Записка

Технологія плавлення.

Для виплавки хромової бронзи та отримання електродів контактного зварювання в лабораторних умовах використовували обладнання:

-Експериментальна індукційна піч ЕІП-1 місткістю 10 кг;

-Кривошипний прес марки К-117 Д;

-Інфрачервоний пірометр Кельвін КБ;

-Спеціальна технологічне оснащення.

Плавку виробляли в графітовому тиглі. Для отримання мідного розплаву, використовували відходи мідного брухту типу А1 / 1 по ГОСТ

1639-93. Маса завантажуваного в графітовий тигель металу становила 1 кг.

Плавку здійснювали під шаром деревного вугілля, товщина шару 25-30 мм,

Арк.

57

при робочій частоті печі 44 кГц. Мідний розплав розкислюють фосфором,

який додавали у вигляді лігатури МФ9 ГОСТ 4515-93 в кількості 0,7%.

Потім в розкислення розплав вводили легуючий елемент у вигляді таблетки,

що складається з 100 гр. мідного порошку марки ПМС-1 ГОСТ 4960-75 і 20

гр. наноструктурованих частинок хрому Х99 ГОСТ 5905-79.

Перемішування рідкого металу відбувалося під дією змінного електромагнітного поля. Для рівномірного розподілу часток,

перемішування розплаву додатково здійснювали графітовим прутком ГОСТ

5279-74 протягом 5 хвилин.

Технологія отримання зразків електродів.

Заливку розплавленого металу здійснювали в матрицю 10

технологічної оснастки (рис. 2.1). Першу серію заливок виробляли в матрицю 10 і після затвердіння зразка, відкривали рухомим клином 9 дно матриці 10 і проштовхували електрод пуансоном 11 з наступним охолодженням при кімнатній температурі. Другу і третю серію заливок виробляли в матрицю 10, після охолодження зразка до 850-900 0С

відкривали рухомим клином 9 дно матриці 10 і проштовхували електрод пуансоном 11 в охолоджувальну камеру 12, що знаходиться в підставі преса

1 для загартування в проточній воді з температурою 7 - 15 0С. Четверту серію заливок виробляли в матрицю 10 після охолодження сплаву до 850-

900 0С штампували пуансоном 11 отвір в електроді, яке охолоджує електрод у процесі зварювання, відкривали рухомим клином 9 дно матриці 10 і

проштовхували електрод пуансоном

11 з наступним охолодженням при кімнатній температурі. П'яту і шосту серію заливок виробляли в матрицю 10 після охолодження сплаву до 850-

900 0С, штампували пуансоном 11 отвір в електроді, відкривали рухомим клином 9 дно матриці 10 і проштовхували електрод пуансоном 11 в

охолоджувальну камеру 12, що знаходиться в підставі преса 1 для загартування в проточній воді з температурою 7 - 15 0С.

Арк.

58

2.6 Розробка методик оцінки і дослідження експлуатаційних властивостей існуючих матеріалів для електродів контактних машин і

мундштуків зварювальних напівавтоматів

2.6.1 Аналіз матеріалів для виготовлення електродів контактного точкового зварювання

До електродних матеріалів, які використовуються для контактного

точкового зварювання оцинкованої сталі, пред’являються наступні вимоги:

При зварюванні на робочій поверхні електрода не повинен утворюватися сплав, що містить цинк (у крайньому випадку, допускається незначна кількість такого сплаву);

Збереження високої твердості при температурі зварювання;

Арк.

59

Дані по стійкості представлених у таблиці електродних матеріалів при точковому зварюванні оцинкованих сталей відсутні (крім хромоцирконієвої бронзи).

Відомо також використання в якості електродів так званих псевдосплавів систем Cu + Mo, Cu + W, отриманих методом порошкової металургії та Мо- і W-вставки, з'єднані з електродом методом пайки,

запресовування або різьбовим з’єднанням. Однак оцінка їх стійкості не завжди у відповідності або навіть буває суперечливою. Крім того такий метод з'єднання Мо- і W-вставок і псевдосплавів не завжди забезпечує надійність таких електродів в експлуатації.

Останнім часом в ІЕЗ ім.Е.О.Патона проводились роботи по створенню біметалічних електродів, робоча частина яких наплавлялась на мідну заготовку дуговим зварюванням з використанням спеціально розробленим присадковим дротом.

Для струмопідвідних мундштуків в якості конструкційного матеріалу в основному в промисловості використовується мідь. Для зварювання дротами діаметром більше 1,4мм фірма «Binzel» рекомендує мундштуки з хромоцирконієвої бронзи.

Використання порошкових матеріалів і керматів МВ-10,КМК-Б20 не знайшли широкого використання.

Представляють інтерес струмопідвідні мундштуки, виготовлені з композиційних матеріалів GlidCop та Discup, розроблені за кордоном,

експлуатаційна стійкість яких більше, ніж у 3 рази вища мундштуків із хромоцирконієвої бронзи.

Враховуючи велику потребу зварювального виробництва в сітрумопідводящих мундштуках створення нових високоміцних матеріалів на мідній основі для їх виготовлення також дуже актуальне.

Таким чином, доцільно провести порівняльну оцінку експлуатаційних властивостей наступних матеріалів:

Арк.

62

2.6.2 Розробка методик оцінки і дослідження експлуатаційних

властивостей існуючих матеріалів для електродів контактних машин

Матеріали для точкового зварювання оцинкованих сталей.

Якість електрода для контактного точкового зварювання визначається його стійкістю, тобто здатністю зберігати в певних межах вихідні розміри й форму робочої поверхні. В остаточному підсумку, від форми й розмірів робочої частини електродів залежить якість зварного з'єднання. Зношування й розміцнення робочої частини електродів і пов’язане з ними збільшення площі контакту електрод - зварювана деталь зменшують щільність струму і тиск у зоні зварювання, і як наслідок цього приводять до зменшення литого ядра в порівнянні з оптимальним, зниженню міцності з'єднання і його якості, погіршенню зовнішнього вигляду зварюваної деталі.

Відповідно до ГОСТ 14111-69 стійкість електродів оцінюється максимальним числом якісно виконаних зварних точок до першого переточування (зачищення) електрода й числом зварних точок до повного зношування. Однак з огляду на велику кількість факторів, які впливають на працездатність електродів, умовність такої оцінки очевидна. У той же час, в

ряді випадків оцінка електродів все-таки необхідна. Це, у першу чергу,

потрібно при виборі або розробці оптимального складу електродного матеріалу, теплових випробуваннях електродів, пов'язаних з атестацією їхньої якості, випробувань нових конструкцій електродів й в інших випадках.

Арк.

63

Щоб виключити вплив якомога більшої кількості факторів і забезпечити необхідну об'єктивність оцінки працездатності електродів,

випробування зазвичай проводять на одній і тій самій зварювальній машині,

зварюючи матеріал однієї марки, однакової товщини і якості поверхні, при однакових параметрах зварювання (темп зварювання, енергетичні параметри, тиск на електроди, умови охолодження). Випробування проводять на електродах із плоскою робочою поверхнею з побудовою графіків залежності зміни її розмірів від числа зварених точок. Виміри робочої поверхні електрода проводять по відбитку на свинцевій пластині або по сліду на білому папері через копірку.

Загальновизнаним показником стійкості вважається кількість точок,

зварених до збільшення вихідного (початкового) діаметра робочої поверхні на 20%, а якщо це неможливо, то визначається збільшення діаметра робочої поверхні електрода після зварювання 10000 точок. Одночасно через кожні

500... 1000 точок проводять випробування на міцність зварного з’єднання

(випробування на розрив). Міцність зварного з'єднання в процесі всього випробування повинна відповідати необхідній мінімальній величині.

З метою зниження витрат металу і зменшення тривалості випробувань була розроблена прискорена методика оцінки експлуатаційної стійкості електродних матеріалів при контактному точковому зварюванні оцинкованої сталі. Вона полягає в наступному.

Проводиться точкове зварювання маловуглецевої сталі товщиною 0,5 + 0,5мм із антикорозійним покриттям, нанесеним методом гарячого цинкування. В цьому випадку товщина цинкового покриття в 1,5-2 рази більша, ніж покриття, нанесеного електрохімічним методом. Як відомо, чим більше товщина цинкового покриття, тим менше стійкість електродного матеріалу.

Розміри й форма випробуваних електродів представлені на рис. 1.

Робоча поверхня електроду плоска, що також зменшує стійкість електроду

Арк.

64

в порівнянні зі сферичною формою (яка також широко застосовується).

Крім того, на електроді відсутній канал для охолодження його робочої поверхні, при цьому охолоджується тільки торець хвостової частини електроду, що сильно знижує його стійкість при точковому зварюванні оцинкованої сталі. Завдяки цьому значно знижуються витрати металу і зменшується тривалість випробувань.

Випробування електродних матеріалів проводились на установці для контактного точкового зварювання марки МТ-22.

Контактне точкове зварювання оцинкованої сталі виконувалось на режимі:

зварювальний струм - 4,0-5,5KVA ( tn= 60-90%);

час зварювання й проковки - 5-6 циклів;

зусилля стиснення - 200кг;

темп зварювання - 40 точок за хвилину.

Зменшення режимів зварювання в порівнянні зі звичайним пов'язано з відсутністю охолоджуючого каналу в електроді.

Перед зварюванням і після закінчення випробувань вимірювався діаметр відбитка робочої частини поверхні електрода. Після зварювання кожних 20 точок вимірювався діаметр литого ядра точки шляхом зварювання контрольної точки на зразках тієї ж оцинкованої сталі шириною

40мм і відриву однієї пластини відносно іншої методом кручення в паралельній площині. На рис. 2.3 представлено зовнішній вигляд пластин з ядром точок й отвором після відриву.

Після зварювання певної кількості точок діаметр литого ядра точки зменшується внаслідок збільшення діаметра робочої частини поверхні електрода, що приводить відповідно до зменшення щільності струму.

Після завершення випробувань для кожного електродного матеріалу будуються графіки зміни діаметра литого ядра в залежності від кількості зварених точок.

Арк.

65