Электроды для контактной сварки применяются в отрасли машиностроения. Медные электроды для контактной сварки
Контактная сварка меди
Для меди и ее сплавов контактная сварка затруднена вследствие их высокой электрической проводимости и теплопроводности, а также узкого диапазона температур, в котором металл может свариваться давлением. Свариваемость медных сплавов лучше, чем технической меди, так как они обладают пониженной электрической проводимостью и теплопроводностью. Однако не все сплавы свариваются одинаково хорошо. Чаще контактная сварка применяется для латуней и кремнистых бронз. Среди них хорошо свариваются α-латуни (например, марки Л68), электрическая проводимость , которых не более 28% электрической проводимости меди. Повышение содержания цинка в латуни приводит к ухудшению ее свариваемости вследствие уменьшения пластичности сплава. Уменьшение концентрации цинка неблагоприятно влияет на свариваемость, поскольку понижается электросопротивление сплава. Хорошо свариваются кремнистая бронза (до 4% Si, электрическая проводимость равна примерно 10% электрической проводимости меди) и медно-никелевые сплавы, например мельхиор (80% Сu, 20% Ni, электрическая проводимость . равна 8% электрической проводимости меди).
Для получения чистой контактной поверхности заготовок рекомендуется их очистка механическим способом, а также травлением в тетрахлорметане или растворе каустической соды с последующей тщательной промывкой в проточной воде. Для растворения пленки оксидов применяют травление в следующих смесях: 10% -ный раствор серной кислоты, бихромат натрия; серная кислота, фтористый алюминий и 6dхромат натрия.
Точечная и роликовая сварка меди.
Точечная и роликовая сварка меди возможна только с применением электродов из тугоплавких металлов, обладающих теплопроводностью и электрической проводимостью, более низкими, чем основной металл, для уменьшения отвода теплоты во время сварки (например, из вольфрама или молибдена). При использовании таких электродов поверхность деталей сильно нагревается, а местами расплавляется, портится внешний вид изделия и быстро изнашиваются электроды. В связи с этим точечная и роликовая сварка технической меди ограниченно пригодна для промышленного применения.
Качество сварных точечных швов можно повысить, используя теплоизолирующие прокладки (например, из нержавеющей стали), размещаемые между электродами и поверхностями свариваемых деталей, а также покрывая соприкасающиеся поверхности деталей, например, серебром.
Для медных сплавов применение мягких режимов нецелесообразно. Обычно длительность нагрева медных сплавов при точечной сварке ограничивается 0,2-0,4с. Точечная сварка латуни производится короткими импульсами при больших значениях сварочного тока. В связи с высокой электрической проводимостью латуни толщина свариваемых листов на одной и той же машине принимается примерно в 2 раза меньше, чем толщина листов из стали. Шовная сварка латуни требует относительно большого удельного давления электродов, чем точечная. При сварке латуни марки Л62 υCB= 1 м/мин обеспечивает прочный плотный шов. При ширине роликов, равной 3-5 мм, сварочный ток для латуни приблизительно определяется из уравнения
Таблица 1. Ориентировочные режимы точечной сварки латуни Л62
| b, мм | Радиус поверхности электрода, мм | р, кПа | Р, кН | Iсв, кА | t, с | Потребляемая мощность, кВА |
| 0,5+0,5 | 50 | 67 | 1,3 | 1,6 | 0,1 | 68 |
| 1,0+1,0 | 50 | 98 | 1,8 | 18,3 | 0,2 | 95 |
| 1,5+1,5 | 70 | 78 | 2,6 | 26,8 | 0,2 | |
| 3,0+3,0 | 150 | 117 | 3,9 | 38,6 | 0,35 | 290 |
Латунь малых толщин (0,05-0,5 мм) можно соединять конденсаторной сваркой.
При точечной сварке медных сплавов с высоким электросопротивлением (кремнистая бронза, мельхиор) по сравнению со сваркой малоуглеродистой стали ток увеличивают примерно на 25%, мощность на 50%, давление на электроды принимают близким давлению при сварке стали.
Стыковая сварка оплавлением.
Стыковая сварка оплавлением требует особой техники из-за трудности поддержания на торцах свариваемых деталей слоя жидкого металла, а также при прогреве их на значительную глубину для последующей осадки. Лучшие результаты получаются при осадке стыка под током. Установочную длину вылета медных деталей определяют по формуле:
где d - диаметр свариваемых стержней, мм. Скорость оплавления ориентировочно равна 10 мм/с. Цикл сварки не должен превышать 1-2 с. Прочность стыка прутков из меди марки Ml в среднем составляет 206-215,8 МПа, угол загиба 180°.
Таблица 2. Ориентировочные режимы шовной сварки латуни Л62
| b, мм | Ширина роликов, мм | Р, кН | IСВ, кА | Потребляемая мощность, кВА |
| 0,5+0,5 | 3 | 2,45 | 22,3 | 110 |
| 0,5+0,5 | 3-4 | 2,45 | 25,5 | 140 |
| 1,0 + 1,0 | 4-5 | 3,7 | 27,0 | 160 |
Таблица 3. Ориентировочные режимы стыковой сварки оплавлением заготовок из меди
| Параметр | Размер заготовки, мм | ||
| Пруток, d=10 | Труба, 9,5x1,5 | Полоса, 44,5x10 | |
| Установочная длина, мм | 20 | 20 | 20 |
| Давление осадки, МПа | 372 | 284,5 | 216 |
| Сварочный ток, к А | 33 | 20 | 60 |
| Вторичное напряжение, В | 6 | 5 | 10 |
| Удельная мощность, кВА/мм2 | 2,6 | | 1,4 |
Медь соединяют стыковой сваркой сопротивлением. Провод и прутки из чистой меди диаметром 7-16 мм сваривают при i=380 А/мм2 и средней температуре нагрева 0,7-0,75Тпл. Начальное давление составляет 0,98-2,9 МПа, а конечное 343,4-392,4 МПа. Концентрированный нагрев контактной зоны и большие скорости осадки (150-250 мм/с) исключают разупрочнение металла и обеспечивают высокие пластические и электрические свойства соединений. Для соединения медных проволок успешно применяется стыковая конденсаторная сварка. Латунь и бронза соединяются стыковой сваркой легче, чем медь. Для их сварки требуются большие конечные скорости оплавления и осадки. Хорошо соединяются стыковой сваркой заготовки из деформируемых бронз марок Бр.Х0,5; Бр.ОФ6,5-0,15; Бр.АМц9-2. Поскольку скорость охлаждения бронзы значительно больше, чем стали, и бронза в интервале температур 750-770° С имеет достаточно высокую прочность, при ее сварке давление должно быть выше, чем при сварке стали. В ряде случаев для повышения пластичности сварных соединений рекомендуется их последующая термическая обработка: для соединений из бронзы типа Бр.Х0,5 - закалка в воде от 950-980°С, из бронзы Бр.ОФ6,5-0,15 отжиг при 500-550 °С (его можно дать после сварки на машине).
Таблица 4. Ориентировочные режимы стыковой конденсаторной сварки медной проволоки
| dпр, мм | СК, мкФ | U, кВ | Усилие осадки, кН |
| 1,6 | 256 | 0,9 | 1,4 |
| 2,0 | 380 | 1,0 | 1,4 |
| 2,8 | 380 | 1,4 | 1,5 |
| 3,0 | 540 | 1,5 | 1,6 |
| 3,2 | | 1,5 | 1,8 |
Таблица 5. Ориентировочные режимы стыковой сварки латуни и бронзы
| Параметр | Сплав | ||
| Л 62 | Бр.ОФ6,5-0,15 | ||
| Толщина металла, мм | 3-5 | 2-5 | 5-8 |
| Установочная длина (суммарная), мм | 30 | 30 | 45 |
| Припуск на оплавление, мм | 15 | 15 | 22 |
| Длительность оплавления, с | 3 | 3 | 9 |
| Скорость оплавления перед осадкой мм/с | 11 | 11 | 6 |
| Средняя скорость оплавления, мм/с | 5 | 5 | 2,5 |
| Длительность осадки под током, с | 0,3 | 0,3 | 0,5 |
| Давление осадки, МПа | 157 | 177 | 137-157 |
| Удельная мощность при оплавлении, кВА/мм2 | 0,05 | 0,07 | 0,03-0,035 |
| Удельная мощность при осадке, кВА/мм2 | 0,4 | 0,4 | 0,2 |
oitsp.ru
Влияние легирующих элементов на свойства медных сплавов используемых для электродов контактной сварки
С целью повышения свойств меди ее легируют различными элементами и в качестве электродных материалов применяют сплавы, которые по способу достижения необходимых свойств можно разделить на две группы:
1) материалы, у которых повышение прочностных свойств достигается только за счет холодной деформации;
2) дисперсионно твердеющие сплавы, свойства которых обеспечиваются за счет термической и механической обработок.
Примеси ряда элементов как попадающие при плавке, так и специально вводимые в качестве легирующих добавок в сплавы, в той или иной мере сказываются на физико-механических и технологических свойствах меди и ее сплавов и, в первую очередь, на понижении электропроводности (рис. 1).
Рис. 1. Влияние примесей и добавок на электропроводность меди:
а – влияние примесей;
б – влияние добавок
Незначительно снижают электропроводность меди малые добавки только некоторых элементов; например серебра, кадмия, магния, хрома, циркония и др. Эти же добавки, образуя с медью ограниченные твердые растворы, повышают ее прочность и твердость. Серебро, кадмий и магний дают с медью твердые растворы со сравнительно высокой предельной концентрацией (при температуре эвтектики предельная растворимость серебра в меди — 8,8%, кадмия — 2,7%, магния — 2,8%). Сплавы меди с небольшим содержанием серебра, кадмия и магния (до 1,0%) принадлежит к термически необрабатываемым и упрочняются только за счет холодной деформации.
В наименьшей степени снижают электропроводность меди малые добавки серебра, но по пределу прочности и твердости при комнатной и повышенных температурах сплавы меди с серебром уступают медным сплавам с другими элементами.
Серебро заметно повышает температуру рекристаллизации меди и сопротивление ползучести и поэтому является весьма ценным легирующим элементом высокоэлектропроводных медных сплавов.
Значительное распространение как легирующий элемент проводниковой меди получил кадмий, который незначительно снижает электропроводность меди, но повышает ее прочностные свойства. Заменителем кадмия может быть магний, но так как магний снижает электропроводность меди в большей степени по сравнению с серебром и кадмием, то его вводят в сплав не более 0,3%. Исследования медно-магниевых сплавов показали, что сплав, содержащий 0,1…0,3% магния, равноценен по свойствам стандартной кадмиевой бронзе с 0,9…1,2% кадмия. Весьма эффективной оказалась присадка к медно-магниевому сплаву бора. Бор способствует размельчению зерна; малые добавки бора (до 0,02%) в двойные медные сплавы увеличивают прочность металла при сохранении пластичности. В качестве материала для электродов был предложен сплав меди с магнием и бором, содержащий магния до 0,3% и бора до 0,1%.
Практически используемые как проводниковые и жаропрочные сплавы меди с серебром, кадмием и магнием относятся к материалам, у которых необходимые свойства достигаются только за счет холодной деформации. Более высокие механические свойства и, в частности, жаропрочность могут быть достигнуты у дисперсионно твердеющих сплавов, упрочняемых термомеханической обработкой.
За характеристику жаропрочности может быть принята длительная одночасовая твердость при повышенной температуре, предложенная А.А. Бочваром, как простой и быстрый способ оценки свойств металлов при высоких температурах и, притом, дающий хорошую корреляцию с испытаниями на ползучесть.
На рис. 2 по данным М. В. Захарова показано влияние добавок ряда элементов на твердость меди для температур 20, 500 и 800° С. При комнатной и умеренных температурах большая часть добавок увеличивает твердость меди, при повышенных температурах характер влияния отдельных элементов несколько изменяется.
При высоких температурах (свыше 0,5…0,6 ) только небольшое число добавок повышает жаропрочность растворителя. К ним относятся такие добавки: 1) которые имеют высокую температуру плавления, незначительно понижают температуру плавления растворителя; 2) делают твердый раствор более диффузионно устойчивым, т.е. повышают температуру рекристаллизации и модуль упругости сплава; 3) образуют тугоплавкие и сложно построенные жаропрочные избыточные фазы, обычно не содержащие металла растворителя. К этим положительно действующим добавкам относятся переходные элементы периодической системы Менделеева с недостроенными внутренними электронными оболочками. Применительно к электродным сплавам такими элементами являются цирконий, кобальт, хром, титан и др.
В качестве материалов для электродов контактных машин применяются сплавы меди с хромом, цирконием, хромом и кадмием, хромом и алюминием, хромом и магнием и с различными добавками малых количеств элементов к этим системам.
Необходимые механические свойства, жаропрочность и высокая электропроводность в этих сплавах достигаются термомеханической обработкой: закалкой, холодной деформацией и отпуском. В результате старения (отпуска) в металле выделяется мелкодисперсная избыточная фаза, упрочняющая сплав.
Рис. 2. Влияние добавок на твердость меди:
а—.влияние добавок на твердость меди при температуре 20° C;
б — влияние добавок на длительную твердость меди при температуре 600° C;
в — влияние добавок на длительную твердость меди при температуре 800° C
Особенно характерными элементами, упрочняющими сплав в результате термомеханической обработки, являются хром и цирконий. Хром и цирконий образуют с медью системы с очень ограниченной растворимостью элементов (рис. 3). Предельная растворимость хрома при температуре эвтектики составляет около 0,65%, а циркония около 0,11…0,15%.
С понижением температуры растворимость хрома и циркония в меди уменьшается, что является основой для термической обработки сплава и последующего увеличения его твердости через дисперсионное твердение. Для перевода этих элементов в твердый раствор сплав нагревается до температуры, близкой к эвтектической и затем резко охлаждается. При этом будет зафиксирован метастабильный пересыщенный твердый раствор. Выделение хрома и циркония из пересыщенного твердого раствора в дисперсном состоянии значительно увеличивает твердость и электропроводность сплава. Это выделение происходит в процессе отпуска. Обработка закаленного сплава давлением увеличивает нестабильность твердого раствора и способствует более полному распаду его при отпуске, поэтому твердость сплава повышается, если до отпуска материал подвергнуть холодной деформации на 40…50%.
В системе медь—цирконий упрочняющей фазой, выделяющейся при пониженной температуре, является тугоплавкое соединение Cu3Zr (температура плавления 1115° С).
Рис. 3. Угол диаграммы состояния сплавов:
а — Cu-Cr;
б — Cu-Cr-Zr
При невысоких температурах мелкодисперсные метастабильные фазы могут сохраняться длительное время и медленно переходить в стабильную фазу, отвечающую равновесному состоянию. Степень устойчивого состояния и медленный процесс коагуляции мелкодисперсной избыточной фазы являются признаком длительного сохранения высокой жаропрочности сплава. Чем сложнее химический состав твердых растворов и избыточных фаз, тем медленнее в них протекают реакции коагуляции и, следовательно, тем выше температурный предел относительно устойчивого их состояния.
Кроме перечисленных элементов в медь для легирования вводят бериллий, никель, кобальт, алюминий, титан и некоторые другие. Бериллий образует с медью ограниченные твердые растворы с переменной растворимостью. Сплавы меди с бериллием, называемые бериллиевыми бронзами, упрочняемые при термической обработке, обладают высокими прочностными свойствами, но очень ограниченной электропроводностью. Обычно в двойные медно-бериллиевые сплавы добавляют кобальт, никель и за счет снижения содержания бериллия добиваются более высокой электропроводности. Кобальт и никель с бериллием образуют соединения типа CoBe и NiBe.
Алюминий в небольшом количестве существенного влияния на механические свойства и обработку меди не оказывает, однако он сильно понижает электропроводность и теплопроводность меди. Алюминий резко уменьшает окисляемость меди при комнатной и повышенных температурах. В электропроводные медные сплавы он вводится в небольших количествах и как самостоятельный легирующий элемент значения в этом случае не имеет;
Титан также вводится в электродные сплавы в очень небольшом количестве. Он резко понижает электропроводность сплава. Однако, по имеющимся литературным данным, добавки титана в сплав эффективно действуют на торможение ползучести, повышают пластические свойства сплава и, кроме того, титан является в известной мере модификатором, способствуя размельчению зерна. Все эти элементы, вводимые в медь, могут образовать химические соединения, выделяющиеся при термической обработке в виде дисперсных избыточных фаз.
Тугоплавкие избыточные фазы сложного состава сильно повышают жаропрочность сплава. Такими избыточными фазами применительно к меди являются: CoBe; NiBe; NiSi и др. На рис. 4 показан угол квазибинарного разреза Cu-NiBe диаграммы состояния тройной системы Cu-Ni-Be (штриховой линией показана предположительная линия растворимости). Упрочняющие фазы в этих системах, располагаясь по границам зерен в виде крупных включений или по всей матрице в виде мелких включений, существенно увеличивают прочность и твердость сплава, особенно при повышенных температурах. Однако следует иметь в виду, что относительно крупные частицы упрочняющей фазы, расположенные по границам зерен твердого раствора, могут являться и очагами зарождения межзеренных трещин.
Рис. 4. Угол квазибинарного разреза Cu-NiBe диаграммы состояния системы Cu-Ni-Be
Кроме специальных легирующих элементов в меди в качестве примесей могут присутствовать попадающие при плавке висмут, сурьма, мышьяк, железо, свинец, сера и другие элементы, влияние которых на свойства сплавов необходимо учитывать. В зависимости от марки меди их содержание несколько изменяется. Висмут в меди является весьма вредной примесью. При небольших количествах его медь разрушается при горячей обработке давлением, а при повышенном содержании медь делается хрупкой и в холодном состоянии. Сурьма отрицательно сказывается на пластичности, металла, понижая электропроводность и теплопроводность его. Мышьяк не оказывает заметного влияния на механические и технологические свойства меди, но сильно понижает ее электропроводность и теплопроводность, повышает температуру рекристаллизации и жаростойкость меди, а также парализует вредное влияние висмута, сурьмы и кислорода и поэтому иногда вводится даже как легирующий элемент.
Железо измельчает структуру металла, задерживает рекристаллизацию, повышает прочность, снижает пластичность, электропроводность, теплопроводность и коррозионную устойчивость. Свинец не растворяется в меди и твердом состоянии и не сказывается на электропроводности и теплопроводности, меди. Он улучшает обрабатываемость меди резанием, однако при горячей обработке давлением медь, содержащая примеси свинца, легко разрушается. Сера заметно снижает пластичность при горячей и холодной обработке давлением.
Таким образом, большинство этих примесей является вредными и их содержание ограничивается, соответствующими нормами.
Как уже ранее указывалось, повышение свойств сплавов может быть достигнуто за счет холодной деформации, термической и термомеханической обработки. При холодной деформации за счет наклепа прочность чистой меди, например, может быть повышена с 20…25 до 40…45 кг/мм2. Термомеханическая обработка существенно увеличивает прочностные характеристики дисперсионно-твердеющих сплавов. Однако при термомеханической обработке необходимо считаться с возможностью ускоренной коагуляции выделившихся упрочняющих фаз при высоких температурах. Так, широко применяемая в качестве электродного сплава бронза Бр.Х обычно подвергается термомеханической обработке, состоящей, из закалки, холодной деформации и отпуска, после которой структура металла представляет твердый раствор с равномерно распределенными дисперсными выделениями хрома. Проведенные измерения одночасовой горячей твердости сплава Бр.Х с 0,61% хрома в двух состояниях (после отжига и термомеханической обработки) показали, что в интервале 300…530° С твердость больше у сплава, прошедшего ТМО, а выше 530° C — у отожженного (рис. 5). Разница в горячей твердости связана с различной структурой металла у сплавов в разных состояниях. Дисперсные выделения хрома, равномерно распределенные в матрице сплава, прошедшего ТМО, препятствуют его разупрочнению до определенной температуры, когда намечается их заметная коагуляция, и сопротивление деформации сплава падает. При 530° C сплавы обладают равной твердостью, а выше ее — большая твердость будет у отожженного сплава с крупным зерном и с заранее скоагулированными включениями хрома. Большая прочность крупнозернистого металла при высоких температурах характерна для металлов и при ползучести.
Рис. 5. Изменение одночасовой горячей твердости хромовой бронзы термически необработанной, в состоянии поставки (сплошная кривая) и после термомеханической обработки (штриховая кривая)
О.С. Мнушкин и М.И. Замоторин вводили в хромовую бронзу небольшие добавки мишметалла (РЗМ). Ими было установлено, что редкоземельные металлы, введенные в небольших количествах (до 0,5%), практически не растворяются в меди и не снижают электропроводности хромовой бронзы после термической обработки на максимальную твердость, в то же время жаропрочность сплава, содержащего 0,2…0,5% мишметалла, выше, чем двойного сплава Cu-Cr. Повышенная жаропрочность сплава объясняется образованием прочного каркаса из эвтектики Cu-Cr — РЗМ по границам зерен.
При высоких температурах электродные сплавы могут интенсивно окисляться, образуя на торце электродов пленку. Окисление рабочей поверхности электродов, увеличивая контактное сопротивление, приводит к еще большему разогреву металла при прохождении сварочного тока и тем самым к его разупрочнению. С другой стороны, образующийся на торце электрода окисел, предохраняет металл от дальнейшего окисления в обычной воздушной среде. С увеличением плотности окисной пленки повышаются ее связь с металлом и защитные свойства. Поверхностные пленки оказывают также заметное влияние и на механические свойства и ползучесть материалов. Их влияние может быть связано с блокированием источников дислокаций, выходящих на поверхность, или с. сопротивлением выходу . дислокаций. Таким образом, поверхностные пленки могут повышать сопротивление ползучести.
М.В. Захаров изучал влияние небольших количеств добавок на жаростойкость меди при высоких температурах. Им было показано, что твердые растворы меди с бериллием, алюминием и магнием окисляются примерно в 1,5…2 раза меньше, чем медь (рис. 6). Защитное действие окислов увеличивается по мере повышения их температуры плавления, теплоты образования и электросопротивления и уменьшения упругости диссоциации. Так, температура плавления и теплота образования окислов магния, циркония, бериллия и алюминия соответственно равны 2800° C и 290 ккал/моль, — 2700° С и 178 ккал/моль, 2550° С и 275 ккал/моль, 2050° С и 252 ккал/моль.
Рис. 6. Окисление медных сплавов при температуре 700° C
Как видно из приведенного, при создании сплавов для электродов необходимо учитывать и роль элементов, способствующих образованию окисных пленок на металле электродов, и вводить их в качестве легирующих в электродные сплавы для повышения жаростойкости. Особенно важно это для материалов электродов при точечной и роликовой сварке алюминия и его сплавов. Перенос меди на поверхность деталей вызывает их интенсивную коррозию, а загрязнение электродов алюминием приводит к необходимости частых зачисток, снижению производительности и большому расходу материала электродов. Ю.И. Симонов объясняет причины взаимного переноса металла деталей и электродов процессами диффузионного характера. При сварке легких сплавов наличие неравномерной пленки окислов на контактирующих поверхностях является и причиной неправильной формы ядра сварных точек, поэтому поверхность деталей при сварке алюминия и его сплавов тщательно зачищают механическим путем или специальной химической очисткой.
Введение в состав электродных сплавов элементов, которые обеспечивают сравнительно длительную работу без так называемого прилипания электродов к поверхности деталей весьма существенно. Опыты показали, что присадка серебра и магния в медь способствовали увеличению числа сваренных точек без потемнения поверхности изделий. В то же время наличие в электродных сплавах присадок хрома приводило к сравнительно быстрому прилипанию электродов.
Интенсивное развитие порошковой металлургии в нашей стране и за рубежом привело к значительному расширению номенклатуры применяемых в промышленном масштабе порошков цветных металлов и изготовлению из них ряда изделий. Материалы, изготовленные методом порошковой металлургии при повышенных температурах, обладают несколько более высокими механическими свойствами по сравнению с компактными металлургическими, что объясняется микроскопической пористостью спеченных материалов. Считается, что основной причиной повышения механических свойств является окисная пленка на поверхности частиц порошка, которая сохраняется в процессе спекания и затрудняет рекристаллизацию подобно дисперсным включениям, препятствующих движению дислокаций и затрудняющих протекание процесса собирательной рекристаллизации. Влияние температуры на механические свойства пористых материалов в общем аналогично компактным материалам.
У пористых образцов по сравнению с компактными наблюдается несколько повышенная скорость ползучести, что объясняется не столько пористостью образцов, сколько возможным неравновесным состоянием. Однако пористые металлические материалы обладают высокой термостойкостью, так как поры увеличивают сопротивление материала тепловым ударам.
По физико-механическим свойствам металлокерамическая медь близка к монолитной и характеризуется более высокими значениями предела прочности и твердости при повышенных температурах (табл. 1).
Таблица 1. Свойства монолитной и металлокерамической меди
| Медь | Плотность, г/см3 | Удельное электросопритивление, Ом/мм2/ч | Коэффициент линейного расширения (20…100° C) 106×1/° С | Механические свойства при температуре, ° С (, кг/мм2 и HB) | |||||||||||
| 20 | 120 | 150 | 300 | 350 | 400 | ||||||||||
| HB | HB | HB | HB | HB | HB | ||||||||||
| Металлургическая | 8,9 | 0,018 | 16,8 | 30 | 95 | 24 | 80 | 23 | 75 | 22 | 68 | 19 | 40 | 13 | — |
| Металлокерамическая | 8,8 | 0,020 | 16,1 | 30 | 75 | 28 | 67 | 28 | 60 | 26 | 57 | 23 | 49 | 21 | — |
Исследования микроструктуры монолитной и металлокерамической меди показали, что при приблизительно равном размере зерна в исходном состоянии после нагрева до 300° C в течение 24 ч размер зерна в металлургической меди существенно увеличивается, а в металлокерамической он остается практически без изменения. Это, по-видимому, связано с отмеченной выше задержкой процессов рекристаллизации.
Сравнение свойств при комнатной и повышенной температурах кадмиевой бронзы, изготовленной методами обычной металлургии и порошковой, показали приблизительно одинаковые свойства обоих материалов (табл. 2) Микроструктура обоих материалов показана на рис. 7.
Таблица 2. Свойства монолитной и металлокерамической кадмиевой бронзы
| Кадмиевая бронза | Электропроводность, % от Cu | Твердость НВ при 20° | Одночасовая горячая твердость HB при температуре,° С | |||
| 300 | 350 | 400 | 500 | |||
| Металлургическая | 94 | 118 | 68 | - | 18 | 9 |
| Металлокерамическая | 91 | 101 | 60 | 30…32 | 16 | 9 |
Рис. 7. Микроструктура металла кадмиевой бронзы металлургической (а) и металлокерамической (б)
Отечественной промышленностью с помощью порошковой металлургии выпускаются медновольфрамовые материалы, содержащие 25% меди и 75% вольфрама. Эти материалы обладают высокой твердостью (НВ 200…220) и применяются в качестве вставок в электродах для точечной и рельефной сварки и для губок стыковых машин.
Иностранными фирмами методом порошковой металлургии изготовляются различные материалы— элконайты — продукт спекания тугоплавких металлов (вольфрама, молибдена) или их карбидов с медью. Эти материалы имеют электропроводность от 20 до 45% от меди, предел прочности до 95 кг/мм2 и твердость, доходящую до 490 (для случая спекания меди с карбидом вольфрама). За границей освоен выпуск специальных материалов на основе порошков серебра с вольфрамом, молибденом или их карбидами. Эти материалы имеют сравнительно невысокий предел прочности (25…50 кг/мм2), электропроводность 40…60% от отожженной меди и твердость 150…200.
Комбинации тугоплавких металлов с высокоэлектропроводными дают плотные твердые материалы, обладающие большой износостойкостью и высокой прочностью при повышенных температурах в сочетании с хорошей тепло- и электропроводностью.
Наряду с дисперсионно-упрочняемыми материалами, в порошковой металлургии начинают применяться новые материалы, упрочняемые металлическими волокнами. Создаются материалы, представляющие композицию из мягкой матрицы и высокопрочных волокон, армирующих матрицу. В композитном материале основную нагрузку воспринимают волокна, а матрица передает лишь нагрузку от одного волокна к другому. В случае возникновения трещины при разрушении волокна, она будет гаситься мягкой матрицей.
Высокая прочность волокнистых материалов связана с использованием пластического течения матрицы и нагружением всех волокон композиции. Такие материалы должны обладать высокой термической стойкостью. Основные закономерности поведения металлических материалов с непрерывными волокнами были установлены на композиции медь—вольфрам. Первые опыты применения волокнистых композиционных материалов для электродов контактных машин не дали пока удовлетворительных результатов. По-видимому, это было связано с недостаточно удовлетворительным качеством материалов и отработанной технологией их изготовления, представляющей еще много принципиальных и технологических трудностей. Однако ожидаемые преимущества от использования таких материалов в недалеком будущем несомненно приведут к интенсивным научным поискам и созданию стойких материалов на основе высокопрочных волокон.
k-svarka.com
Сплавы для электродов точечных машин
В настоящее время насчитывается несколько десятков различных марок высокоэлектропроводных бронз, из которых, могут быть изготовлены электроды точечных сварочных машин.
Легирующими добавками электродных бронз являются хром,, кадмий, бериллий, цирконий, серебро, кобальт, алюминий, никель, теллур, магний. Применение в качестве электродного материала чистой меди ничем не оправдано.
Известны две основные группы бронз, применяемых для изготовления электродов.
К первой группе относятся бронзы, не подвергаемые термической обработке. Необходимые свойства таких бронз достигаются только холодной деформацией. Вторую группу составляют термически обрабатываемые сплавы, необходимый комплекс свойств которых получается в результате закалки и последующего старения, иногда дополняемого нагартовкой. К первой группе относятся двойные кадмиевые и теллуровые, а также низколегированные серебряные бронзы, тройная серебрянокадмиевая бронза и др. Вторая группа включает хромовые, никелевые, кобальтовые и циркониевые бронзы. Бронза, содержащая 5…7% серебра, может употребляться как в термически обработанном виде, так и без обработки и в зависимости от этого относится либо к первой, либо ко второй группе.
Характеристики бронз первой группы и страны, в которых они производятся, приводятся в табл. 1.
Таблица 1. Характеристики электродных бронз, не подвергаемых термической обработке
| Материал | Химический состав, % | Относительная электропроводность, % | Твердость по Бринелю, кг/мм2 | Предел прочности, кг/мм | Температура разупрочнения, °С |
| Кадмиевая бронза «МК» (СССР) | 98,65…99,00 Сu, 0,90…1,24 Сd | 85…90 | 100…105 | 40…42 | 250…300 |
| Кадмиевая медь (Англия) | 0,75…1,2 Cd, 0,002…0,012 P, остальное — Си | 80…95 | 105…122 | 28…42 | 350…400 |
| Элкалой «А» (США) | 1,0 Cd, остальное — Cu | 90 | 125 | 45 | 350 |
| Судалокс-100 (Франция), | 1,0 Al, остальное — Си | 80…85 | 110…120 | 45 | 350 |
| (Англия) | 0,6…1,0 Те, 0,03…0,1 N1, остальное — Си | 90 | 90…105 | 25…30 | 450 |
| Бломбит (ФРГ) | 1,0…2,0 Аg, остальное — Си | 85…90 | 100 | 30…40 | 350…400 |
| Эльмет (ФРГ) | 5,0…7,0 Аg, 1,2 Cd | 70…85 | 145…170 | 45…50 | 400 |
Наиболее распространенными электродными сплавами первой группы является кадмиевая бронза, выпускаемая под маркой МК. В настоящее время она применяется во многих странах главным образом для сварки легких сплавов. Серебряные бронзы бломбит и эльмет применяются в ФРГ.
Термически обрабатываемые бронзы для электродов точечных машин приведены в табл. 2. Наиболее распространенным сплавом этой группы до настоящего времени является двойная хромовая бронза, хотя имеются сплавы, превосходящие ее по стойкости.
Таблица 2. Термически обрабатываемые электродные бронзы
| Марка | Содержание легирующих элементов, % | Способ обработки | Относительная электропроводность, % | Твердость по Бринелю в кг/мм2 | Предел прочности, кг/мм2 | Температура разупрочнения, °С | Назначение |
| Бр. X | 0,4…1,0 Cr | Закалка 980..1000°, наклеп 30…40%, отпуск 400…450° 4…5 ч | 75…85 | 130…140 | 45…50 | 500-525 | Электроды для точечной сварки углеродистой и низколегированных сталей и титана |
| Мц-2 | 1,5…1,8 Ni 0,4…0,6 Si, 0,15…0,3 Mg | Закалка 850…900°, наклеп 50…60%, отпуск 510…520° 5 ч | 45…50 | 140…170 | 50…55 | 540 | Электроды для точечной сварки нержавеющей стали и аустенитных сплавов |
| Мц-4 | 0,4…0,7 Cr, 0,1…0,25 Al, 0,1…0,25 Mg | Закалка 1000…1020°, наклеп 50…60%, отпуск 470…490° 4 ч | 65…75 | 130…140 | 40…45 | 510 | Электроды для точечной сварки стали и никелевых сплавов |
| Мц-4А | 0,3…0,5 Cr, 0,1…0,25 Mg | Закалка 970…990°, наклеп 50…60%, отпуск 470… 490° 4 ч | 75…80 | 100…120 | 35…40 | 500 | Опытные электроды для точечной сварки алюминиевых, магниевых сплавов и сталей |
| Мц-5 | 0,4…0,7 Cr, 0,2…0,35 Zr | Закалка 1000…1020°, наклеп 50…60%, отпуск 470…490° 4 ч | 80…85 | 110…120 | 42 | 520 | Опытные электроды для точечной сварки стали и легких сплавов |
| Мц-5А | 0,2…0,4 Cr, 0,2…0,35 Zr | Закалка 940…950°, наклеп 50…60%, отпуск 470…490° 4 ч, наклеп 20…30% | 85…87 | 95…100 | 35…36 | 510 | Опытные электроды для точечной сварки алюминиевых, магниевых сплавов и сталей |
| Мц-5Б | 0,25…0,45 Cr, 0,20…0,35 Cd | Закалка 940…950°, наклеп 50…60%, отпуск 470…490° 4 ч, наклеп 20…30% | 85…95 | 120…130 | 45…48 | 450 | Электроды для точечной сварки малоуглеродистой стали и легких сплавов |
| Бр. ХТ | 0,6 Cr, 0,1 Ti | Не известен | 70…75 | 175…180 | — | — | Опытные электроды для точечной сварки стали |
| Бр. ХТН | 0,4 Cr, 0,5 Ni, 0,1 Ti | Не известен | 68…70 | 185…200 | — | — | То же |
| Бр. ХКд- 0,5…0,3 | 0,35…0,65 Cr, 0,2…0,5 Cd | Закалка 960…980°, отпуск 470…490° 4 ч, наклеп 20…30% | — | 120…130 | — | — | Электроды для точечной сварки малоуглеродистой стали |
|
| 1,8 Со, 0,4 Si | Закалка 980°, наклеп 50…60%, отпуск 450° 8…10 ч | 50…55 | 200 | — | — | Опытные электроды для точечной сварки аустенитной стали |
Хром обладает переменной растворимостью в меди, что и позволяет улучшать свойства двойной хромовой бронзы путем закалки и последующего старения. Процесс старения сплавов такого типа протекает более полно, если перед старением сплав подвергается нагартовке. Согласно существующей точке зрения на этот процесс, искажение кристаллической решетки способствует образованию обогащенных легирующим элементом зон, обеспечивающих наибольшую твердость и прочность сплава при наименьшем снижении электропроводности.
Эвтектическая температура двойного сплава составляет 1058…1072° при максимальной растворимости хрома в меди 0,65…1,00%.
Исходя из этих положений наилучшим режимом термической обработки не только двойных, но и более сложных хромовых бронз считается закалка при 980…1000° С, деформация 35…4С % и отпуск при температуре 400…480° (чаще 450°) в течение 4…5 ч. Качество термической обработки хромовых бронз определяется полнотой перехода хрома в твердый раствор при нагреве под закалку, что можно контролировать несколькими способами. Первый способ состоит в прямом металлографическом контроле на отсутствие структурно свободного хрома. Косвенный способ заключается в исследовании электропроводности сплава. Для контроля в этом случае используется явление резкого понижения электропроводности хромовой бронзы при полном переходе хрома в твердый раствор. Однако оба способа требуют специального оборудования, а для измерения электропроводности необходимы также образцы достаточной длины, что не всегда осуществимо. Поэтому обычно контроль за качеством термической обработки хромовых бронз сводится к соблюдению режима термической обработки и измерению твердости бронзы.
Двойная хромовая бронза поставляется в виде полуфабриката, причем некоторые виды полуфабрикатов из этой бронзы поставляются в термически обработанном состоянии.
Хромовая бронза с добавками алюминия и магния марки Мц-4 была рекомендована в качестве материала для электродов точечной сварки. Однако при обычной технологии изготовления электродов из деформированного сплава она не оправдала возложенных на нее надежд. Но не исключена возможность получения высокой стойкости литых электродов из хромоалюминиевомагниевой бронзы.
Хромокадмиевая бронза марки Мц-5Б имеет преимущество по сравнению с другими отечественными сплавами при сварке малоуглеродистой стали.
Хромокадмиевую бронзу марки Мц-5Б рекомендуется для изготовления электродов при точечной сварке алюминиевых и других легких сплавов. Другие хромовые бронзы, приведенные в табл. 2, применялись как опытные сплавы.
Ранее применявшиеся хромоцинковая бронза Бр. ХЦ (ЭВ) и хромобериллиевая бронза Бр. ХБ-0,7—0,2 (Э2) в настоящее время заменены более совершенными бронзами и производство их прекращено.
Никелевые высокоэлектропроводные отечественные бронзы находят меньшее применение в качестве электродного материала при точечной сварке. Некоторое применение на автомобильных заводах ранее находила кремненикелевая бронза. Бронза Мц-2 может быть рекомендована для изготовления электродов при точечной сварке аустенитных сталей и сплавов, а кремненикелевая бронза в последнее время заменена различными хромовыми бронзами.
Двойные медноникелевые сплавы не обладают переменной растворимостью в твердом состоянии, а поэтому двойная никелевая бронза не находит применения. Возможность упрочнения при термической обработке никелевые бронзы приобретают только за счет введения в их состав по крайней мере третьего легирующего компонента — кремния. Тройная диаграмма медь-никель-кремний показывает наличие предельной растворимости в системе, причем критические точки сплавов в сильной степени различны для различного содержания кремния и других легирующих элементов. Поэтому общие рекомендации по выбору температуры закалки как для хромовых бронз для тройных никелькремнистых бронз не могут быть даны.
Режим термической обработки и контроль ее качества необходимо назначать отдельно для каждого сплава.
Для приготовления сплавов электродов точечных машин за рубежом применяются в основном те же легирующие элементы и в первую очередь хром, однако, помимо хромовых бронз, находят применение также серебряные, кобальтовые, никелевые и циркониевые бронзы.
k-svarka.com
Новочеркасский завод сварочных электродов
Практически для всех видов контактной сварки используются электроды, в свойства которых входит высокая стойкость, так как при контактном виде сварке, электроды имеют склонность к изнашиванию.
Сохранение первоначальной формы, характеристик и размеров, для электродов, предназначенных для контактной сварки, так же очень важно.
Основное назначение электродов для контактной сварки — это обеспечение замыкания, которое происходит через изделия, подвергающиеся сварке.
К самым простым и удобным в эксплуатации электродам, можно смело отнести прямые электроды, которые производятся из разнообразных сплавов и конечно же соответствуют ГОСТу.
По своей натуре, электроды которые используются для контактной сварки, являются быстроизнашивающимся инструментом, который заменяют по мере необходимости.
Для изготовления таких электродов обычно используют медь, не исключением являются и различные медные жаропрочные сплавы.
Так же для изготовления данных электродов может использоваться бронза.
Что касается бронзы, то она может быть кадмиева, хромоциркониевая, бронза легированная никелем, бериллием, титаном, а так же бронза хромистая.
Прямые электроды для контактной сварки
Прямые электроды для контактной сварки как правило изготавливают из специального прутка, диаметр которого составляет от 12 до 40 мм.
Что касается рабочей поверхности данных электродов, то она может быть как сферической, так и плоской.
Если необходимо сварить детали, которые имеют сложную конструкцию, для контактной сварки используют электроды, рабочая поверхность которых смещена, такие электроды ещё называются (сапожковые).
Довольно часто, прямые электроды для контактной сварки могут иметь цилиндрическую поверхность крепления, такие электроды обычно закрепляют специальными резьбовыми соединениями, которые имеют конусную форму, или же закрепляют зажимами.
Стоит отметить, что прямые электроды для контактной сварки, можно закреплять на конусе несколькими видами, к примеру: запрессовывать, крепить накидной гайкой или же припаивать.
Электроды для рельефной контактной сварки
Для контактной рельефной сварки так же применяют электроды, особенностью данных электродов является то, что их конструкция напрямую зависит от формы изделия и от типа соединения.
Что касается размера рабочей части электродов для рельефной контактной сварки, то этот размер не является обязательным и существенным для концентрации тока, потому что площадь и форма контакта, определяется непосредственно формой поверхностей, которые подлежат сварке, в месте их соприкосновения.
Электроды для рельефной контактной сварки так же имеют свои различия:
- Электроды для одно-рельефной сварки
- Электроды для много-рельефной сварки
- Электроды для Т образных соединений
- Электроды для сварки кольцевых рельефов
Стоит отметить, что к достаточно новой группе относятся электроды, изготовленные из различных порошковых материалов.
Изготовление электродов для контактной сварки
Электроды для контактной сварки обычно изготавливаются из металлов, которые обладают низким сопротивлением.
Выбор пал на эти металлы не случайно, так как электроды для контактной сварки в обязательном порядке должны отличаться выносливостью по сохранению своей формы, а так же они должны стойко сохранять форму своей рабочей части при высоких температурах.
Электропроводность сварки у данного вида электродов, так же должна быть высокой, это входит в обязательные характеристики электродов для контактной сварки.
Стоит отметить, что если необходимо сварить металлы, которые имеют низкую электропроводимость, то для такой контактной сварки обычно используют электроды, которые были изготовлены из нескольких частей.
Рабочая часть такого электрода изготавливается из металла, которые обладает именно теми свойствами, которые необходимы для получения хорошего и качественного соединения, а что касается основания данного электрода, то оно изготавливается из медного сплава.
Фигурные электроды, показанные ниже, используются только в тех случаях, когда контактная сварка электродами прямыми невозможна.
Обратите внимание на то, что фигурные электроды наиболее сложны в своём изготовлении, и их износостойкость намного ниже по сравнению с прямыми электродами для контактной сварки.
Фигурные электроды для контактной сварки
Требования к электродам для контактной сварки
Первое на что стоит обратить внимание, что электроды, предназначенные для контактной сварки имеют тонкий наконечник, это является обязательным требованием.
Обычно, когда электрод изнашивается, его просто меняют на другой, однако иногда допускается подтачивать наконечник, правда делать это надо фасонными резцами на токарном станке.
Дело в том, что любая неровность контактной поверхности, неминуемо приведёт к сварному соединению, качество которого будет мягко сказать, не на высоте.
Так же стоит отметить, что периодически, в процессе работы, электрод имеет свойство нуждаться в зачистке.
Зачистка электрода производится, как правило, абразивным полотном, либо же обычным напильником.
Ещё одной особенностью или скорее потребностью электродов для контактной сварки является обязательное наличие охлаждение, охлаждение является водяным.
У посадочной части электрода имеется специальное отверстие, через специальную трубку, которая имеет срез на своём конце, в это отверстие подаётся вода.
Вода стекает к самому дну электрода и начинает охлаждать его, после чего с такой же лёгкостью выходит уже через другую трубку, которая располагается в электро-держателе.
Обратите внимание на то, что чем больше изношен электрод, тем соответственно ближе находится дно охлаждающего канала, благодаря чему электрод становится более стойким.
Чтобы обеспечит более длительную работу электродов при контактной сварке, не рекомендуется применять наконечники мелкого калибра для больших и тяжёлых работ.
Где купить электроды для контактной сваркиМногие задаются вопросом, где же можно купить электроды для контактной сварки, так чтобы качество было хорошее, и цена была приемлемой.
Ответов на этот вопрос на самом деле много, но чтобы не ошибиться в выборе и купить действительно качественные электроды, необходимо остановить свой выбор на специализированных магазинах.
Контактная сварка является достаточно востребованной, поэтому и недостатка в электродах для данного вида сварки быть не должно.
К специализированным магазинам относятся магазины, в которых продаётся непосредственно сварочное оборудование, так же купить электроды можно и в некоторых магазинах строительных материалов.
Не стоит забывать про интернет магазины, иногда в интернет магазине можно купить товар более высокого качества, однако не стоит забывать, что перед покупкой продукции в интернет магазине, будет не лишним проверить данный сайт на надёжность, так же не забывайте, что при покупке электродов в интернет магазине, доставка почти всегда входит в стоимость покупки.
www.nzse.ru
Электроды для контактной сварки применяются в отрасли машиностроения
Главная страница » Электроды для контактной сварки применяются в отрасли машиностроения
Контактная сварка является сварочным процессом, при котором образование неразъемного соединения происходит в результате местного нагрева металла. Такая технология используется, чаще всего на производстве однотипных изделий в основном в отрасли машиностроения. Осуществляется контактная сварка при помощи клещей с угольными электродами, по которым проводится электрический ток.
Контактная сварка бывает нескольких видов и от этого зависит тип и форма применяемых электродов, которые отличаются размерами, формой и материалом. По форме электроды бывают прямые и роликовые.
Виды контактной сварки
- Стыковая сварка. Соединение деталей осуществляется по всей плоскости. Применяется при сваривании труб из низколегированных сталей и различной проволоки.
- Рельефная сварка. Этот процесс отличается соединением в несколько точек с рельефами. Применяется в основном в машиностроении.
- Шовная контактная сварка. При таком сваривании шов выполнен из точек. Применяется при изготовлении бочек, труб, бензобаков.
- Точечная контактная. Детали в этом случае соединяются одной или несколькими точками. В основном применяется в сельскохозяйственном машиностроении.
Электроды для контактной сварки представляют собой металлические стержни, которые применяются при сварочном процессе. Сварочный процесс невозможно представить без электрода. Для получения отличных результатов при контактной сварке, как правило, используют неплавящиеся стержни и электроды.
К ним относятся электроды вольфрамовые, торированные, лантарированные. Это относится к особенностям электродов для контактной сварки. Необходимо помнить также, что для определенных видов материалов, нужно использовать специальные типы электродов, что бы избежать поломки сварочной машины. Сами электроды, в основном изготавливаются из проволоки покрытой жидким стеклом, хотя покрытие может быть и другим. Для производства электродов для контактной сварки используются вольфрам и молибден, благодаря их отличным показателям по устойчивости к высоким температурам и прочности.
weldelec.com
