УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОЙ ТОЧЕЧНОЙ СВАРКИ
DEVICE FOR CONTACT POINT WELDING

Изобретение относится к сварочному производству и пригодно в электродах, используемых при контактной точечной сварке заготовок, деталей и прочего между собой.
Известны охлаждаемые электроды-колпачки (далее упоминаемые как электроды), имеющие с переднего торца рабочую поверхность конической или сферической формы с основанием на нем, а с заднего торца коническую полость под размещенную в ней с осевым зазором переднюю часть полого держателя с расположенной в нем с боковым зазором трубкой; при этом донная часть полости электрода конической формы (см. ГОСТ 25444-90, с. 2) с вершиной со стороны первого торца.
Их недостаток: наличие застойных зон с хладагентом на периферии донной части полости электрода и в зоне вершины конического дна ее.
Известен и другой охлаждаемый электрод с конической полостью, переходящей в цилиндрическую и заканчивающуюся коническим дном, в которой с осевым зазором размещена передняя часть держателя с трубкой в его полости и поперечными окнами, открытыми в полость электрода и в боковой зазор между ними, загерметизированный у их передних торцов; при этом в задней части держателя с окнами под хладагент закреплена трубка (см. патент РФ 2570253 С1 от 26.05.2014).
Его недостатки: с застойной зоной хладагента в центральной части такого дна снижается эффективность жидкостного охлаждения электрода и недостаточная охлаждаемая поверхность его.
Задачей предлагаемого решения является устранение застойной зоны с хладагентом в полости электрода с увеличением охлаждаемой поверхности в зоне его дна.
Технический результат от предлагаемого - увеличение эффективности охлаждения и стойкости электрода предлагаемой конструкции.
Он достигается тем, что в устройстве для контактной точечной сварки, содержащем электрод-колпачок с задней коническо-цилиндрической полостью, заканчивающейся коническим дном, расположенный ее поверхностью на передней конической поверхности держателя с установленной в его полости с боковым зазором трубки, загерметизированным у ее переднего торца и открытым через его поперечные окна в цилиндрическую полость электрода, где с боковым и осевым зазорами размещены своими передними частями трубка и держатель, соединенные между собой в его задней части с окнами под хладагент, новым является то, что боковая поверхность конического дна разделена на части выполненными прорезями разных глубин и длин: соответственно минимальных и максимальных в вершине дна и наоборот у его основания; в коническое дно уперт передний конец трубки, а ее загерметизированная снаружи задняя часть своим концом сопряжена с деформируемым элементом, установленным на дне полости держателя.
Выполнением на боковой поверхности конического дна цилиндрической полости электрода прорезей она разделяется на части со своими новыми боковыми поверхностями, отделенными друг от друга прорезями под циркулирующий по ним хладагент в направлении переднего торца и боковой поверхности электрода. Прорези могут быть радиусные в углах, прямые, ломаные или кривые и располагаться своими концами между периферией и центром этого дна.
Образованием в электроде новых охлаждаемых поверхностей увеличивается их площадь и, следовательно, возрастает теплоотвод от них с повышением его стойкости.
Формированием этих прорезей разной глубины и длины от вершины дна к его периферии (соответственно минимум и максимум в ней и наоборот у основания конического дна) создается максимальная охлаждаемая поверхность у электрода с сохранением его прочности от действующего на передний торец усилия сварки. При этом их глубина прямых, изогнутых и прочих форм прорезей может быть и больше глубины этого дна.
Упором переднего конца трубки в коническое дно электрода разделяются ею между собой потоки хладагента, подводимого из бокового зазора через поперечные окна передней части держателя в цилиндрическую полость электрода; из нее по радиальным прорезям боковой поверхности дна к их доньям с охлаждением боковых поверхностей новых частей его и затем в центральную зону конического дна; из нее отводимый и нагретый теплом омываемых поверхностей электрода хладагент подается в трубку и далее по ней следует за пределы держателя (хладагент может циркулировать и по противоположной схеме); также в центральной части дна устраняется застойная зона с хладагентом благодаря отводу его в трубку, размещенную там.
Герметизацией наружной боковой поверхности задней части трубки в задней части полости держателя разделяются между собой потоки подводимого в цилиндрическую полость электрода по боковому зазору между их поверхностями хладагента и поперечным окнам передней части держателя и отводимого из центральной части конического дна электрода по трубке нагретого хладагента за ее пределы.
Упором заднего торца трубки в деформируемый элемент, размещенный на дне полости держателя, гарантируется контакт ее переднего конца с коническим дном цилиндрической полости электрода для разделения и направления потоков хладагента в охлаждаемую часть этого дна, а также обеспечивается возможность осевого перемещения трубки по полости держателя с дополнительным сжатием ею этого элемента, когда электрод от усилия сварки незначительно перемещается по посадочной передней части держателя к его задней части.
Сравнительный анализ предлагаемого устройства с известными сейчас решениями показывает, что оно ново, с существенными отличиями, промышленно пригодно и отвечает критерию ИЗОБРЕТЕНИЕ.
Оно представлено чертежом с фиг. 1, на которой показаны нижнее устройство с электродом 1, размещенным конической поверхностью задней полости на передней конической части держателя 2; эта полость переходит вершиной в цилиндрическую полость 3 с коническим дном 4, разделенным по боковой поверхности прорезями 5 минимальной глубины и максимальной длины в его вершине и наоборот в основании конического дна на отдельные части 6, представленные слева по прямой прорези одной, а справа по середине другой части этой поверхности; в полости держателя 2 с боковым зазором 7 размещена трубка 8; этот зазор поперечными окнами 9 в передней части держателя 2 соединен с цилиндрической полостью 3, в которую открыты прорези 5; трубка 8 передней частью, как и держатель 2, расположена в полости 3, а также и в полости дна 4 и контактирует с ним передним торцом, разделяя им между собой потоки подводимого холодного к прорезям 5 и отводимого из них нагретого теплом электрода хладагента в полость трубки 8; боковой зазор 7 загерметизирован у переднего торца держателя 2 уплотнительным элементом 10, а в его задней части таким же элементом 10 сзади поперечного окна 11 подвода хладагента в зазор 7; на дне полости держателя расположен деформируемый элемент 12 (мягкая резина, например), в который задним торцом упирается трубка 8; нагретый хладагент по последней отводится в заднюю часть полости держателя 2 и затем за его пределы (хладагент может циркулировать и по противоположной схеме).
Электрод 1 охлаждается так: хладагент по окну 11, боковому зазору 7 и поперечным окнам 9 держателя поступает в цилиндрическую полость 3 с охлаждением ее боковой поверхности и далее вдоль боковой поверхности конического дна 4 до переднего торца трубки 8, поступая при этом в прямые прорези 5 этой поверхности к их доньям, охлаждая боковые поверхности образованных частей 6; затем из этих прорезей нагретый теплом их хладагент следует в центральную часть дна к переднему торцу трубки и по ней отводится в заднюю часть полости держателя 2 и за пределы его. Прорези могут быть и ломаными линиями и располагаются своими концами в центре и на периферии этого дна, а их дно может находиться и за пределами конического дна, что показано штриховыми линиями слева на фиг. 1.
Эффективность охлаждения электрода зависит от скорости циркуляции хладагента, определяемой расходом хладагента, перепадом температур между охлаждаемой поверхностью и циркулирующим вдоль нее хладагентом, продолжительностью теплоотвода (циклом сварки) и величиной этой поверхности. Оценим эффективность охлаждения электрода-прототипа и предлагаемого электрода по охлаждаемым поверхностям их FJ, считая остальные факторы равными. Тогда у первого F1=3,14R*L, а у второго F2=3,14R*L-N*B*L+N(R-B/2)*(R-B/2)+2R*B*N; их соотношение F2/F1=3,14*5*5*1,41-8*1,5*1,41*5+8*(5-1.5/2)(5-1,5/2)+2*5*1,5*8/3,145*5*1,41=110,68-84,60+98,0+120,00/110,68=2,2; здесь J=2 - количество сравниваемых электродов; R=5 - радиус основания конического дна; L=1,4R - длина боковой поверхности дна с углом 90° между его образующими; N=8 - количество прямых радиальных прорезей на боковой поверхности дна; В=1,5 - ширина прорези с параметрами этого дна (глубиной и длиной, равными 0-5); n=16 - количество боковых поверхностей на 8-ми частях, образованных на боковой поверхности дна (размеры в мм). Это соотношение показывает, что охлаждаемая поверхность электрода в предлагаемом устройстве увеличилась более 2 раз и его стойкость возрастет как минимум до 40%. При использовании прорезей виде ломаных линий, начинающихся, так же как и прямые, в центре конического дна и заканчивающихся на его периферии, это соотношение еще больше; оно также возрастает, когда глубина прорезей превышает глубину этого дна.
Предлагаемые прорези необходимых ширины, глубины и длины на боковой поверхности конического дна можно получить экструзией исходного порошка в соответствующую форму; электрохимической или электрофизической обработкой электродами боковой поверхности конического дна; припаиванием его как отдельной детали к плоскому дну цилиндрической полости электрода и др. методами.
Таким образом, предлагаемым устройством устранена застойная зона с хладагентом в центральной части конического дна электрода и увеличена предлагаемыми прорезями на боковой поверхности такого дна охлаждаемая поверхность его как минимум в 2 раза с ожидаемым повышением стойкости такого электрода до 40%.