ЭЛЕКТРОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ ПАЙКИ НАКОНЕЧНИКОВ РЕЛЬСОВЫХ СОЕДИНИТЕЛЕЙ

Полезная модель относятся к пайке, а именно к электроконтактной пайке и может быть использована для получения паяных соединений рельсовых электрических соединителей с поверхностью рельсов.
Уровень техники электродного элемента для электроконтактной пайки наконечников рельсовых соединителей твердым припоем известен из технического решения (патент SE 509763). Электродный элемент с твердым припоем включает главную цилиндрическую секцию, к которой присоединен полый колпачок из материала припоя, предпочтительно серебряного, который содержит флюс. Колпачок зафиксирован на коническом выступе электродного элемента за счет деформации колпачка.
Недостаток данного технического решения заключается в большой толщине серебреного колпачка. Такое исполнение колпачка приводит к повышению температуры в зоне пайки в начальный период, что может привести к появлению мартенсита в зоне пайки.
Известно устройство электродного элемента для пайки (патент WО 9516541). Электродный элемент с твердым припоем включает цилиндрическую секцию, к которой присоединен полый колпачок из материала припоя, предпочтительно серебреного, который содержит флюс. Колпачок зафиксирован на цилиндрическом выступе электродного элемента.
Недостаток данного технического решения заключается в креплении колпачка. Колпачок имеет большую толщину стенок и крепится на материале цилиндра. Такая конструкция колпачка и его крепление приводят к неизбежному плавлению части цилиндра, температура плавления которого значительно выше температуры плавления припоя. Это приводит к повышению температуры в зоне пайки, и появлению мартенсита в поверхностном слое рельса. Образование мартенсита резко снижает качество паяного соединения.
Известно устройство электродного элемента для пайки твердым припоем (WО 9516541, изображение на FIG.1). Электродный элемент с твердым припоем включает цилиндрическую секцию, к которой присоединен цилиндрический выступ из материала припоя и полый колпачок из материала припоя, предпочтительно серебряного, под колпачком содержится флюс. Колпачок зафиксирован на цилиндрической секции, которая закреплен на торце электродного элемента колпачка.
Недостаток данного технического решения заключается в том, что колпачок не герметично закрывает область, в которой размещен флюс. Флюс, закрытый не плотно полостью поглощает влагу, паяное соединение выполненное таким флюсом имеет низкую прочность и виброустойчивость.
Данное устройство наиболее близко к предлагаемому изобретению.
Задачей изобретения электродного элемента для электроконтактной пайки наконечников рельсовых соединителей твердым припоем является повышение прочности и виброустойчивости паяного соединения.
В процессе решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в повышении герметичности закрытия флюса, и как следствие, предотвращение поглощения влаги флюсом, расположенным под оболочкой, в снижении усилий при удалении остатков электродного элемента, в снижении температуры в зоне пайки и отсутствии образования мартенситной структуры на поверхности рельса.
Указанный технический результат достигается заявляемым электродным элементом для электроконтактной пайки наконечников рельсовых соединителей, выполненный в виде тела вращения, состоящий из двух цилиндров различного диаметра, на цилиндре большего диаметра выполнена кольцевая канавка, на его торце закреплена цилиндрическая вставка из серебросодержащего материала, имеющая диаметр меньше диаметра цилиндра, вставка из серебросодержащего материала закрыта тонкостенным колпачком из серебросодержащего материала, с образованием внутренней полости между поверхностью колпачка и торцом цилиндрической вставки из серебросодержащего материала заполненной флюсом, при этом на цилиндре большего диаметра выполнен усеченный конус высотой 1.0-1,5 мм, меньший диаметр усеченного конуса на 1,5-1,8 мм меньше диаметра цилиндра, а вставка из серебросодержащего материала закреплена на торце усеченного конуса, имеет высоту 4,0-4,5 мм, тонкостенный колпачок из серебросодержащей пластины закреплен с натягом на усеченном конусе, внутренняя полость образованная колпачком имеет высоту не более 1,0 мм, а толщина стенки колпачка не более 0,3 мм, кольцевая канавка выполнена на удалении от торца усеченного конуса равном толщине припаиваемого наконечника рельсового соединителя, имеет радиус закругления не более 0,3-0,6 мм и диаметр 5,4-6,0 мм, материал вставки и колпачка дополнительно содержит добавки меди, цинка, никеля, кадмия.
Известно, что прочность паяного соединения зависит от множества факторов, к которым относятся подготовка поверхности для пайки, состав твердого припоя и влажность флюса, время пайки, сила рабочего тока, возможность управления процессом горения дуги и т.д. Для паяных соединений рельсовых электрических соединителей с поверхностью рельсов, кроме прочности соединения, предъявляются еще ряд требований таких, как отсутствие образования мартенсита в месте пайки, минимальное электрическое сопротивление паяного соединения, виброустойчивость паяного соединения.
Снижение температуры в зоне пайки и ее стабилизация в процессе пайки одна из важнейших задач при пайке соединителей к рельсу, влияющая на прочность соединения, на процесс образования мартенсита в месте пайки.
Известно, что температура горения дуги составляет порядка 3000°С. И такая температура в начальный период пайки воздействует на поверхность рельса и на вершину электродного элемента. Как только на поверхности рельса появится припой с флюсом, то с этого момента температура на поверхности рельса будет ровна температуре плавления припоя. Припой на поверхности рельса появиться тогда, когда произойдет его плавление вместе с флюсом. Т.е. чем больше толщина колпачка, тем больше времени будет идти процесс плавления припоя до соединения его с флюсом. Все это время поверхность рельса будет подвергаться воздействию температуры в 3000°С градусов. Поэтому, необходимо сократить этот период времени. Это возможно утонением поверхности колпачка, который закрывает флюс. В данном случае его толщина минимальна и ровна не более 0,3 мм, определена из необходимости сохранения колпачком прочности при хранении и транспортировке электродного элемента. Температура на поверхности рельса будет ровна температуре плавления припоя до тех пор, пока будет присутствовать не расплавленный припой. При полном расплавлении поверхности колпачка начнется плавление цилиндрической вставки, выполненной из того же сплава, что и колпачок. Толщина цилиндрической вставки определена опытным путем, она должна практически полностью расплавиться за время горения дуги.
Большое влияние на температуру в зоне пайки оказывает процесс его отвода. Отвод тепла идет по трем направлениям: в тело рельса, в наконечник рельсового соединителя, в электродный элемент. Наконечник рельсового соединителя может быть выполнен из меди или из стали. Теплопроводность стали меньше теплопроводности меди, стальной наконечник отводит тепла меньше, чем наконечник рельсового соединителя из меди. Поэтому, что бы ни происходило повышение температуры в зоне пайки, необходимо увеличить отвод тепла через электродный элемент. Регулирование отвода тепла через электродный элемент происходит за счет выполнения кольцевой канавки на цилиндрической части электродного элемента определенного диаметра. При пайке стального наконечника диаметр канавки должны быть максимальным.
2
После окончания процесса пайки на месте пайки остается хвостовик электродного элемента. Чтобы его удалить, необходимо затратить некоторые усилия. Как правило, удаление происходит ударом. Плоскость, по которой происходит разрушение, проходит по канавке. Чтобы уменьшить усилия необходимые для разрушения, необходимо как можно меньше усилий затратить на зарождение трещины. Уменьшением радиуса закругления при вершине канавки до минимальных значений и уменьшение диаметра канавки приводит к снижению усилия, необходимого для удаления хвостовика. В данном случае они определены опытным путем. Такое исполнение канавки при удалении остатка электродного элемента не приводит к зарождения микротрещин в паяном соединении не снижает его прочностные свойства. Для пайки стального наконечника необходимо увеличить диаметр канавки, чтобы увеличить количество отводимого тепла, но диаметр канавки должен быть таким чтобы обеспечить пропускание тока плотностью порядка 6-8 А/мм, экспериментально установлено, что для качественного паяного соединения диаметр канавки должен находиться в пределах 5,4-6,0 мм. Выполнение кольцевой канавки на удалении от торца усеченного конуса равном толщине припаиваемого наконечника рельсового соединителя также приводит к снижению усилий при удолении хвостовика электродного элемента. Во первых отсутствует дополнительный изгибающий момент, а во вторых на данной границе имеется максимальный перепад температур между хвостовиком и цилиндрической частью электродного элемента который остается в паяном соединении.
Полезная модель поясняются чертежами, где на фиг. показан электродный элемент для электроконтактной пайки наконечников рельсовых соединителей.
Электродный элемент для электроконтактной пайки наконечников рельсовых соединителей, выполнен в виде тела вращения, состоит из двух цилиндров 1 и 2 различного диаметра. На цилиндре 1 большего диаметра выполнена кольцевая канавка 3 На торце цилиндра закреплена цилиндрическая вставка 4 из серебросодержащего материала, имеющая диаметр меньше диаметра цилиндра 1. Вставка 4 из серебросодержащего материала закрыта тонкостенным колпачком 5 из серебросодержащего материала, с образованием внутренней полости 6 заполненной флюсом 7 На цилиндре 1 выполнен усеченный конус 8 высотой 1.0-1,5 мм, меньший диаметр усеченного конуса на 1,5-1,8 мм меньше диаметра цилиндра 1. Вставка 4 из серебросодержащего материала закреплена на торце усеченного конуса 8, имеет высоту 4.1 равную 4,0-4,5 мм. Тонкостенный колпачок 5 из серебросодержащей пластины закреплен с натягом на усеченном конусе 8, внутренняя полость 6 образованная колпачком 5 имеет высоту 5.1 не более 1,0 мм, а толщина стенки колпачка 5 не более 0,3 мм. Кольцевая канавка 3 выполнена на удалении от торца усеченного конуса равном толщине припаиваемого наконечника рельсового соединителя, имеет радиус закругления 9 не более 0,3-0,6 мм и диаметр 10 в пределах 5,4-6,0 мм, материал вставки и колпачка дополнительно содержит добавки меди, цинка, никеля, кадмия.
Пайка электродным элементом производится следующим образом.
Электродный элемент для пайки цилиндрической частью вставляется в цангу пистолета. При помощи пистолета через отверстие в наконечнике соединителя электродный элемент подводится к поверхности рельса. При отрыве электродного элемента от поверхности рельса при подаче рабочего тока возбуждается дуга, в течение 1.5-2.0 сек. происходит процесс пайки. Подача электрического тока прекратится, электродный элемент прижимается к поверхности образуя паяное соединение. После остывания хвостовик электродного элемента ударом по нему отламывается.