig. 8a. Pig. Bb visar elektrodens 6 (halterna) läge omedelbart före lödningens start. Den med lod försedda metallplattan kan också läggas löst på underlaget före löd- ningen . _. .v-p

Claims (13)

1. l. Sätt att förbinda ett förbindningsstycke av :stall vid en metallyta genom lödning, varvid erforderligt värna alstras av en elektrisk ljusbåge. k ä n n e t e c k n a t av, attffl det _av ljusbågenuutvecklade värnet leds genus åtninstcne m i del av förbindningsstycket och bringas att smälta ett mellan förbindningsstycket och metallytan anordnat lod, varvid denna del av förbindningsstycket under uppsmältningen förhindrar ljusbågen att få direkt kmtakt med metallytan och lodet och därigenan förhindra ogynnsam värnepåverkm på metallytan och att sedan strömmen till ljuàsbågen hrutits en mekanisk kraft appliceras på dax värmeledande dela: av förbindningsstycket, så att detta trycks mot metallytan. varvid en del av det un- derliggande lodet pressas ut också under återstående fogbil- dande ytor på förbindningsstycket.

2. Sätt enligt patentkravet l, k S n n e t e c k n a t av, att förbindningsstycket mfattar en kabelsko. klamner el- ief iixnande och e» menar» xabeiaxø. :inner ene: iimanae och lod anordnad metallplatta. varvid plattan förhindrar ljus- bågen att få direkt kontakt med metallytan.

3. Sätt enligt patentkravet 2, varvid ljusbågen etableras från en avsmältande elektrod och varvid det avsnälta elektrod- materialet bringas i kcntakt med kabelsko eller klanmer och metallplatta för samanlödning av dessa. k Ii n n e t e c k - n a t _. av, att metallplattan separerar det från elektroden av- smälta materialet från lodet, varvid inlegering av elektrodna- terial i lodet undvikes. *

4. Sätt enligt patentkravet 2. varvid netallplattan och lodet till a: del anslutas av kabelskal. till vilken är an- sluten axkabel, kännetecknat av. att virnet från metallplattaxx bringar lodet att smälta. så att smält naterial läder saman kabeltrådarna vid varandra och vid kabelskm. i

5. S. Sätt enligt patentkravet l. k ä n n e t e c k n a t av, att förbindningsstycket cmfattar ett stavfornigt organ son exempelvis e: bult eller en pinne och a: mellan det stavforni- ga organet och lodet anordnad metallplatta, varvid netallplat- tan förhindrar att ljusbågm får direkt kontakt nad istall- 13» 'eç _ _ J ytan. varvid det stavformiga organet utgör elaktrod förfljnseit 'É bågen. _ ,

6. Sätt enligt pstentkravetf5. k 8 n n e t e c X n a t av, att det stavformiga organet omfattar enbart metalliskt Iaf terial såsom exempelvis mässing, varvid sellan det stavfor- miga organet och metallplattan är anordnat ytterligare ett lod och eventuellt ett flussmedel.

7. Sätt enligt patentkravet 6. k ä n n e t e c k n a t av, att lodet omfattas av en kapsel av hårdlod anordnad vid det stavformiga organets spets, varvid kapseln även omfattar ett flussmedel.

8. Sätt enligt patentkravet 2 eller 5, k ä n n e - t e c k n a t av, att metallplattan omfattar ett relativt lodmaterialet högsmältande material såsom exempelvis nickel och lodet omfattar ett hårdlod såsom exempelvis silverlod.

9. Sätt enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c K n a t av, att metallplattan är försedd med hål för att möjliggöra tillförsel av flussmedel.

10. Sätt enligt patentkravet 8, av, att metallplatta, under vilhen lodet är applicerat. är försedd ned en central upphöjning, varvid en koncentration av lodmassan till plattans centrum erhålles.

11. ll. Sätt enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t av, att upphöjningen är ringformig, varvid ljusbågen bringas att utföra en roterande rörelse längs upphöjningen. 4

12. Sätt enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t av, att metallplattans mot metallytan nliggande perifera de- lar är utformade att helt plant anligga mot metallytan. varvid en kapillärverkan på lodmaterialet erhålles.

13. Sätt enligt patentkravet 1. varvid metallytn omfat- tar företrädesvis stål. k ä n n e t e c k n a t av. att den värmeledande delen i förbindningsstycket omfattar en del be- stående av ett material med en smälttemperatur som är lägre än stålets austenitiseringstemperatur. S “ k ä n n e t e c k n a t