专利名称：一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，更具体地讲是一种以铬锆铜电极材料为原料来制作用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的方法，属于焊接用电极材料的加工技术领域。
背景技术：
常用规格的铬锆铜电极材料按ISO5182-99标准组织生产。按该标准所选材料首先经过真空炉或电炉熔炼制成一定规格的坯锭，然后通过锻造或热挤压、固溶处理，再进行冷拔和真空退火(或有氧退火)，最后制成用户具体需要的各种规格的电极帽产品。这样加工出的电极帽产品的主要的机械物理性能为硬度一般在HRB78～82、导电率在MS/m43～44、软化温度最低值在475℃。具有这种物理性能的电极帽产品基本能满足常规焊接对电极材料的要求。然而，由于汽车生产厂家为了提高汽车质量和延长使用寿命，越来越注重将抗腐蚀性能优异的镀复层钢板用作汽车车体材料。于是在汽车制造行业较多地涉及到镀复层钢板的焊接，并且在焊接时由于采用了先进的焊接机器人和生产流水线，连续焊接时间较长，冷却效果较差。因此，如果选用由上述方法制作的电极帽产品用于汽车镀复层钢板的焊接，常常会在焊接过程中出现“粘焊”的问题，而且电极帽产品的使用寿命也较短。
所谓的汽车镀复层钢板是指在钢板表面涂复有锌层或锡层或铅层的钢板。以镀锌层为例，厚度一般在15mm～20mm。在焊接时，除产生电极变形外，主要的问题是存在严重的粘焊现象，所谓的粘焊现象是指电极与镀层金属产生合金化倾向。其缘由是由于镀复层钢板表面的低熔点金属(锌、锡、铅)在高温下处于熔融状态，与电极端面产生熔焊，这些附着于电极表面的熔融金属在高温下会逐步扩散到电极的基体中并形成扩散层，使电极的硬度、导电性能等发生变化，大大降低了高温硬度和导电性能。从而可知，如果要使以铬锆铜电极材料所制作的电极帽产品满足由焊接机器人、焊接生产流水线高速、高效地对汽车镀复层钢板的焊接，那么就必须对电极帽产品的硬度、导电率、尤其是软化温度最低值方面作出有效的改善，这就涉及用于加工电极帽产品的材料的合理选配并对制作方法加以改进的问题。
中国发明专利号为00122913.3，授权公开了一种名称为“含有氧化物弥散强化铜的铬锆铜棒材生产工艺方法”，该工艺方法是首先采用机械合金化方法，将细铜粉与超细氧化铝粉混合，然后冷挤压成一个圆柱体坯料，再将此坯料铸造在铬锆铜中，作成复合体铸锭，最后将此铸锭热挤压成棒材，这样就得到了弥散强化铜的铬锆铜棒材。该工艺方法仅仅是围绕节省铬锆钢材料，而未对如何以此棒材来制取具有良好的硬度、导电率、软化温度的电极帽的启示。经试验表明，用该专利工艺方法获得的铬锆铜棒材去制作电极帽，在冷挤压过程中暴露出脆裂问题，也即碎裂问题，因而根本无法由冷挤压工艺来制取电极帽，而只能以车加工工艺制取电极帽，采用车加工工艺一是加工成本高，效率低下；二是这种棒材本身的机械物理性能决定了制成的电极帽无法适应用于汽车镀复层钢板的焊接。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，用该方法制作的电极帽具有抗粘焊、硬度高、导电率理想、耐温软化性好。
本发明的目的是这样来达到的，一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，它包括以下步骤(1)原料配制，以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，其中主原料组分为(按重量)99％～99.47％阴极铜、0.4％～0.8％铬粉、0.08％～0.20％锆粉；除氧剂组分为(按重量)0.05％～0.1％镁。
(2)将按前述配制的原料混合后放入真空炉中熔炼，当炉温达1200℃～1300℃时出炉，浇注到圆形铸模中，待冷却后脱模，获得铸锭坯；(3)对铸锭坯作表面清理，然后锯断并装入电炉热挤压成棒材；(4)固溶处理，固溶时间为12秒～30秒，固溶温度为960℃～1010℃，保温时间为0.5小时～2小时；(5)冷拔拉削，其冷拔压缩比为35％～50％；(6)落料，并放入冷挤压模具进行冷挤压成为中空球型坯体；(7)将中空球型坯体在出模后进行真空退火，在压力-0.1MPa时冲入氮气，当压力达+0.1MPa时停止充氮，然后通水升温，待炉温升到460℃～480℃时，保持7～8小时，出炉；
(8)修坯、抛光得到电极帽产品。
本发明所述的阴极铜为标准阴极铜。
本发明所述的阴极铜为高纯阴极铜。
本发明所述的铬粉为纯度在99.5％以上且过40目筛的铬粉。
本发明所述的锆粉为纯度在98％以上且过40目筛的海绵锆。
本发明所述的冷挤压模具包括上模板1、凸模座2、凸模3、导柱4、凹模座6、下模板7、凹模5、顶杆8、模套9，所述凸模座2固定在上模板1的下方，凸模3安装在凸模座2上，导柱4有两根，分别设在上、下模板1、7之间且位于两个角上，凹模座6固定在下模板7的上方，凹模5开设在凹模座6上，且与凸模座2上的凸模3的位置相对应，顶杆8自下而上在依次穿过下模板7、凹模座6后伸至于凹模5的底端部，模套9置于凹模座6的座腔中。
本发明在冷挤压时在凸模3上涂有冷却液。
本发明所述的冷却液为菜油。
本发明所述的冷却液为工业用润滑油。
本发明方法由于对原料作了合理配制和对固溶时间、温度、保温时间作了合理控制以及采用了冷挤压模具进行冷挤压，使加工所得的电极帽的硬度(HRB)达85～90、导电率(MS/m)达45～50、软化温度最低值达600℃～650℃，能有效地避免电极帽与镀复层钢板表面的镀层金属之间的合金化倾向，从而可满足焊接机器人对汽车镀复层钢板的连续焊接不产生粘焊的要求。
附图及图面说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明在冷挤压中所采用的冷挤压模具的结构简图。
图3为本发明方法所制得的电极帽产品的剖视图。
具体实施例方式
实施例1以制作规格为Φ16mm×23mm的球形电极帽为例。
(1)准确称取符合GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.2％、过40目筛的纯度为99.5％以上的由锦州铁合金厂生产销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.6％和由锦州铁合金厂生产、销售的过40目筛的纯度为98％以上的且满足YB69-65冶金标准要求的海棉锆0.15％以及由中国江苏苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG23A的镁0.05％；(2)将上述原料充分混匀，放入真空炉中熔炼，当炉温达到1250℃时出炉，浇注到圆形铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；(3锯除铸锭坯的浇冒口，用车床车削掉外层氧化皮，然后锯断，并装入电炉内热挤压，使铸锭坯体挤压成直径为16mm的棒材。挤压前对挤压模筒进行预热，预热温度为350℃～450℃，挤压时，首先对坯锭进行选择，对φ2mm～22mm圆棒用φ20×230mm坯锭挤压，对φ25mm～45mm圆棒用φ98mm×260mm坯锭挤压，挤压温度为850℃～880℃，保温0.5h～1h；(4)用盐浴池对棒材作固溶处理，盐浴浓度应符合波美11℃±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为15秒，当固溶温度达到970℃时，开始保温1h，然后将棒材置于盐浴池中，使棒材充分冷却后取出付诸下一工序。前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，利于改善合金的强度；(5)对经固溶处理后的棒材进行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔压缩比为45％；(6)对冷拔拉削后的棒材进行落料，落料尺寸为Φ16mm×16.5mm，然后送至冷挤压模具的凹模5内，冷挤压模具实质上为反挤压模，所谓的反挤压模是指由于在电极帽中央要制出一锥形盲孔，当凸模3俯冲至凹模5时，坯料出现向上延展。为确保挤压成品精度，采用二根导柱4的模架，出料采用下推杆形式，为了尽量延长冷挤压的凹模5的使用寿命，其材料选用了YG25，该材料具有硬度高、耐冲击性好的特点，而针对冷挤压凸模，则选用了材料9CrSi，它具有很高强度、良好的耐磨性和韧性，尤其是高温硬度高、热硬性极好、抗软化变形能力极强。在冷挤压过程中对凸模3上以涂敷菜油作冷却液，以施加160吨压力下进行冷挤压，挤压时，压力以不均等的力向各个方向传递，使坯料的各个方向均受到挤压，被冷挤成Φ16mm×23mm的中空球形坯体；(7)将中空球形坯体在真空炉中进行真空退火，在退火前先抽真空，当压力达到-0.1Mpa时充入氮气，当压力达到+0.1Mpa时停止充氮，然后在夹套中通循环水，升温，待炉温升至460℃，保温8小时后出炉，冷却；
(8)修坯、抛光即得到图3所示的规格为Φ16mm×23mm的电板帽产品，这种电极帽产品经抽取9只交上海电器科学研究所测试，具有下表所示的机械物理性能。
实施例2以制作规格为Φ16mm×20mm的球形电极帽为例(更换相应的凸模3、凹模5)。
(1)准确称取符合GB467-1997国家标准要求的高纯阴极铜99.3％、过40目筛的纯度为99.5％以上的由锦州铁合金厂生产销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.5％和由锦州铁合金厂生产、销售的过40目筛的纯度为98％以上的且满足YB69-65冶金标准要求的海棉锆0.12％以及由中国江苏苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG23A的镁0.08％；(2)将上述原料充分混匀，放入真空炉中熔炼，当炉温达到1290℃时出炉，浇注到圆形铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯，付诸步骤(3)；(3锯除铸锭坯的浇冒口，用车床车削掉外层氧化皮，然后锯断，并装入电炉内热挤压，使铸锭坯体挤压成直径为16mm的棒材。挤压前对挤压模筒进行预热，预热温度为350℃～450℃，挤压时，首先对坯锭进行选择，对φ2mm～22mm圆棒用φ20×230mm坯锭挤压，对φ25mm～45mm圆棒用φ98mm×260mm坯锭挤压，挤压温度为850℃～880℃，保温0.5h～1h；(4)用盐浴池对棒材作固溶处理，盐浴浓度应符合波美11℃±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为22秒，当固溶温度达到990℃时，开始保温1.2h，然后将棒材置于盐浴池中，使棒材充分冷却后取出付诸下一工序。前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，利于改善合金的强度；(5)对经固溶处理后的棒材进行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔压缩比为40％；(6)对冷拔拉削后的棒材进行落料，落料尺寸为Φ16mm×15mm，然后送至冷挤压模具的凹模5内，冷挤压模具实质上为反挤压模，所谓的反挤压模是指由于在电极帽中央要制出一锥形盲孔，当凸模3俯冲至凹模5时，坯料出现向上延展。为确保挤压成品精度，采用二根导柱4的模架，出料采用下推杆形式，为了尽量延长冷挤压的凹模5的使用寿命，其材料选用了YG25，该材料具有硬度高、耐冲击性好的特点，而针对冷挤压凸模，则选用了材料9CrSi，它具有很高强度、良好的耐磨性和韧性，尤其是高温硬度高、热硬性极好、抗软化变形能力极强。在冷挤压过程中对凸模3上以涂敷工业用润滑油作冷却液，以施加160吨压力下进行冷挤压，挤压时，压力以不均等的力向各个方向传递，使坯料的各个方向均受到挤压，被冷挤成Φ16mm×15mm的中空球形坯体；(7)将中空球形坯体在真空炉中进行真空退火，在退火前先抽真空，当压力达到-0.1Mpa时充入氮气，当压力达到+0.1Mpa时停止充氮，然后在夹套中通循环水，升温待炉温升至470℃，保温7.5小时后出炉，冷却；(8)修坯、抛光即得到图3所示的规格为Φ16mm×20mm的电极帽产品，这种电极帽产品经测试具有下表所示的机械物理性能。
实施例3以制作规格为Φ13mm×20mm的球形电极帽为例(更换相应规格的凸模3、凹模5)。
(1)准确称取符合GB467-1997国家标准要求的标准阴极铜99.4％、过40目筛的纯度为99.5％以上的由锦州铁合金厂生产销售的符合GB2211-87国家标准要求的铬粉0.4％和由锦州铁合金厂生产、销售的过40目筛的纯度为98％以上的且满足YB69-65冶金标准要求的海棉锆0.1％以及由中国江苏苏州天益金属材料有限公司生产的牌号为MG23A的镁0.1％；(2)将上述原料充分混匀，放入真空炉中熔炼，当炉温达到1210℃时出炉，浇注到圆形铸模中，待冷却后脱模，得到铸锭坯；(3)锯除铸锭坯的浇冒口，用车床车削掉外层氧化皮，然后锯断，并装入电炉内热挤压，使铸锭坯体挤压成直径为16mm的棒材。挤压前对挤压模筒进行预热，预热温度为350℃～450℃，挤压时，首先对坯锭进行选择，对φ2mm～22mm圆棒用φ20×230mm坯锭挤压，对φ25mm～45mm圆棒用φ98mm×260mm坯锭挤压，挤压温度为850℃～880℃，保温0.5h～1h；
(4)用盐浴池对棒材作固溶处理，盐浴浓度应符合波美11℃±2℃，水温控制在40℃以下，固溶时间为28秒，当固溶温度达到1005℃时，开始保温0.6h，然后将棒材置于盐浴池中，使棒材充分冷却后取出付诸下一工序。前述固溶温度及保温时间可增加铬、锆元素在铜中的固溶量，铬锆铜(Cr+Cu3Zr)颗粒均匀弥散析出，利于改善合金的强度；(5)对经固溶处理后的棒材进行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔压缩比为50％；(6)对冷拔拉削后的棒材进行落料，落料尺寸为Φ13mm×16mm，然后送至冷挤压模具的凹模5内，冷挤压模具实质上为反挤压模，所谓的反挤压模是指由于在电极帽中央要制出一锥形盲孔，当凸模3俯冲至凹模5时，坯料出现向上延展。为确保挤压成品精度，采用二根导柱4的模架，出料采用下推杆形式，为了尽量延长冷挤压的凹模5的使用寿命，其材料选用了YG25，该材料具有硬度高、耐冲击性好的特点，而针对冷挤压凸模，则选用了材料9CrSi，它具有很高强度、良好的耐磨性和韧性，尤其是高温硬度高、热硬性极好、抗软化变形能力极强。在冷挤压过程中对凸模3上以涂敷菜油作冷却液，以施加160吨压力下进行冷挤压，挤压时，压力以不均等的力向各个方向传递，使坯料的各个方向均受到挤压，被冷挤成Φ13mm×20mm的中空球形坯体；(7)将中空球形坯体在真空炉中进行真空退火，在退火前先抽真空，当压力达到-0.1Mpa时充入氮气，当压力达到+0.1Mpa时停止充氮，然后在夹套中通循环水，升温，待炉温升至480℃，保温7小时后出炉，冷却；(8)修坯、抛光即得到图3所示的规格为Φ13mm×20mm的电极帽产品，这种电极帽产品经测试具有下表所示的机械物理性能。
权利要求
1.一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于它包括以下步骤(1)原料配制，以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，其中主原料组分为(按重量)99％～99.47％阴极铜、0.4％～0.8％铬粉、0.08％～0.20％锆粉；除氧剂组分为(按重量)0.05％～0.1％镁。(2)将按前述配制的原料混合后放入真空炉中熔炼，当炉温达1200℃～1300℃时出炉，浇注到圆形铸模中，待冷却后脱模，获得铸锭坯；(3)对铸锭坯作表面清理，然后锯断并装入电炉热挤压成棒材；(4)固溶处理，固溶时间为12秒～30秒，固溶温度为960℃～1010℃，保温时间为0.5小时～2小时；(5)冷拔拉削，其冷拔压缩比为35％～50％；(6)落料，并放入冷挤压模具进行冷挤压成为中空球型坯体；(7)将中空球型坯体在出模后进行真空退火，在压力-0.1MPa时冲入氮气，当压力达+0.1MPa时停止充氮，然后通水升温，待炉温升到460℃～480℃时，保持7～8小时，出炉；(8)修坯、抛光得到电极帽产品。
2.根据权利要求1所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的阴极铜为标准阴极铜。
3.根据权利要求1所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的阴极铜为高纯阴极铜。
4.根据权利要求1所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的铬粉为纯度在99.5％以上且过40目筛的铬粉。
5.根据权利要求1所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的锆粉为纯度在98％以上且过40目筛的海绵锆。
6.根据权利要求1所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的冷挤压模具包括上模板(1)、凸模座(2)、凸模(3)、导柱(4)、凹模座(6)、下模板(7)、凹模(5)、顶杆(8)、模套(9)，所述凸模座(2)固定在上模板(1)的下方，凸模3安装在凸模座(2)上，导柱(4)有两根，分别设在上、下模板(1)、(7)之间且位于两个角上，凹模座6固定在下模板(7)的上方，凹模(5)开设在凹模座(6)上，且与凸模座(2)上的凸模(3)的位置相对应，顶杆(8)自下而上在依次穿过下模板(7)、凹模座(6)后伸至于凹模(5)的底端部，模套(9)置于凹模座(6)的座腔中。
7.根据权利要求6所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于在冷挤压时在凸模(3)上涂有冷却液。
8.根据权利要求7所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的冷却液为菜油。
9.根据权利要求7所述的一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，其特征在于所述的冷却液为工业用润滑油。
全文摘要
一种用于焊接汽车镀复层钢板的电极帽的制作方法，属于焊接用电极材料的加工技术领域。它包括以下步骤(1)原料配制，以阴极铜、铬粉、锆粉作为主原料，以镁作为除氧剂，其中主原料组分为(按重量)99％～99.47％阴极铜、0.4％～0.8％铬粉、0.08％～0.20％锆粉；除氧剂组分为(按重量)0.05％～0.1％镁。(2)将按前述配制的原料混合后放入真空炉中熔炼，再浇注到圆形铸模中，获得铸锭坯；(3)对铸锭坯作表面清理，并热挤压成棒材；(4)固溶处理；(5)冷拔拉削；(6)落料，并放入冷挤压模具进行冷挤压成为中空球型坯体；(7)将中空球型坯体在出模后进行真空退火；(8)修坯、抛光得到电极帽产品。用该方法制作的电极帽具有抗粘焊、硬度高、导电率理想、耐温软化性好的优点。
文档编号B23K9/24GK1597223SQ20041004171
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月12日 优先权日2004年8月12日
发明者左卫东 申请人:中外合资常熟明辉焊接器材有限公司