Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Изобретение относится к сварке, а именно к способам соединения деталей из меди и медных сплавов методом контактной точечной сварки, может быть использовано для сварки деталей, работающих в условиях эксплуатации с высокими требованиями к качеству сварных соединений, и может быть использовано во всех отраслях промышленности, в том числе приборостроении.

Известен способ контактной точечной сварки молибдена (см., например, авторское свидетельство №210962, МПК B23K 11/16), при котором между свариваемыми поверхностями помещают промежуточную цельнометаллическую прокладку из титана.

Недостатком способа является его ограниченность применения - только для точечной сварки молибдена и экономическая нецелесообразность применения этого метода.

Прототипом данного изобретения является способ контактной точечной сварки (патент №2270081, МПК B23K 11/16, B23K 11/10, опубл. 20.02.2006), согласно которому при способе точечной сварки металлов с высокой электропроводностью, таких, например, как медь, алюминий, сплавов и металлов с покрытием на их основе, между свариваемыми поверхностями вводят промежуточную порошкообразную прослойку, причем указанную порошкообразную прослойку наносили на одну из свариваемых внутренних поверхностей детали, при этом толщина прослойки не превышала 0,3 мм. Порошкообразная прослойка состоит из самофлюсующегося с высоким электросопротивлением хромоникелевого сплава марки ПГ-СР с содержанием Ni и Cr 70-80%, остальное - C, Si, Mn, B, Fe. В процессе сварки расплавленный металл прослойки под действием осевых нагрузок вытесняют на периферию формирующейся сварочной точки.

Недостатками этого способа являются:

- низкая производительность процесса и высокая трудоемкость изготовления;

- ограниченность применения;

- наблюдается снижение коррозионной стойкости;

ограниченность функциональных возможностей промежуточного слоя, входящие в него компоненты недостаточно обеспечивают удаление вредных окисных и газовых составляющих из разогретой контактной зоны;

- экономическая нецелесообразность применения этого метода;

- окисление металла, образование на поверхности металла плотной и прочной оксидной пленки, плавящейся при температуре не менее 2100°C, затрудняющей процесс сварки и снижающей качество сварного соединения;

- затруднен контроль за нагревом и расплавление металла.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа соединения деталей из меди и медных сплавов методом контактной точечной сварки, в устранении указанных выше недостатков, расширении технических возможностей за счет использования вакуума и графитовых наконечников на электродах. Все это в совокупности и образует прочное и качественное сварное соединение при оптимальном подборе режима сварки. Это позволяет:

- снизить трудоемкость сварочного процесса;

- исключить окисление металла;

- обеспечить необходимую прочность соединения;

- обеспечить высокую коррозионную стойкость сварного соединения;

- исключить структурные изменения литого ядра и посторонних в нем включений.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе контактной точечной сварки, меди и медных сплавов, включающем сборку элементов, размещение сборки между сварочными электродами и сварку при пропускании импульсов сварочного тока и приложении давления сжатия, в качестве сварочных электродов используют электроды, выполненные из электропроводного материала с низкой теплопроводностью, пропускание импульсов сварочного тока осуществляют при постоянно сжатых электродах в течение времени, необходимого для нагрева элементов до температуры не выше 0,8 температуры плавления меди, при этом сварку осуществляют в вакууме 1,33·10^-2 мм рт.ст. В качестве сварочных электродов используют электроды, выполненные из графита.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что выбранные сварочные режимы обеспечивают высокие механические свойства сварочного шва. Пропускание импульсов сварочного тока осуществляют при постоянно сжатых электродах в течение времени, необходимого для нагрева элементов до температуры не выше 0,8 температуры плавления меди, что обеспечивает интенсивность образования и формирования сварного соединения деталей из меди и медных сплавов. Сварка в вакууме и в процессе осадки очищает свариваемые поверхности от оксидов, повышая качество сварки, и позволяет снизить расход электроэнергии на разогрев контакта, а также обеспечивает диффузию на полную глубину, что создает соединение из меди и медных сплавов повышенной прочности. Сварные соединения, изготовленные этим способом, подвергались механическим испытаниям. Графитовые электроды обеспечивают локализацию выделения тепла исключительно в точке контакта.

По способу-прототипу, способу-аналогу и заявленному изобретению были изготовлены сварные детали. Результаты испытаний механических свойств деталей, при температуре 20°C, по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

Пример 1. Сваривалась деталь методом контактной точечной сваркой из меди М2 толщиной 0,8 мм+0,8 мм.

Сборка размещалась в камере, которая обеспечивает вакуум 1,33·10^-2 мм рт.ст. между электродами, выполненными из графита. Затем пропускаются импульсы сварочного тока при постоянно сжатых электродах в течение времени, необходимого для нагрева элементов до температуры не выше 0,8 температуры плавления меди.

Режим контактной точечной сварки для всех способов: давление сварки - 0,15 МПа, сварочный ток - 16 кА, длительность импульса тока - 0,3 сек, длительность проковки - 0,1 сек, диаметр электрода - 18 мм с радиусной заточкой рабочей части.

Диаметр полученной сварной точки 5 мм.

Пример 2. Сваривалась деталь методом контактной точечной сваркой из латуни Л63 толщиной 1,0 мм+1,0 мм по условиям примера 1 при тех же режимах сварки.

Диаметр полученной сварной точки 8 мм.

Пример 3. Сваривалась деталь методом контактной точечной сваркой из латуни Л63 толщиной 1,0 мм+меди М2 толщиной 1,0 мм по условиям примера 1 при тех же режимах сварки.

Диаметр полученной сварной точки 6 мм.

Результаты испытаний механических свойств деталей, при температуре 20°C, по стандартным методикам испытания, представлены в таблице.

Полученные результаты выявили надежность сварного соединения, механическую прочность, зависимость сварного соединения от теплофизических свойств материала. Металлографические исследования выявили наличие литого ядра точки из основного металла и отсутствие в нем включений.

Таким образом, предлагаемое изобретение - способ контактной точечной сварки позволяет сваривать металлы с высокой электропроводностью с высокой прочностью, стабилизирует качество сварного соединения, повышает коррозионную стойкость, снижает энергетические затраты, повышает технологичность изготовления сварных конструкций, сведены к минимуму сварочные дефекты при грамотном подборе режимов сварки.