RU2652916C1

RU2652916C1 - Electrode for contact point welding

Info

Publication number: RU2652916C1
Application number: RU2017109949A
Authority: RU
Original assignee: Кожокин Тимофей Иванович
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-05-03

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention can be used for contact spot welding of sheet, bar billets. Cavity of the electrode-cap from the rear end is made conical, turning into a cavity of a cylindrical shape. Hollow electrode holder has a corresponding conical surface in its front part. Refrigerant supply tube is installed in the cavity of the holder with a sealed annular gap. Bottom of the cavity of the electrode is made with a cavity in the form of a truncated cone directed toward the front end of the electrode. Front ends of the holder and tube are formed with the formation of an axial gap with respect to the surface of this cavity. Bottom of the electrode cavity can be formed with a protuberance of a conical shape, the diameter of the base of which is less than or equal to the diameter of the cylindrical cavity. Front ends of the holder and tube are formed to form an axial clearance with respect to the surface of said projection.

EFFECT: invention provides for the elimination of stagnant zones with a refrigerant in the cavity of the electrode, an increase in the area of its cooled surfaces.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к сварочному производству и пригодно в электродах, используемых при контактной точечной сварке заготовок, деталей и прочего между собой.The invention relates to welding production and is suitable in electrodes used in the spot welding of workpieces, parts and other things with each other.

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 может быть плоской или конической формы (см. ГОСТ 25444-90, с. 2) с вершиной со стороны первого торца, увеличивающей охлаждаемую поверхность такого электрода по сравнению с электродом с плоским дном.Cooled cap electrodes (hereinafter referred to as electrodes) are known that have a conical or spherical working surface with a base on it from the front end, and a conical cavity under the front end of the hollow holder located in it with an axial clearance and with a side gap tube. In this case, the bottom of the electrode cavity can be flat or conical (see GOST 25444-90, p. 2) with a vertex on the side of the first end that increases the cooled surface of such an electrode compared to an electrode with a flat bottom.

Их недостаток - наличие застойных зон с хладагентом на периферии донной части полости электрода и в зоне вершины конического дна ее.Their disadvantage is the presence of stagnant zones with a refrigerant on the periphery of the bottom of the electrode cavity and in the area of the top of its conical bottom.

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 (см. патент РФ 2570253 С1 от 26.05.2014).Another cooled electrode is known with a conical cavity turning into a cylindrical and ending with a conical bottom, in which the front part of the holder with a tube in its cavity and transverse windows open into the electrode cavity and in the lateral gap between them are sealed at their front with an axial clearance ends (see RF patent 2570253 C1 dated 05/26/2014).

Его недостатки: при коническом дне полости застойной зоной с хладагентом у его вершины снижается эффективность жидкостного охлаждения электрода; недостаточные прочность осевых стенок в этой зоне и его охлаждаемая поверхность.Its disadvantages: with a conical bottom of the cavity by a stagnant zone with refrigerant at its top, the efficiency of liquid cooling of the electrode decreases; insufficient strength of the axial walls in this zone and its cooled surface.

Задачей предлагаемого решения является устранение застойной зоны с хладагентом в полости электрода с увеличением его охлаждаемой поверхности и прочности осевых стенок в зоне вершины его дна.The objective of the proposed solution is to eliminate the stagnant zone with a refrigerant in the electrode cavity with an increase in its cooled surface and the strength of the axial walls in the area of the top of its bottom.

Технический результат от предлагаемого - увеличение эффективности охлаждения, прочности и стойкости электродов предлагаемой конструкции.The technical result of the proposed is an increase in cooling efficiency, strength and resistance of the electrodes of the proposed design.

Он достигается тем, что у электрода для контактной точечной сварки, имеющего на переднем торце рабочую поверхность, а со стороны противоположного торца - коническую полость, переходящую в цилиндрическую полость у ее конического дна с вершиной со стороны рабочего торца, новым является то, что дно полости электрода выполнено в виде усеченного конуса с вершиной со стороны его переднего торца; на дне его полости образован конический выступ с диаметром основания ≤ диаметра цилиндрической полости, расположенный вершиной со стороны заднего торца электрода; этот выступ от основания до вершины разделен продольными прорезями на несколько равных частей.It is achieved by the fact that the contact spot welding electrode, which has a working surface on the front end, and a conical cavity on the opposite side, turning into a cylindrical cavity at its conical bottom with an apex on the side of the working end, is new that the bottom of the cavity the electrode is made in the form of a truncated cone with an apex from the side of its front end; at the bottom of its cavity, a conical protrusion is formed with a base diameter ≤ the diameter of the cylindrical cavity located at the apex on the side of the rear end of the electrode; this protrusion from the base to the top is divided by longitudinal slots into several equal parts.

Выполнением дна полости электрода в виде усеченного конуса устраняется застойная зона с хладагентом в его центральной части, чем исключается перегрев его рабочего торца при работе, например, в автоматическом режиме сварки и возрастает стойкость. С увеличением осевой толщины в этой части электрода на величину, равную отсутствующей (верхней) части конуса (до нескольких мм в зависимости от диаметра дна с учетом поперечного размера электрода), возрастает количество ремонтов электрода как минимум на один (подрезка его рабочего торца после предельного износа, определяемого количеством произведенных сварок) и, следовательно, также повышается стойкость его.The execution of the bottom of the electrode cavity in the form of a truncated cone eliminates the stagnant zone with refrigerant in its central part, which eliminates overheating of its working end during operation, for example, in the automatic welding mode and increases resistance. With an increase in the axial thickness in this part of the electrode by an amount equal to the missing (upper) part of the cone (up to several mm, depending on the diameter of the bottom, taking into account the transverse size of the electrode), the number of repairs of the electrode increases by at least one (cutting its working end after extreme wear determined by the number of weldings performed) and, therefore, its resistance also increases.

Образованием на дне цилиндрической части полости электрода конического выступа с диаметром основания ≤ диаметра его цилиндрической полости и вершиной, расположенной со стороны заднего торца электрода, также устраняется застойная зона с хладагентом в этой полости и возрастают по сравнению с п. 1 охлаждаемая поверхность (на величину поверхности отсутствующей вершины усеченного конуса) и осевая прочность в зоне дна на высоту усеченного конуса, чем еще больше повышаются прочность и стойкость такого электрода по сравнению с предыдущим.The formation of a conical protrusion at the bottom of the cylindrical part of the cavity of the electrode cavity with a base diameter ≤ the diameter of its cylindrical cavity and an apex located on the side of the rear end of the electrode also eliminates the stagnant zone with refrigerant in this cavity and the surface to be cooled in comparison with item 1 (by the size of the surface absent vertex of the truncated cone) and axial strength in the bottom zone to the height of the truncated cone, which further increases the strength and resistance of such an electrode compared to the previous one.

Разделением конического выступа от основания до вершины продольными прорезями на несколько равных частей в несколько раз увеличивается охлаждаемая поверхность полости электрода и его стойкость; при этом прорези могут быть прямыми, ломаными или кривыми линиями и располагаться концами на периферии этого выступа, проходя через его центр. Их минимальная глубина равна высоте выступа и тогда донья прорезей располагаются на его основании. Она может быть и больше этой высоты и тогда их донья находятся в стенках, отделяющих это основание от переднего торца электрода, чем увеличивается охлаждаемая поверхность его. Сравнительный анализ предлагаемых решений с известными сейчас электродами свидетельствует, что они новы, с существенными отличиями и промышленной пригодностью и поэтому соответствуют критерию изобретение.By dividing the conical protrusion from the base to the top by longitudinal slots into several equal parts, the cooled surface of the electrode cavity and its resistance increase several times; in this case, the slots can be straight, broken or curved lines and located at the periphery of this protrusion, passing through its center. Their minimum depth is equal to the height of the protrusion and then the bottom of the slots are located on its base. It can be even greater than this height and then their bottom is located in the walls separating this base from the front end of the electrode, which increases its cooled surface. A comparative analysis of the proposed solutions with the electrodes now known indicates that they are new, with significant differences and industrial suitability and therefore meet the criteria of the invention.

Они представлены на прилагаемом чертеже фиг. 1, где показаны электроды с передними частями держателей с трубками в их полостях: слева этой фиг. - решение по п. 1 формулы, а справа - по п. 2 и 3 формулы с показанной прямой продольной прорезью (она может быть ломаной и других форм).They are shown in the attached drawing of FIG. 1, where electrodes with front parts of holders with tubes in their cavities are shown: to the left of this FIG. - a solution according to claim 1 of the formula, and to the right, according to claims 2 and 3 of the formula with a straight longitudinal slot shown (it can be broken and other forms).

Решение по п. 1 формулы содержит передний рабочий торец 1 электрода; выполненную с его заднего торца коническую полость, поверхностью которой он размещен на передней конической части держателя 2 с трубкой 3 в его полости и боковым зазором 4 между ними; у дна электрода коническая полость переходит в цилиндрическую полость 5, заканчивающуюся полостью в виде усеченного конуса 6 с вершиной со стороны рабочего торца 1 электрода; передние торцы держателя 2 и трубки 3 отделены осевым зазором от дна усеченного конуса 6, полость которого открыта в трубку 3; в боковом зазоре 4 у торцов этих элементов размещен уплотнительный элемент 7 и этот зазор поперечными окнами 8 держателя соединен с цилиндрической полостью 5.The solution according to claim 1 of the formula comprises a front working end face of 1 electrode; a conical cavity made from its rear end, the surface of which it is placed on the front conical part of the holder 2 with the tube 3 in its cavity and a lateral gap 4 between them; at the bottom of the electrode, the conical cavity passes into a cylindrical cavity 5, ending in a cavity in the form of a truncated cone 6 with an apex from the side of the working end 1 of the electrode; the front ends of the holder 2 and the tube 3 are separated by an axial clearance from the bottom of the truncated cone 6, the cavity of which is open into the tube 3; in the lateral gap 4 at the ends of these elements there is a sealing element 7 and this gap is connected to the cylindrical cavity 5 by the transverse windows 8 of the holder.

Решение по п. 2 формулы отличается от предыдущего только коническим выступом 6 на дне цилиндрической полости 5 с вершиной его со стороны заднего торца электрода; он отделен соответствующими осевыми и боковыми зазорами от дна и цилиндрической поверхности полости 5, передних торцов держателя 2 и трубки 3, а диаметр основания выступа 6 < диаметра цилиндрической полости 5; при равенстве этих диаметров у этой полости отсутствует дно и ее боковая поверхность переходит в боковую коническую поверхность выступа 6, а при неравенстве их цилиндрическая полость 5 заканчивается плоским дном шириной, равной половине разности этих диаметров; выбор одного из этих вариантов определяется конкретными условиями работы электрода; по п. 3 на этом выступе 6 от его основания до вершины выполнены несколько продольных прорезей 9, разделяющих его на несколько равных элементов 10. Эти прорези (прямые, ломаные или кривые линии) проходят через его центр и кончаются на краях выступа.The solution according to claim 2 of the formula differs from the previous one only in the conical protrusion 6 at the bottom of the cylindrical cavity 5 with its apex on the side of the rear end of the electrode; it is separated by corresponding axial and lateral gaps from the bottom and the cylindrical surface of the cavity 5, the front ends of the holder 2 and the tube 3, and the diameter of the base of the protrusion 6 <the diameter of the cylindrical cavity 5; if these diameters are equal, this cavity has no bottom and its lateral surface passes into the lateral conical surface of the protrusion 6, and if not equal, their cylindrical cavity 5 ends with a flat bottom with a width equal to half the difference of these diameters; the choice of one of these options is determined by the specific operating conditions of the electrode; according to claim 3, on this protrusion 6, several longitudinal slots 9 are made from its base to the top, dividing it into several equal elements 10. These slots (straight, broken or curved lines) pass through its center and end at the edges of the protrusion.

Охлаждение электрода происходит так: по трубке 3 хладагент подводится к коническому выступу 6 или в зону вершины дна 6; далее вдоль выступа 6 или конического дна 6 по соответствующим зазорам (боковому и осевому) хладагент поступает в зону цилиндрической полости 4, куда открыты поперечные окна 8 передней части держателя 2; по ним нагретый теплом охлаждаемых поверхностей выступа 6 и полостей электрода хладагент отводится в боковой зазор 4 между поверхностью полости держателя 2 и боковой поверхностью трубки 3, из которого он удаляется за пределы держателя 2; с п. 3 формулы хладагент из полости 5 поступает также и в продольные прорези 9, по которым от основания выступа 6 вдоль боковой поверхности каждого из его элементов 10 следует к вершине его, поступая при этом в трубку 3 и далее за пределы держателя.The electrode is cooled as follows: through the tube 3, the refrigerant is supplied to the conical protrusion 6 or to the zone of the top of the bottom 6; then along the protrusion 6 or the conical bottom 6 along the corresponding gaps (lateral and axial), the refrigerant enters the zone of the cylindrical cavity 4, where the transverse windows 8 of the front of the holder 2 are open; on them, the coolant heated by the heat of the cooled surfaces of the protrusion 6 and the electrode cavities is discharged into the lateral gap 4 between the surface of the cavity of the holder 2 and the side surface of the tube 3, from which it is removed outside the holder 2; with claim 3 of the formula, the refrigerant from the cavity 5 also enters into the longitudinal slots 9, through which from the base of the protrusion 6 along the lateral surface of each of its elements 10 it flows to its top, entering the tube 3 and beyond the holder.

Охлаждаемая поверхность электрода по п. 2 больше, чем поверхность по п. 1 на величину отсутствующей у последнего верхней части конуса и равной S=3,14*R*L, где R - радиус вершины усеченного конуса; L - длина образующей отсутствующего конус при прочих равных условиях (одинаковых диаметрах оснований этих конусов и углах наклона их образующих); поэтому эффективность охлаждения электрода по п. 2 выше, чем электрода по п. 1 и, следовательно, его стойкость выше. Она возрастает также и за счет увеличения осевых толщин стенок в зоне рабочего торца 1 электрода и усеченного конического дна его полости или конического выступа 6, размещенного на дне его цилиндрической полости 5; при этом минимальная осевая толщина стенок его увеличивается, например, в зоне продольной оси дна с усеченным конусом на высоту отсутствующей вершины его электрода (п. 1 формулы) или на высоту усеченного конуса дна полости электрода (п. 2 формулы); при этом электродам таких конструкций потребуется большее количество подрезок (максимальное по п. 2 формулы) рабочих торцов для восстановления их работоспособности после каждого предельного износа в процессе автоматической или ручной сварки заготовок или деталей между собой. П. 3 формулы увеличивается охлаждаемая поверхность электрода: по п. 2 она равна F2=3,14(2R*1+R*L), a по п. 3 F3=3,14(2R*1+R*L)-2N*B*L+n*(R-B/2)*(R-B/2)+2R*N*B, их соотношение F3/F2=3,14*(2*5*4+5*1,41*5)-2*2*2*3,41+2*4(5*5-2*5*1+1)+2*5*2*2/3,14(2*5*4+5*1,41*5)=377/236,28=1.59; здесь R=5- радиус основания конического выступа с углом при его вершине 90°; 1= 4 - протяженность цилиндрического участка полости; L=1,41R - длина боковой поверхности этого выступа; N=2 - количество его продольно-перпендикулярных прямых прорезей; В=2 - ширина прорезей; n=8 - количество охлаждаемых поверхностей 4-х образованных элементов выступа (все в мм); при 3-х или 4-х продольных прямых прорезях выступа это соотношение еще больше. Если прорези выполнены в виде ломаных линий и глубиной, большей высоты выступа, то это соотношение еще больше возрастает, чем увеличивается эффективность охлаждения электрода и его стойкость.The cooled electrode surface according to claim 2 is larger than the surface according to claim 1 by the value absent from the last upper part of the cone and equal to S = 3.14 * R * L, where R is the radius of the vertex of the truncated cone; L is the length of the generatrix of the missing cone, ceteris paribus (the same base diameters of these cones and the angles of inclination of their generators); therefore, the cooling efficiency of the electrode according to claim 2 is higher than that of the electrode according to claim 1 and, therefore, its resistance is higher. It also increases due to an increase in the axial wall thicknesses in the zone of the working end 1 of the electrode and the truncated conical bottom of its cavity or conical protrusion 6 located at the bottom of its cylindrical cavity 5; while the minimum axial wall thickness increases, for example, in the area of the longitudinal axis of the bottom with a truncated cone to the height of the missing top of its electrode (paragraph 1 of the formula) or to the height of the truncated cone of the bottom of the electrode cavity (paragraph 2 of the formula); in this case, the electrodes of such structures will require a larger number of undercuts (maximum according to claim 2 of the formula) of the working ends to restore their operability after each extreme wear in the process of automatic or manual welding of workpieces or parts between each other. Item 3 of the formula increases the cooled surface of the electrode: according to item 2, it is equal to F2 = 3,14 (2R * 1 + R * L), and according to item 3 it is F3 = 3,14 (2R * 1 + R * L) - 2N * B * L + n * (RB / 2) * (RB / 2) + 2R * N * B, their ratio is F3 / F2 = 3.14 * (2 * 5 * 4 + 5 * 1.41 * 5 ) -2 * 2 * 2 * 3.41 + 2 * 4 (5 * 5-2 * 5 * 1 + 1) + 2 * 5 * 2 * 2 / 3.14 (2 * 5 * 4 + 5 * 1 , 41 * 5) = 377 / 236.28 = 1.59; here R = 5 is the radius of the base of the conical protrusion with an angle of 90 ° at its apex; 1 = 4 - the length of the cylindrical section of the cavity; L = 1.41R is the length of the side surface of this protrusion; N = 2 - the number of its longitudinally perpendicular straight slots; B = 2 - the width of the slots; n = 8 - the number of cooled surfaces of the 4 formed elements of the protrusion (all in mm); with 3 or 4 longitudinal straight slots of the protrusion, this ratio is even greater. If the slots are made in the form of broken lines and a depth greater than the height of the protrusion, then this ratio increases even more than the cooling efficiency of the electrode and its resistance.

Приведенные формы доньев полостей у предлагаемых электродов целесообразнее изготовлять, например, штамповкой, экструзией соответствующих порошковых смесей, приваркой выступа к дну полости и т.д., но не лезвийной обработкой исходных прутковых заготовок.The given forms of the bottom of the cavities of the proposed electrodes are more appropriate to produce, for example, by stamping, extrusion of the corresponding powder mixtures, welding of the protrusion to the bottom of the cavity, etc., but not by blade processing of the initial bar blanks.

Таким образом, предлагаемыми конструкциями полостей электродов увеличиваются эффективность охлаждения их, толщина и прочность осевых стенок в их рабочих зонах, чем в целом повышается стойкость таких электродов.Thus, the proposed designs of the cavities of the electrodes increase their cooling efficiency, the thickness and strength of the axial walls in their working areas, which generally increases the resistance of such electrodes.

Claims

1. A device for contact spot welding, containing an electrode in the form of a cap with a working surface on its front end, the cavity of which is made of a conical shape from the rear end of the electrode, turning into a cylindrical cavity, a hollow electrode holder with a corresponding conical surface in its front part and a tube for supplying refrigerant installed in the cavity of the holder with an annular gap sealed by a sealing element that is connected to the cavity of the electrode of cylindrical shape transverse about contact, made in the holder, characterized in that the bottom of the cavity of the electrode formed with a cavity in the form of a truncated cone, directed towards the front end of the electrode, the front ends of the holder and the tube are made to form an axial clearance relative to the surface of this cavity.

2. A device for contact spot welding, containing an electrode in the form of a cap with a working surface on its front end, the cavity of which from the rear end of the electrode is made of a conical shape, turning into a cylindrical cavity, a hollow electrode holder with a corresponding conical surface in its front and a tube for supplying refrigerant installed in the cavity of the holder with an annular gap, which is connected to the cavity of the electrode of a cylindrical shape by transverse windows made in the holder, and sealed van a sealing element, characterized in that the bottom of the electrode cavity is made with a protrusion of a conical shape, the diameter of the base of which is less than or equal to the diameter of the cylindrical cavity, while the front ends of the holder and tube are made with the formation of an axial clearance relative to the surface of the said protrusion.

3. The device according to p. 2, characterized in that the conical protrusion is divided from the base to the top by longitudinal slots into equal parts.