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Ein Rezept für die perfekte Elektrodeninfiltration

Warum ist eine einheitliche Dichte in CuW-Elektroden wichtig?

Letzte Woche haben wir über einige der Gründe für die Wahl von reinem Wolfram oder Molybdän als Material für Punktschweißelektroden gesprochen. Bei diesen reinen Materialien ist die Infiltration – das Mischen von Metallen in einer Elektrode, sodass das Verhältnis in jedem Quadranten einheitlich ist – kein Problem. Aber was ist, wenn eine Legierung wie Kupfer-Wolfram verwendet wird, eine der am häufigsten in Elektroden verwendeten Metallmischungen?

Eine Legierung aus Kupfer-Wolfram (CuW) kombiniert Hochtemperaturfestigkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit, was sie zu einer guten Option beim Punktschweißen von Metallen mit hoher Leitfähigkeit wie Kupferdraht oder -folie macht. CuW ist in verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen erhältlich, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, und wird durch Mischen von Pulver und anschließendes Infiltrieren und Sintern in Chargen hergestellt (im Gegensatz zu einem kontinuierlich gezogenen Produkt). Die Infiltration – die gleichmäßige Verteilung der beiden Metalle in jedem Kubikzentimeter der Elektrode – ist eine der kritischen Anforderungen an jedes gute Elektroden-„Rezept“.

Ein Blick ins Innere der CuW-Elektrodeninfiltration

„Perfekt“ ist immer eine großartige Sache, wenn es erreicht werden kann, und bei CuW-Legierungsprodukten ist eine perfekte Infiltration – wobei die Dichte von Kupfer und Wolfram mit dem Verhältnis von Kupfer und Wolfram in der jeweiligen Mischung korreliert – das Ziel. Wenn das Verhältnis (Prozentsatz) von Kupfer in der Mischung zunimmt, sinkt die Gesamtdichte der Legierung; Wenn das Wolframverhältnis zunimmt, steigt die Gesamtdichte.

Das Faszinierende ist, dass Menschen bei der Auswahl von Materialien an die Dichte eines Metalls denken, aber nicht wirklich an die Dichte einer Metallmischung. Die Dichte ist einfach zu berechnen, aber was ist das?

Im Fall von CuW-Elektroden sollte die Korrelation zwischen Dichte und Infiltration perfekt sein – d. h. r =1. Dies liegt an der Mischung der Pulver und daran, dass sich die beiden konstituierenden Metalle algebraisch zu einer bestimmten Dichte auf der Grundlage ihrer eigenen addieren Dichten und der Prozentsatz jedes Metalls, das infiltriert wird. Das heißt, wenn Sie eine CuW-Elektrode in Querschnittsscheiben entlang der x-, y- und z-Achse schneiden, sollte jede der resultierenden „Mini-Elektroden“ die gleiche Dichte haben.

Bei einem Produkt aus 20 Cu-80 W – d. h. einer Mischung aus 20 % Kupfer und 80 % Wolfram nach Masse – sollte die Dichte jedes Teils dieses Produkts, der in diesem Verhältnis hergestellt wird, 15,6 g/cm3 betragen. Je mehr Kupfer hinzugefügt wird – wie bei CuW-Produkten, die mit einem Verhältnis von 30 Cu zu 70 W hergestellt werden –, desto geringer ist die Dichte, in diesem Fall auf 14,2 g/cm3. An der Grenze des typischen Verbrauchs für CuW-Elektroden, einem Verhältnis von 40Cu-60W, sinkt die Dichte auf 13,16 g/cm3. Das ist weit entfernt von der theoretischen Dichte von reinem Wolfram von 19,3 g/cm3 und eine entscheidende Überlegung bei der Auswahl einer Legierung und ihrer Mischung oder bei der Wahl zwischen einer Legierung und einem reinen Metall für Ihr(e) Elektrodenmaterial(ien).

Jeder „Biss“ der CuW-Elektrode sollte gleich sein!

Was ist das Endergebnis bei der Infiltration und der Dichte von Kupfer-Wolfram? Wenn Sie eine CuW-Elektrode kaufen, ist es Ihnen wirklich wichtig, das gewünschte Rezept zu erhalten – d. h. das Verhältnis von Kupfer und Wolfram, das für die zu schweißenden Materialien geeignet ist – und eine Dichte, die über die gesamte Elektrode hinweg gleichmäßig ist. Sie werden 100 % der Elektrode verwenden, daher möchten Sie, dass jeder geometrische Abschnitt davon durch eine wirklich gleichmäßige Infiltration eine konsistente Dichte aufweist.

Stellen Sie sich eine Elektrode wie einen Laib Brot vor, von dem Sie erwarten, dass jedes Stück gleich schmeckt. Wenn Sie von einer Scheibe abbeißen und feststellen, dass sie zu salzig ist, würden Sie denken, dass die Zutaten wahrscheinlich nicht richtig gemischt wurden. Um ein gleichmäßig schmackhaftes Brot zu erhalten, müssen alle Zutaten gleichmäßig verteilt sein. Muffin-Tops und Brownie-Ecken können begehrte Desserts sein, aber ihre Analoga in der Elektrodenwelt sind inakzeptabel!

Die gleichmäßige Verteilung innerhalb einer Elektrode kann empirisch getestet werden, indem die Elektrode in Scheiben geschnitten und die Probe(n) gewogen wird, um sicherzustellen, dass jeder Kubikzentimeter X Gramm wiegt (abhängig vom Kupfer- und Wolframverhältnis), unabhängig davon, welchen Teil der Elektrode Sie „geschmeckt“ haben. (abgetastet). Da Kupfer und Wolfram in jedem Bit (oder Biss!) gleichmäßig verteilt sind, ändert sich die 100 % gleichmäßige Dichte der Elektrode (und damit ihre Härte) nicht, selbst wenn sich die Größe der Elektrode ändert. Das heißt zum Beispiel eine CuW-Elektrode der Größe 10 x 50 mm für 30Cu-70W hat durchweg die gleiche Dichte wie eine Elektrode der Größe 20 x 100 mm für 30Cu-70W, nämlich 14,2 g/cm3.

Das Verständnis der Eigenschaften verschiedener Elektrodenmaterialien – einschließlich der Infiltration, Dichte und anderer Eigenschaften von Legierungen wie CuW – ist entscheidend für den Schweißerfolg. Wenn Sie gerade dabei sind, ein Elektrodenmaterial für Ihre Produktionsanforderungen beim Widerstandsschweißen auszuwählen, können Sie mehr über die Auswahl an Optionen und darüber erfahren, wie einige Materialien und Legierungen entwickelt wurden, um häufigen Herausforderungen zu begegnen. Laden Sie einfach unseren kostenlosen technischen Bericht herunter.


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