SE9601109A0

SE9601109A0 - Lödningsförfarande med användning av en konsumerbar trådelektrod

Info

Publication number: SE9601109A0
Application number: SE9601109A
Authority: SE
Inventors: Kjell-Arne Persson
Original assignee: Aga Ab
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-23
Also published as: DE19711955A1; SE9601109D0; SE9601109L

Abstract

2 En annan nackdel är att MIG-svetssommen är relativt hard och dart& erfordrar grovslipning fOr astadkommande av en jarrin fog. Ytskiktet skadas ocksa ofta av sadan grovslipning. MIG-svetsning är utfarligt beskriven I patentlitteraturen och sá- som exempel harivisas till EP-A-0 167 163 och GB-A-2 124 531. Nyligen har lOdningsforfaranden med anvandande av en konsumerbar elektrod utvecklats, exempelvis for att bygga upp ett tunt kopparytskikt pa ett substrat. HittiIls har sadana lOdningsforfa- randen endast genomforts manuellt. Tradmatningshastigheten, framfOringshastigheten och saledes den uppnadda deponeringshastigheten har varit relativt laga och darfor har dessa lodningsforfaranden inte varit lampliga fOr anvdndande i den hogproduk- tiva tillverkningsindustrin. DE-A-3 025 199 visar hardlOdning av tunna platdelar hos i synnerhet motorfordon medelst en konsumerbar, smaltande elektrod. Lad ningen ager rum i ett temperaturomrade mellan 950 och 1100 °C. Denna skrift anger inte vilken typ av ljusbage som ut- nyttjas. Sasom skyddsgas foreslas en ren argon, dvs endast en inert komponent. US-A-3 436 521 visar ett fOrfarande for lodning av tunna platde25 taljer vid tillverkning av bilar medelst en konsumerbar, smdltande elektrod. Denna skrift foreslar darvid anvandande av en bigsvetsapparat. Argon utnyttjas sasom skyddsgas. SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Andamalet med foreliggande uppfinning är att overvinna de ovan beskrivna problemen. I synnerhet syftar uppfinningen till att uppna ett forbattrat lOdningsfOrfarande for att fOrbinda speciellt relativt tunna metallplatar. Det är vidare ett dndarnal att uppna ett lOdningsfOrfarande som resulterar i en hog deponeringshastighet och i en stark ladsom.

Description

15 20 25 30 35 En annan nackdel är att MIG-svetssömmen är relativt hård och därför erfordrar grovslipning för åstadkommande av en jämn fog.

Ytskiktet skadas också ofta av sådan grovslipníng.

MIG-svetsning är utförligt beskriven i patentlitteraturen och så- som exempel hänvisas till EP-A-O 167 163 och GB-A-2 124 531.

Nyligen har lödningsförfaranden med användande av en konsu- merbar elektrod utvecklats, exempelvis för att bygga upp ett tunt kopparytskikt pà ett substrat. Hittills har sådana lödningsförfa- randen endast genomförts manuellt. Trådmatningshastigheten. framföringshastigheten och »således den uppnådda deponerings- hastigheten har varit relativt låga och därför har dessa lödnings- förfaranden inte varit lämpliga för användande i den högproduk- tiva tillverkningsindustrin.

DE-A-3 025 199 visar hårdlödning av tunna plåtdelar hos i syn- nerhet motorfordon medelst en konsumerbar, smältande elek- trod. Lödningen äger rum i ett temperaturområde mellan 950 och 1100 °C. Denna skrift anger inte vilken typ av ljusbåge som ut- nyttjas. Såsom skyddsgas föreslås en ren argon, dvs endast en inert komponent.

US-A-3 436 521 visar ett förfarande för lödning av tunna plåtde- taljer vid tillverkning av bilar medelst en konsumerbar, smältande elektrod. Denna skrift föreslår därvid användande av en båg- svetsapparat. Argon utnyttjas såsom skyddsgas.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att övervinna de ovan beskrivna problemen. I synnerhet syftar uppfinningen till att uppnà ett förbättrat lödningsförfarande för att förbinda speciellt relativt tunna metallplåtar. Det är vidare ett ändamål att uppnå ett lödningsförfarande som resulterar i en hög deponeringshas- tighet och i en stark lödsöm. o u s n J o n n nn 10 15 20 25 30 35 Enligt en ytterligare utföringsform innefattar arbetsstycket som skall lödas en relativt tunn metallplåt, tex med en tjocklek av mindre än 4 mm. Metallplåten kan därvid innefatta en stålplåt som har ett tunt metallytskikt som innefattar åtminstone ett av elementen zink och aluminium. Det tunna metallytskiktet kan ha en tjocklek av mindre än 25 pm, i synnerhet mindre än 10 pm.

Arbetsstycket kan vidare innefatta åtminstone tvà delar som skall sammanfogas medelst materialet från elektroden.

Enligt en ytterligare utföringsform innefattar trådelektroden så- som en huvudkomponent Cu och en mindre mängd av Al, Si, Sn eller blandningar därav. Trådelektroden kan ha en diameter av omkring 0.5 - 1.6 mm, företrädesvis 0.7 - 1.3 mm och i synnerhet ungefär 0.8 mm.

Enligt ännu en annan utföringsform av uppfinningen är skydds- gasen en inert gas. Alternativt kan den innefatta åtminstone en inert komponent och åtminstone en aktiv komponent. Medelst en sådan aktiv komponent är det möjligt att stabilisera bägen. Den inerta komponenten innefattar därvid åtminstone ett av argon och helium. Den aktiva komponenten kan innefatta åtminstone en av 02, C02, NZ, CO, NO, N20 och H2 och mängden av den aktiva komponenten i skyddsgasen kan vara mindre än ungefär 2 volymprocent, företrädesvis mindre än ungefär 1 volymprocent.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras mer i detalj i samband med beskrivningen av olika utföringsformer därav och med hän- visning tiil bifogade ritningar, pà vilka Fig 1 schematiskt visar en anordning för att genomföra förfa- randet enligt föreliggande uppfinning och Fig 2 schematiskt visar en del av anordningen i Fig 1 enligt en annan utföringsform. n o n ; - ; a I n. 10 15 20 25 30 35 Detta ändamål uppnås med det inledningsvis angivna förfarandet som kännetecknas av att bågen mellan trådelektroden och ar- betsstycket upprätthålls på så sätt att en icke-kortslutande överföring av material från trådelektroden till arbetsstycket upp- nås. En sådan icke-kortslutande överföring av material innebär att metallen överförs från trådelektroden till lödsömmen på ar- betsstycket i en kontinuerlig ström eller serie av extremt små- smälta droppar. Därvid sker ingen kortslutning mellan elektroden och arbetsstycket. Med hjälp av detta lödningsförfarande kan lödmaterial överföras till ett arbetsstycke för att bilda en jämn lödsöm. På grund av den relativt låga temperaturen, i jämförelse med MIG-svetsning, kommer lödningsförfarandet inte att negativt påverka arbetsstyckets material. Ett tunt ytskikt kan upprätthål- las. Den framställda lödsömmen erfordrar ett minimum av finbe- Varbetning och sådan erforderlig bearbetning kan genomföras med hjälp av mjuka förfaranden, såsom finslipning, polering etc.

Enligt en utföringsform av uppfinningen upprätthålls bågen så att den väsentligen bildar en spraybåge.

Enligt en ytterligare utföringsform är trådmatningshastigheten åtminstone 12 m/min. Bågen kan därvid förflyttas längs arbets- stycket med en framföringshastighet av åtminstone 100 cm/min.

En sådan hög framföringshastighet, vilken hittills inte var möjlig att uppnå, möjliggör en mycket hög deponeringshastighet av lödmaterialet och således en mycket effektiv lödningsprocess.

En föredragen bågspänning är ungefär 15 - 25 V, företrädesvis ungefär 17 - 23 V och i synnerhet 19 - 22 V. Medelst en sådan relativt hög spänning säkerställs en kontinuerlig, icke-kortslu- tande materialöverföring. ~ Enligt en ytterligare utföringsform är elektrodutsticket ungefär 6 - 25 mm, företrädesvis 19 - 18 mm och l synnerhet 12 - 12 mm. 10 15 20 25 30 35 Enligt en ytterligare utföringsform innefattar arbetsstycket som skall lödas en relativt tunn metallplàt, tex med en tjocklek av mindre än 4 mm. Metallplåten kan därvid innefatta en stålplåt som har ett tunt metallytskikt som innefattar åtminstone ett av elementen zink och aluminium. Det tunna metallytskiktet kan ha en tjocklek av mindre än 25 um, i synnerhet mindre än 10 um.

Arbetsstycket kan vidare innefatta åtminstone två delar som skall sammanfogas medelst materialet från elektroden.

Enligt ännu en annan utföringsform av uppfinningen är skydds- gasen en inert gas. Alternativt kan den innefatta åtminstone en inert komponent och åtminstone en aktiv komponent. Medelst en sådan aktiv komponent är det möjligt att stabilisera bàgen. Den inerta komponenten innefattar därvid åtminstone ett av argon och helium. Den aktiva komponenten kan innefatta åtminstone en av 02, C02, NZ, CO, NO, N20 och H2 och mängden av den aktiva komponenten i skyddsgasen kan vara mindre än ungefär 2 volymprocent, företrädesvis mindre än ungefär 1 volymprocent.

KORT BESKRIVNlNG AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning skall nu förklaras mer i detalj i samband med beskrivningen av olika utföringsformer därav och med hän- visning till bifogade ritningar, pà vilka Fig 1 schematiskt visar en anordning för att genomföra förfa- randet enligt föreliggande uppfinning och Fig 2 schematiskt visar en del av anordningen i Fig 1 enligt en annan utföringsform. n | - o a u nu 10 15 20 25 30 35 DETALJERAD BESKRIVNING AV OLIKA UTFÖRINGSFORMER AV FÖRELIGGANDE UPPFINNING Fig 1 visar ett arbetsstycke 1 som innefattar två relativt tunna stålplátar som skall lödas samman. Arbetsstycket 1 är i elektrisk kontakt med en plåt 2 som i sin tur är elektriskt isolerad från ett stöd 3. En lödanordning är anordnad att vara förflyttbar i förhål- lande till stödet 3. Lödanordningen innefattar en lödpistol 4 som bildar ett munstycke i vars centrum en konsumerbar lödtrådelek- trod 5 är anordnad. Elektroden 5 matas genom Iödpistolen 4 med hjälp av en trådmatningsmekanism som i enlighet med den vi- sade utföringsformen innefattar en, lagringsrulle 6, matningsrullar 7 och en elektrisk motoranordning 8. Lödanordningen innefattar vidare en framföringsmekanísm med hjälp av vilken Iödpistolen 4 kan förflyttas längs arbetsstycket 1. Framföringsmekanismen enligt den visade utföringsformen innefattar en elektrisk motoranordning 9 som är förbunden med drivhjul 10 eller lik- nande för att åstadkomma lödanordningens framföring i förhål- lande till stödet 3. Det skall noteras att det också är möjligt att anordna en stationär lödpistol, varvid arbetsstycket förflyttas. Vi- dare är ett energiförsörjningsorgan 11 anordnat för tillförsel av elektrisk energi till motoranordningarna 8 och 9 och för att åstadkomma en relativt konstant spänning mellan arbetsstycket 1 och lödpistolens 4 elektrod 5. Ett gastillförselorgan år vidare anordnat för tillförsel av en skyddsgas till lödpistolens 4 mun- stycke. Gastillförselorganet innefattar en gasblandare 12 och ett antal gascontainrar 13 som innehåller olika lämpliga skyddsga- ser. Såsom kan ses i Fig 1 är lödpistolens 4 vinkel neutral i ett plan ortogonalt mot framföringsriktningen. I en annan utförings- form som visas i Fig 2 kan lödpistolvinkeln vara 45” mot två flän- sar hos en rätvinklig söm. l ett plan som innefattar framförings- riktningen kan Iödpistolen 4 vara något lutande i båda utförings- formerna.

Genomförandet av förfarandet enligt föreliggande uppfinning kommer nu att förklaras med hänvisning till lödanordningen som 10 15 20 25 30 35 visas i Fig 1 och 2. Det skall emellertid noteras att det uppfin- ningsenliga förfarandet kan genomföras tillsammans med en mängd olika lödanordningar och i synnerhet inte bara tillsam- mans med den ovan visade Iödanordningen.

Med hjälp av energitillförselorganet 11 bildas en båge 14 mellan trâdelektroden 5 och arbetsstycket 1. Därefter upprätthålls en väsentligen konstant bågspänning mellan elektroden 5 och ar- betsstycket 1 med hjälp av energitillförselorganet 11 som inne- fattar därför nödvändiga spänningsstyrmedel. Elektroden 5 ma- tas in i bågen 14 med hjälp av trådmatningsmekanismen och elektroden 5 smälts successivt av hettan från bågen 14 och elektrodens 5 material överförs till arbetsstycket 1, varvid en lödsöm 15 bildas mellan två stålplåtar hos arbetsstycket 1. l en- lighet med det uppfinningsenliga förfarandet upprätthålls bågen 14 mellan elektroden 5 och arbetsstycket 1 på ett sådant sätt att en icke-kortslutande överföring av material från elektroden 5 till lödsömmen 15 på arbetsstycket 1 uppnås. Detta innebär att den smälta elektroden bildar mycket små droppar som strömmar jämnt från elektrodtoppen till arbetsstycket 1 så att ingen kort- slutning sker. I synnerhet kan bågen 14 ha en form som liknar en spraybåge. För att upprätthålla en sådan icke-kortslutande ma- terialöverföring skall trâdelektroden 5 matas med en relativt hög matningshastighet och bågspänníngen skall vara relativt hög.

Företrädesvis skall den tillförda bågspänníngen putsas. Med en trådelektrod 5 som har en diameter av 0.8 mm kan trådmat- ningshastigheten exempelvis vara åtminstone 12 m/min och båg- spänníngen skall vara åtminstone 15 V. Det skall noteras att energitillförselorganet 11 på ett känt sätt kan innefatta styrmedel anordnade att upprätthålla en i förväg vald framföringshastighet och en i förväg vald trådmatningshastighet så att det uppfin- ningsenliga förfarandet kan genomföras på ett helt mekaniserat eller automatiskt sätt.

Lödtrådelektroden 5 kan vara en kopparelektrod eller den kan innefatta såsom en huvudkomponent koppar, tex 80 - 99%, och n u a n c I n n .A 10 15 20 25 30 35 en mindre andel aluminium, kisel, tenn eller blandningar av dessa element. En föredragen elektrodsmältningstemperatur lig- ger inom intervallet 900 -1100°C. Tràdelektroden 5 kan ha en diameter från ungefär 0.5 - 1.6 mm, företrädesvis 0.7 - 1.3 mm och i synnerhet ungefär 0.8 mm. Trådelektrodens 5 utstick 16, se Fig 1, kan ligga inom området av ungefär 6 - 25 mm, företrädes- vis 9 - 18 mm och i synnerhet 12 - 15 mm.

Arbetsstyckets 1 stålplâtar som skall lödas samman kan bildas av relativt tunna stålplåtar med en tjocklek av mindre än 4 mm, exempelvis 1, 2 eller 3 mm. Stålplàtarna kan täckas av ett tunt metallytskikt, tex ett skikt av zink, aluminium eller en blandning av zink och aluminium. Ytskiktet kan ha en tjocklek av mindre än 25 um och i synnerhet mindre än ungefär 10 pm. l syfte att skydda lödsömmen 15 som skall bildas från den omgi- vande atmosfären kan en skyddsgas tillföras fràn gasbehållarna 13 genom lödpistolens 4 munstycke. Skyddsgasen kan vara en fullständigt inert gas innefattande argon, helium eller en bland- ning av argon och helium. För att uppnå en stabil båge kan det vara fördelaktigt att tillsätta en aktiv komponent till skyddsgasen.

Den aktiva komponenten kan innefatta åtminstone en av 02, C02, Nz, CO, NO, N20 och H2. Mängden av den aktiva kompo- nenten i skyddsgasen kan vara mindre än ungefär 2 volymprocent och företrädesvis mindre än ungefär 1 volympro- cent För genomförandet av det uppfinningsenliga förfarandet visas föredragna värden för parametrarna trådmatningshastighet, båg- spänning, framföringshastighet och elektrodutstick i tabell 1 nedan. De visade värdena i tabell 1 skall ses såsom exempel i synnerhet för lödning av stålplattor, som har en tjocklek av 1.5 mm och ett 10 pm zinkytskikt, med användning av en elek- trodtråd med en diameter av 0.8 mm. Skyddsgasen som använ- des var Ar + 003% NO. 10 Trådmatnings- Bågspänning Framförings- Elektrod- hastighet hastighet utstick 12 m/min 17-22V ca1^l0cmlmin 9-15 mm 16 m/min 19-22V ca150cm/Hrr1in 12-15 mm 20 m/min 20 - 23 V ca 190 cm/min 12 - 18 mm Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de ovan visade olika utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen av de följande patentkraven. Uppfinningen är lämplig för sammanlödning av alla metalliska material. Även om den kan appliceras för att foga samman tjocka metallplåtar är uppfin- ningen i synnerhet fördelaktig för tunna metalltrådar med mindre motstånd mot de höga temperaturer som råder under konventio- nell MIG-svetsning.

Claims

Patentkrav 1. IlidningsfOrfarande med anvandning av en konsumerbar tradelektrod, innefattande foljande steg: bildande av en !Age mellan tradelektroden och ett arbetsstycke, uppratthallande av en bagspanning mellan tradelektroden och arbetsstycket, matning av tradelektroden in i bagen, varvid elektroden smalts successivt, och skyddande av bagen genom tillfOrsel av en skyddsgas, kannetecknat av att bagen mellan tradelektroden och arbetsstycket uppratthalls pa sa satt att en icke-kortslutande overfOring av material fran tradelektroden till arbetsstycket uppnas. 15 2.Forfarande enligt krav 1, kannetecknat av att bagen upp- ratthalls sa att den vasentligen bildar en spraybage. 3. Forfarande enligt nagot av kraven 1 och 2, kannetecknat av att tradmatningshastigheten är atminstone 12 m/min. 4. Forfarande enligt nagot av de fOregaende kraven, kannetecknat av att bagen fOrflyttas langs arbetsstycket med en framfOringshastighet av atminstone 100 cm/min. 25 5.Forfarande enligt nagot av de fOregaende kraven, kanne- tecknat av att bagspanningen är ungefar 15 - 25 V, fOretradesvis ungefar 17 - 23 V, och i synnerhet 19 - 22 V. 6. Forfarande enligt nagot av de foregaende kraven, kannetecknat av att elektrodutsticket är ungefar 6 - 25 mm, foretradesvis 9 - 18 mm, och i synnerhet 12 - 15 mm. 7. FOrfarande enligt nagot av de fOregaende kraven, kannetecknat av att arbetsstycket som skall lOdas innefattar en relativt 35 tunn metallplat, t ex med en tjocklek av mindre an 4 mm. ••• ••:.••• ••

1. :.

2. 41. . •••: •

3. •• • •

4. • .1 ,11.••

5. •

6. •

7. ••• • 8. • • : 7 .0.: ..I • • :

8. FOrfarande enligt krav 7, kannetecknat av att metallplaten innefattar en stalplat som har ett tunt metallytskikt som innefattar atminstone ett av elementen zink och aluminium.

9. FOrfarande enligt krav 8, kannetecknat av att det tunna metallytskiktet har en tjocklek av mindre an 25 p.m, i synnerhet mindre an 10 p.m.

10. Forfarande enligt nagot av de foreg5ende kraven, kannetecknat av att arbetsstycket innefattar atminstone tv5 delar som skall sammanfogas medelst materialet fran elektroden.

11. FOrfarande enligt nagot av de fOregaende kraven, kannetecknat av att tradelektroden innefattar sasom en huvudkompo- nent Cu och en mindre mangd Al, Si, Sn eller blandningar darav.

12. FOrfarande enligt nagot av de foregAende kraven, kannetecknat av att tradelektroden har en diameter som är ungefar 0.5 - 1.6 mm, foretradesvis 0.7 — 1.3 mm, och i synnerhet 20 ungefar 0.8 mm.

13. FOrfarande enligt nagot av de fOregaende kraven, kannetecknat av att skyddsgasen är en inert gas.

14. FOrfarande enligt nagot av kraven 1 - 12, kannetecknat av att skyddsgasen innefattar atminstone en inert komponent och atminstone en aktiv komponent.

15. Lodningsforfarande med anvandning av en konsumerbar tradelektrod, innefattande fOljande steg: bildande av en bAge mellan tradelektroden och ett arbetsstycke, uppratthallande av en bagspanning mellan trAdelektroden och arbetsstycket, matning av tradelektroden in i bagen, varvid elektroden smalts 35 successivt, och 11 skyddande av !Dagen genom tillforsel av en skyddsgas, Urineteckaat av att skyddsgasen innefattar atminstone en inert komponent och atminstone en aktiv komponent.

16. Forfarande enligt nagot av kraven 14 och 15, kannetecknat ay att den inerta komponenten innefattar atminstone ett av argon och helium.

17. FOrfarande enligt nagot av kraven 14 till 16, kannete_cknat ay att den aktiva komponenten innefattar atminstone en av 02, CO2, N2, CO, NO, N20, och H2.

18. Forfarande enligt nAgot av kraven 14 till 17, karmetecknat ay att mangden av den aktiva komponenten i skyddsgasen dr 15 mindre an ungefar 2 volymprocent, fOretradesvis mindre an ungefar 1 volymprocent. 12 Sammandrag Ett ladningsforfarande med anvandning av en konsumerbar tradelektrod (5) innefattar foljande steg: bildande av en bage (14) mellan tradelektroden (5) och ett arbetsstycke (1), uppratthallande av en bagspanning mellan tradelektroden (5) och arbetsstycket (1), matning av tradelektroden (5) in i bagen, varvid elektroden smalts successivt, och skyddande av !Dagen (14) genom tillfersel av en skyddsgas. Darvid uppratthalls bagen (14) mellan tradelektroden (5) och arbets- stycket (1) pa sá satt att en icke-kortslutande overfaring av material fran tradelektroden till arbetsstycket uppnas. Vidare kan skyddsgasen innefatta atminstone en inert och atminstone en aktiv komponent.