專利名稱：一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，更具體地講是一種以鉻鋯銅電極材料為原料來制作用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的方法，屬于焊接用電極材料的加工技術領域。
背景技術：
常用規(guī)格的鉻鋯銅電極材料按ISO5182-99標準組織生產。按該標準所選材料首先經過真空爐或電爐熔煉制成一定規(guī)格的坯錠，然后通過鍛造或熱擠壓、固溶處理，再進行冷拔和真空退火(或有氧退火)，最后制成用戶具體需要的各種規(guī)格的電極帽產品。這樣加工出的電極帽產品的主要的機械物理性能為硬度一般在HRB78～82、導電率在MS/m43～44、軟化溫度最低值在475℃。具有這種物理性能的電極帽產品基本能滿足常規(guī)焊接對電極材料的要求。然而，由于汽車生產廠家為了提高汽車質量和延長使用壽命，越來越注重將抗腐蝕性能優(yōu)異的鍍復層鋼板用作汽車車體材料。于是在汽車制造行業(yè)較多地涉及到鍍復層鋼板的焊接，并且在焊接時由于采用了先進的焊接機器人和生產流水線，連續(xù)焊接時間較長，冷卻效果較差。因此，如果選用由上述方法制作的電極帽產品用于汽車鍍復層鋼板的焊接，常常會在焊接過程中出現“粘焊”的問題，而且電極帽產品的使用壽命也較短。
所謂的汽車鍍復層鋼板是指在鋼板表面涂復有鋅層或錫層或鉛層的鋼板。以鍍鋅層為例，厚度一般在15mm～20mm。在焊接時，除產生電極變形外，主要的問題是存在嚴重的粘焊現象，所謂的粘焊現象是指電極與鍍層金屬產生合金化傾向。其緣由是由于鍍復層鋼板表面的低熔點金屬(鋅、錫、鉛)在高溫下處于熔融狀態(tài)，與電極端面產生熔焊，這些附著于電極表面的熔融金屬在高溫下會逐步擴散到電極的基體中并形成擴散層，使電極的硬度、導電性能等發(fā)生變化，大大降低了高溫硬度和導電性能。從而可知，如果要使以鉻鋯銅電極材料所制作的電極帽產品滿足由焊接機器人、焊接生產流水線高速、高效地對汽車鍍復層鋼板的焊接，那么就必須對電極帽產品的硬度、導電率、尤其是軟化溫度最低值方面作出有效的改善，這就涉及用于加工電極帽產品的材料的合理選配并對制作方法加以改進的問題。
中國發(fā)明專利號為00122913.3，授權公開了一種名稱為“含有氧化物彌散強化銅的鉻鋯銅棒材生產工藝方法”，該工藝方法是首先采用機械合金化方法，將細銅粉與超細氧化鋁粉混合，然后冷擠壓成一個圓柱體坯料，再將此坯料鑄造在鉻鋯銅中，作成復合體鑄錠，最后將此鑄錠熱擠壓成棒材，這樣就得到了彌散強化銅的鉻鋯銅棒材。該工藝方法僅僅是圍繞節(jié)省鉻鋯鋼材料，而未對如何以此棒材來制取具有良好的硬度、導電率、軟化溫度的電極帽的啟示。經試驗表明，用該專利工藝方法獲得的鉻鋯銅棒材去制作電極帽，在冷擠壓過程中暴露出脆裂問題，也即碎裂問題，因而根本無法由冷擠壓工藝來制取電極帽，而只能以車加工工藝制取電極帽，采用車加工工藝一是加工成本高，效率低下；二是這種棒材本身的機械物理性能決定了制成的電極帽無法適應用于汽車鍍復層鋼板的焊接。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，用該方法制作的電極帽具有抗粘焊、硬度高、導電率理想、耐溫軟化性好。
本發(fā)明的目的是這樣來達到的，一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，它包括以下步驟(1)原料配制，以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，其中主原料組分為(按重量)99％～99.47％陰極銅、0.4％～0.8％鉻粉、0.08％～0.20％鋯粉；除氧劑組分為(按重量)0.05％～0.1％鎂。
(2)將按前述配制的原料混合后放入真空爐中熔煉，當爐溫達1200℃～1300℃時出爐，澆注到圓形鑄模中，待冷卻后脫模，獲得鑄錠坯；(3)對鑄錠坯作表面清理，然后鋸斷并裝入電爐熱擠壓成棒材；(4)固溶處理，固溶時間為12秒～30秒，固溶溫度為960℃～1010℃，保溫時間為0.5小時～2小時；(5)冷拔拉削，其冷拔壓縮比為35％～50％；(6)落料，并放入冷擠壓模具進行冷擠壓成為中空球型坯體；(7)將中空球型坯體在出模后進行真空退火，在壓力-0.1MPa時沖入氮氣，當壓力達+0.1MPa時停止充氮，然后通水升溫，待爐溫升到460℃～480℃時，保持7～8小時，出爐；
(8)修坯、拋光得到電極帽產品。
本發(fā)明所述的陰極銅為標準陰極銅。
本發(fā)明所述的陰極銅為高純陰極銅。
本發(fā)明所述的鉻粉為純度在99.5％以上且過40目篩的鉻粉。
本發(fā)明所述的鋯粉為純度在98％以上且過40目篩的海綿鋯。
本發(fā)明所述的冷擠壓模具包括上模板1、凸模座2、凸模3、導柱4、凹模座6、下模板7、凹模5、頂桿8、模套9，所述凸模座2固定在上模板1的下方，凸模3安裝在凸模座2上，導柱4有兩根，分別設在上、下模板1、7之間且位于兩個角上，凹模座6固定在下模板7的上方，凹模5開設在凹模座6上，且與凸模座2上的凸模3的位置相對應，頂桿8自下而上在依次穿過下模板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。
本發(fā)明在冷擠壓時在凸模3上涂有冷卻液。
本發(fā)明所述的冷卻液為菜油。
本發(fā)明所述的冷卻液為工業(yè)用潤滑油。
本發(fā)明方法由于對原料作了合理配制和對固溶時間、溫度、保溫時間作了合理控制以及采用了冷擠壓模具進行冷擠壓，使加工所得的電極帽的硬度(HRB)達85～90、導電率(MS/m)達45～50、軟化溫度最低值達600℃～650℃，能有效地避免電極帽與鍍復層鋼板表面的鍍層金屬之間的合金化傾向，從而可滿足焊接機器人對汽車鍍復層鋼板的連續(xù)焊接不產生粘焊的要求。
附圖及圖面說明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明在冷擠壓中所采用的冷擠壓模具的結構簡圖。
圖3為本發(fā)明方法所制得的電極帽產品的剖視圖。
具體實施例方式
實施例1以制作規(guī)格為Φ16mm×23mm的球形電極帽為例。
(1)準確稱取符合GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.2％、過40目篩的純度為99.5％以上的由錦州鐵合金廠生產銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.6％和由錦州鐵合金廠生產、銷售的過40目篩的純度為98％以上的且滿足YB69-65冶金標準要求的海棉鋯0.15％以及由中國江蘇蘇州天益金屬材料有限公司生產的牌號為MG23A的鎂0.05％；(2)將上述原料充分混勻，放入真空爐中熔煉，當爐溫達到1250℃時出爐，澆注到圓形鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；(3鋸除鑄錠坯的澆冒口，用車床車削掉外層氧化皮，然后鋸斷，并裝入電爐內熱擠壓，使鑄錠坯體擠壓成直徑為16mm的棒材。擠壓前對擠壓模筒進行預熱，預熱溫度為350℃～450℃，擠壓時，首先對坯錠進行選擇，對φ2mm～22mm圓棒用φ20×230mm坯錠擠壓，對φ25mm～45mm圓棒用φ98mm×260mm坯錠擠壓，擠壓溫度為850℃～880℃，保溫0.5h～1h；(4)用鹽浴池對棒材作固溶處理，鹽浴濃度應符合波美11℃±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為15秒，當固溶溫度達到970℃時，開始保溫1h，然后將棒材置于鹽浴池中，使棒材充分冷卻后取出付諸下一工序。前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，利于改善合金的強度；(5)對經固溶處理后的棒材進行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔壓縮比為45％；(6)對冷拔拉削后的棒材進行落料，落料尺寸為Φ16mm×16.5mm，然后送至冷擠壓模具的凹模5內，冷擠壓模具實質上為反擠壓模，所謂的反擠壓模是指由于在電極帽中央要制出一錐形盲孔，當凸模3俯沖至凹模5時，坯料出現向上延展。為確保擠壓成品精度，采用二根導柱4的模架，出料采用下推桿形式，為了盡量延長冷擠壓的凹模5的使用壽命，其材料選用了YG25，該材料具有硬度高、耐沖擊性好的特點，而針對冷擠壓凸模，則選用了材料9CrSi，它具有很高強度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度高、熱硬性極好、抗軟化變形能力極強。在冷擠壓過程中對凸模3上以涂敷菜油作冷卻液，以施加160噸壓力下進行冷擠壓，擠壓時，壓力以不均等的力向各個方向傳遞，使坯料的各個方向均受到擠壓，被冷擠成Φ16mm×23mm的中空球形坯體；(7)將中空球形坯體在真空爐中進行真空退火，在退火前先抽真空，當壓力達到-0.1Mpa時充入氮氣，當壓力達到+0.1Mpa時停止充氮，然后在夾套中通循環(huán)水，升溫，待爐溫升至460℃，保溫8小時后出爐，冷卻；
(8)修坯、拋光即得到圖3所示的規(guī)格為Φ16mm×23mm的電板帽產品，這種電極帽產品經抽取9只交上海電器科學研究所測試，具有下表所示的機械物理性能。

實施例2以制作規(guī)格為Φ16mm×20mm的球形電極帽為例(更換相應的凸模3、凹模5)。
(1)準確稱取符合GB467-1997國家標準要求的高純陰極銅99.3％、過40目篩的純度為99.5％以上的由錦州鐵合金廠生產銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.5％和由錦州鐵合金廠生產、銷售的過40目篩的純度為98％以上的且滿足YB69-65冶金標準要求的海棉鋯0.12％以及由中國江蘇蘇州天益金屬材料有限公司生產的牌號為MG23A的鎂0.08％；(2)將上述原料充分混勻，放入真空爐中熔煉，當爐溫達到1290℃時出爐，澆注到圓形鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯，付諸步驟(3)；(3鋸除鑄錠坯的澆冒口，用車床車削掉外層氧化皮，然后鋸斷，并裝入電爐內熱擠壓，使鑄錠坯體擠壓成直徑為16mm的棒材。擠壓前對擠壓模筒進行預熱，預熱溫度為350℃～450℃，擠壓時，首先對坯錠進行選擇，對φ2mm～22mm圓棒用φ20×230mm坯錠擠壓，對φ25mm～45mm圓棒用φ98mm×260mm坯錠擠壓，擠壓溫度為850℃～880℃，保溫0.5h～1h；(4)用鹽浴池對棒材作固溶處理，鹽浴濃度應符合波美11℃±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為22秒，當固溶溫度達到990℃時，開始保溫1.2h，然后將棒材置于鹽浴池中，使棒材充分冷卻后取出付諸下一工序。前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，利于改善合金的強度；(5)對經固溶處理后的棒材進行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔壓縮比為40％；(6)對冷拔拉削后的棒材進行落料，落料尺寸為Φ16mm×15mm，然后送至冷擠壓模具的凹模5內，冷擠壓模具實質上為反擠壓模，所謂的反擠壓模是指由于在電極帽中央要制出一錐形盲孔，當凸模3俯沖至凹模5時，坯料出現向上延展。為確保擠壓成品精度，采用二根導柱4的模架，出料采用下推桿形式，為了盡量延長冷擠壓的凹模5的使用壽命，其材料選用了YG25，該材料具有硬度高、耐沖擊性好的特點，而針對冷擠壓凸模，則選用了材料9CrSi，它具有很高強度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度高、熱硬性極好、抗軟化變形能力極強。在冷擠壓過程中對凸模3上以涂敷工業(yè)用潤滑油作冷卻液，以施加160噸壓力下進行冷擠壓，擠壓時，壓力以不均等的力向各個方向傳遞，使坯料的各個方向均受到擠壓，被冷擠成Φ16mm×15mm的中空球形坯體；(7)將中空球形坯體在真空爐中進行真空退火，在退火前先抽真空，當壓力達到-0.1Mpa時充入氮氣，當壓力達到+0.1Mpa時停止充氮，然后在夾套中通循環(huán)水，升溫待爐溫升至470℃，保溫7.5小時后出爐，冷卻；(8)修坯、拋光即得到圖3所示的規(guī)格為Φ16mm×20mm的電極帽產品，這種電極帽產品經測試具有下表所示的機械物理性能。

實施例3以制作規(guī)格為Φ13mm×20mm的球形電極帽為例(更換相應規(guī)格的凸模3、凹模5)。
(1)準確稱取符合GB467-1997國家標準要求的標準陰極銅99.4％、過40目篩的純度為99.5％以上的由錦州鐵合金廠生產銷售的符合GB2211-87國家標準要求的鉻粉0.4％和由錦州鐵合金廠生產、銷售的過40目篩的純度為98％以上的且滿足YB69-65冶金標準要求的海棉鋯0.1％以及由中國江蘇蘇州天益金屬材料有限公司生產的牌號為MG23A的鎂0.1％；(2)將上述原料充分混勻，放入真空爐中熔煉，當爐溫達到1210℃時出爐，澆注到圓形鑄模中，待冷卻后脫模，得到鑄錠坯；(3)鋸除鑄錠坯的澆冒口，用車床車削掉外層氧化皮，然后鋸斷，并裝入電爐內熱擠壓，使鑄錠坯體擠壓成直徑為16mm的棒材。擠壓前對擠壓模筒進行預熱，預熱溫度為350℃～450℃，擠壓時，首先對坯錠進行選擇，對φ2mm～22mm圓棒用φ20×230mm坯錠擠壓，對φ25mm～45mm圓棒用φ98mm×260mm坯錠擠壓，擠壓溫度為850℃～880℃，保溫0.5h～1h；
(4)用鹽浴池對棒材作固溶處理，鹽浴濃度應符合波美11℃±2℃，水溫控制在40℃以下，固溶時間為28秒，當固溶溫度達到1005℃時，開始保溫0.6h，然后將棒材置于鹽浴池中，使棒材充分冷卻后取出付諸下一工序。前述固溶溫度及保溫時間可增加鉻、鋯元素在銅中的固溶量，鉻鋯銅(Cr+Cu3Zr)顆粒均勻彌散析出，利于改善合金的強度；(5)對經固溶處理后的棒材進行冷拔拉削，以去除表面缺陷，其冷拔壓縮比為50％；(6)對冷拔拉削后的棒材進行落料，落料尺寸為Φ13mm×16mm，然后送至冷擠壓模具的凹模5內，冷擠壓模具實質上為反擠壓模，所謂的反擠壓模是指由于在電極帽中央要制出一錐形盲孔，當凸模3俯沖至凹模5時，坯料出現向上延展。為確保擠壓成品精度，采用二根導柱4的模架，出料采用下推桿形式，為了盡量延長冷擠壓的凹模5的使用壽命，其材料選用了YG25，該材料具有硬度高、耐沖擊性好的特點，而針對冷擠壓凸模，則選用了材料9CrSi，它具有很高強度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度高、熱硬性極好、抗軟化變形能力極強。在冷擠壓過程中對凸模3上以涂敷菜油作冷卻液，以施加160噸壓力下進行冷擠壓，擠壓時，壓力以不均等的力向各個方向傳遞，使坯料的各個方向均受到擠壓，被冷擠成Φ13mm×20mm的中空球形坯體；(7)將中空球形坯體在真空爐中進行真空退火，在退火前先抽真空，當壓力達到-0.1Mpa時充入氮氣，當壓力達到+0.1Mpa時停止充氮，然后在夾套中通循環(huán)水，升溫，待爐溫升至480℃，保溫7小時后出爐，冷卻；(8)修坯、拋光即得到圖3所示的規(guī)格為Φ13mm×20mm的電極帽產品，這種電極帽產品經測試具有下表所示的機械物理性能。

權利要求
1.一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于它包括以下步驟(1)原料配制，以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，其中主原料組分為(按重量)99％～99.47％陰極銅、0.4％～0.8％鉻粉、0.08％～0.20％鋯粉；除氧劑組分為(按重量)0.05％～0.1％鎂。(2)將按前述配制的原料混合后放入真空爐中熔煉，當爐溫達1200℃～1300℃時出爐，澆注到圓形鑄模中，待冷卻后脫模，獲得鑄錠坯；(3)對鑄錠坯作表面清理，然后鋸斷并裝入電爐熱擠壓成棒材；(4)固溶處理，固溶時間為12秒～30秒，固溶溫度為960℃～1010℃，保溫時間為0.5小時～2小時；(5)冷拔拉削，其冷拔壓縮比為35％～50％；(6)落料，并放入冷擠壓模具進行冷擠壓成為中空球型坯體；(7)將中空球型坯體在出模后進行真空退火，在壓力-0.1MPa時沖入氮氣，當壓力達+0.1MPa時停止充氮，然后通水升溫，待爐溫升到460℃～480℃時，保持7～8小時，出爐；(8)修坯、拋光得到電極帽產品。
2.根據權利要求1所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的陰極銅為標準陰極銅。
3.根據權利要求1所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的陰極銅為高純陰極銅。
4.根據權利要求1所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的鉻粉為純度在99.5％以上且過40目篩的鉻粉。
5.根據權利要求1所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的鋯粉為純度在98％以上且過40目篩的海綿鋯。
6.根據權利要求1所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的冷擠壓模具包括上模板(1)、凸模座(2)、凸模(3)、導柱(4)、凹模座(6)、下模板(7)、凹模(5)、頂桿(8)、模套(9)，所述凸模座(2)固定在上模板(1)的下方，凸模3安裝在凸模座(2)上，導柱(4)有兩根，分別設在上、下模板(1)、(7)之間且位于兩個角上，凹模座6固定在下模板(7)的上方，凹模(5)開設在凹模座(6)上，且與凸模座(2)上的凸模(3)的位置相對應，頂桿(8)自下而上在依次穿過下模板(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.根據權利要求6所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于在冷擠壓時在凸模(3)上涂有冷卻液。
8.根據權利要求7所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的冷卻液為菜油。
9.根據權利要求7所述的一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，其特征在于所述的冷卻液為工業(yè)用潤滑油。
全文摘要
一種用于焊接汽車鍍復層鋼板的電極帽的制作方法，屬于焊接用電極材料的加工技術領域。它包括以下步驟(1)原料配制，以陰極銅、鉻粉、鋯粉作為主原料，以鎂作為除氧劑，其中主原料組分為(按重量)99％～99.47％陰極銅、0.4％～0.8％鉻粉、0.08％～0.20％鋯粉；除氧劑組分為(按重量)0.05％～0.1％鎂。(2)將按前述配制的原料混合后放入真空爐中熔煉，再澆注到圓形鑄模中，獲得鑄錠坯；(3)對鑄錠坯作表面清理，并熱擠壓成棒材；(4)固溶處理；(5)冷拔拉削；(6)落料，并放入冷擠壓模具進行冷擠壓成為中空球型坯體；(7)將中空球型坯體在出模后進行真空退火；(8)修坯、拋光得到電極帽產品。用該方法制作的電極帽具有抗粘焊、硬度高、導電率理想、耐溫軟化性好的優(yōu)點。
文檔編號B23K9/24GK1597223SQ20041004171
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權日2004年8月12日
發(fā)明者左衛(wèi)東 申請人:中外合資常熟明輝焊接器材有限公司