FI60246C - Foerfarande foer anslutning av en kontaktknapp av koppar till en oeverstaong av aluminium eller aluminiumlegering hos en elektrodskiva - Google Patents

Description

ΓβΙ m1. KUULUTUSJULKAISU r Π Ο Λ A ^80ιΛ 1 J (11) UTLÄGGNI NGSSKRIFT 602 4 6 c 12 1':u ^ ^ (51) Kv.ik?/int.ci.3 C 25 C 7/02 SUOM I—FI N LAN D (21) P«*nttlh*k*mu«— PK«nun*6knin| 750^9^ (22) Htk*mitpllvi — Araeknlnpd>( 21.02.75 ' (23) Alkupttvt—GHtlghutsdag 21.02.79 (41) Tullut |ulklMkfl — Bllvlt offtntlig 30.10.75 V* r'ki’tw"’*"1ltu· («) Ntha.U**». „ ...Ιφ,ΗαΐΜ.

Patent· ocn registerstyrelsan ' ' AmBkan uttagd oeh utUkriftm publkand 31.0Ö.Ö1 (32)(33)(31) Pyydutty atuolkaus —B«gird prforftat 29 - 0U. 7**

Kanada(CA) 198378 (71) Nor an da Mines Limited, P.0. Box 1*5, Commerce Court West, Toronto,

Ontario M5L 1B6, Kanada(CA) (72) William Seniuk, Valleyfield, Quebec, RSgis Gagnon, Valleyfield,

Quebec, Kanada(CA) (7*0 Berggren Oy Ab (5U) Menetelmä kuparisen kosketusnastan liittämiseksi elektrodilevyn alumiiniseen tai alumiinilejeerinkiseen ylätankoon - Forfarande för anslutning av en kontaktknapp av koppar tili en överstäng av aluminium eller aluminiumlegering hos en elektrodskiva Tämä keksintö koskee menetelmää kuparisen kosketusnastan liittämiseksi ei-rautametallien elektrolyyttisessä talteenotossa käytetyn tavanomaisen elektrodilevyn alumiiniseen tai alumiinilejeerinkiseen ylätankoon vahvan mekaanisen liitoksen saavuttamiseksi, jolla on alhainen sähkökosketusvastus.

Esimerkiksi elektrolyyttisessä sinkkiteollisuudessa sinkkimetalli otetaan talteen menetelmällä, joka tunnetaan nimellä elektrolyyttinen metallin erottaminen. Kennon sisältämässä elektrolyytissä olevat sinkki-ionit galvanoidaan alumiinisille katodilevyille suoran virran vaikutuksesta, jota johdetaan liuoksen läpi iner-teiltä lyijyanodeilta katodeille. Kenno sisältää normaalisti useita erillisiä anodeja ja katodeja ja yleisenä käytäntönä on liittää useita kennoja sarjaan nk. kennosarjan muodostamiseksi. Tällaisen sarjakytkennän muodostamiseksi yhden kennon katodit liitetään sarjan viereisen kennon anodeihin kuparisen kosketusnastan avulla, joka kiinnitetään katodien ylätankoon. Tällainen kuparinen kosketusnasta voidaan kiinnittää ylätankoon eri menetelmillä, mutta on erittäin tärkeää saada aikaan alhainen kosketusvastus Λ kuparisen kosketusnastan ja alumiinisen ylätangon välille samoin kuin vahva mekaaninen liitos.

2 60246

Eräs aikaisemmin käytetty menetelmä kosketusnastojen kiinnittämiseksi ylätankoihin oli varustaa kosketusnastat kierteitetyllä tapilla ja ruuvata tämä tappi ylätangon päähän. Tällä menetelmällä saadaan aikaan vahva mekaaninen liitos, jolla on tyydyttävän alhainen kosketusvastus. Kuitenkin muutaman kuukauden käytön jälkeen kierteissä oleva kuparialumiiniliitos menee pilalle johtuen elektrolyyttisestä korroosiosta ja kemiallisesta vaikutuksesta ja kosketusvastus kasvaa nopeasti pisteeseen, jossa katodi on poistettava käytöstä. Lisäksi kierreliitos ei ole riittävä, kun käytetään mekaanisia irrotuslaitteita elektrodilevyille saostuneen metallin poistamiseen, sillä kierreliitoksella on taipumus löystyä jonkin ajan kuluttua.

Tämän keksinnön tarkoituksena on näin ollen saada aikaan menetelmä kuparisen kosketusnastan liittämiseksi elektrodilevyn alumiiniseen tai alumiinilejeerinkiseen ylätankoon, jolle menetelmälle on tunnusomaista, että liittäminen tapahtuu ensin kierteistämällä ja sen jälkeen vahvistamalla kierteistetty liitos vielä hitsaamalla .

Keksinnön mukaisesti tämä menetelmä käsittää edullisesti esimerkiksi seuraavat vaiheet: päällystetään kuparinen kosketusnasta ohuella hopeakerroksella, kierretään mekaanisesti kuparinen kosketusnasta alumiiniseen ylätankoon, esilämmitetään asennettu ku-parikosketusnasta ja alumiininen ylätanko lämpötilaan, joka vaih-telee välillä 93-^82°C ja hitsataan päällystetty kuparikosketus-nasta esilämmitettyyn alumiiniseen ylätankoon, jolloin kierre-liitoksella varustettu mekaaninen liitos vahvistetaan vahvalla metallurgisella sidoksella, jolla on alhainen kosketusvastus.

Hitsaus on suositeltavaa suoritaa kaarihitsaustekniikalla käyttäen alumiinista täytetankoa ja inertin kaasun, kuten argonin suojaa. Käytettäessä yllä olevaa kaarihitsaustekniikkaa esilämmityslämpö-tilan tulee vaihdella välillä 191-2l8°C.

Hitsaus on suositeltavaa suorittaa pienahitsauksena, joka sijoitetaan kierteitettyyn liitokseen tämän liitoksen tiivistämiseksi ja näin ollen liitoksen elektrolyyttisestä korroosiosta ja kemiallisista vaikutuksista johtuvan pilaantumisen estämiseksi. On myös suositeltavaa viistää kosketusnastat kierteitetyn liitoksen kohdalta sopivan lejeerinkinauhan sijoittamiseksi kosketusnastan ja ylätangon väliin.

3 60246

Keksintöä kuvataan nyt esimerkin vuoksi viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa:

Kuva 1 esittää perspektiivikuvaa elektrolyysikennojen sarjasta, johon on sijoitettu erilliset katodit ja anodit ja jossa yhden kennon anodit on liitetty sarjaan viereisen kennon katodien kanssa; kuva 2 esittää sivukuvaa katodirakenteesta, johon on kiinnitetty kos-ketuskartio, joka on kierteitetty ylätankoon ja hitsattu siihen kiinni; kuva 3 esittää, kuinka liitokset on tehty yhden kennon katodilta viereisen kennon kahteen vierekkäiseen anodiin viereisten kennojen elektrodien yhdistämiseksi sarjaan; kuva 4 esittää suurennettua kuvaa kuparikartiosta, joka on kierteitetty ylätankoon; kuva 5 esittää suurennettua kuvaa kuparikartiosta ja ylätangosta en-sinmäisen hitsauskerran jälkeen; ja kuva 6 esittää suurennettua kuvaa kuparikartiosta ja ylätangosta toisen hitsauskerran jälkeen.

Viitaten kuvaan 1 siinä esitetään sarja elektrolyysikennoja, jotka käsittävät useita kennoja 10, joista jokainen sisältää useita erillisiä anodeja 12 ja katodeja 14. Kennot 10 ulottuvat koko sarjan leveydeltä ja yhden kennon anodit on liitetty viereisen kennon katodei-hin.

Kuten kuvassa 2 esitetään jokainen katodi koostuu neliskulmaisesta valssatusta alumiinilevystä 16, joka on sovitettu ripustettavaksi elektrolyysikennoon 10 valetun ylätangon 20 avulla, joka on hitsattu levyyn 16 jollakin sopivalla hitsausmenetelmällä, mutta mieluummin kaarihitsauksella käyttäen alumiinilejeerinkitäytetankoa inertin kaasun kuten argonin suojassa. Ylätanko on sähköisesti eristetty kennosta pitkittäisten nauhojen 21 avulla, jotka on tehty polyesteri-materiaalista. Ylätanko on normaalisti tehty alumiinilejeeringistä, joka sisältää 5-6 % piitä valun helpottamiseksi ja sen jäykkyyden parantamiseksi. Jokainen ylätanko on varustettu kahdella koukulla 22, joita käytetään katodien poistamiseen kennoista ja niiden korvaamiseen uusilla. Kylmävalssattua elektrolyysikuparia oleva kosketus-nasta 24, joka on tehty katkaistun kartion muotoon ja varustettu kierteitetyllä tapilla 25, on liitetty kierteellä jokaisen katodin päähän ja hitsattu siihen kiinni tämän keksinnön menetelmän mukal- r 60246 sesti, jota kuvataan yksityiskohtaisesti esityksen jälkimmäisessä osassa. Muovilevy 26 on kiinnitetty pitkin katodilevyn 16 molempia reunoja tunnetulla tavalla elektrolyysiprosessin aikana levylle saostuneen materiaalin helpon poistamisen mahdollistamiseksi.

Viitaten kuvaan 3 siinä esitetään suurennettu osakuva kahdesta vierekkäisestä kennosta 10 tarkoituksena kuvata, kuinka anodit 12 on liitetty katodeihin 14. Jokainen anodi on varustettu kuparisella kosket-timellä 28, joka muodostaa kokonaisuuden kuparisen varren 29 kanssa, joka on termisesti juotettu hopea-kuparilejeeringillä anodin kupariseen päätankoon 30. Tällainen varsi ja kuparinen päätänkö on päällystetty lyijyllä lyijyanodin muodostamiseksi tunnetulla tavalla. Kuparikoskettimen 28 molemmilla puolilla on sisäänpäin kaarevuus-säde, joka vastaa oleellisesti kosketuskartion 24 kaarevuutta hyvän sähköisen kosketuksen aikaansaamiseksi näiden kahden kappaleen välille.

Kuparikartion 24 ja ylätangon välistä vahvistettua mekaanista liitosta kuvataan nyt viitaten kuviin 4-6. Valmistuksen aikana kuparikar-tio 24 viistotaan n. 45°:n kulmassa tapin 25 ympäriltä, jotta olisi mahdollista sijoittaa hyvä pienahitsi kartion ja ylätangon väliin kuten myöhemmin nähdään. N. 1,6-3,2 mm:n olake tulee myös jäädä kartion tappiin kartion kierteitetyn osan suojaamiseksi liialliselta tunkeutumiselta ylätankoon. Ennen kuin kartio kierretään ylätankoon, se harjataan teräsharjalla oksidien poistamiseksi ja sen puhdistamiseksi yleisesti. Kartio päällystetään tämän jälkeen ohuella hopeakerroksella kastamalla se hopeasyaniitti-kylpyyn 3-5 sekunnin ajaksi 77-88°C:n lämpötilassa. Kun kartio on poistettu hauteesta, se huuhdotaan sopivasti ja kuivataan. Hopea-päällystysprosessin päätyttyä kartio kierteitetään mekaanisesti alumiiniseen ylätankoon kuvassa 4 esitetyllä tavalla. Minimivääntömo-mentin tulee olla suunnilleen 12,45 kpm. Oksiditonta hiilivetyras-vaa voidaan käyttää kierteiden voiteluun, mutta tällaisen rasvan on oltava johtavaa rasvaa, jottei se eristä sähköisesti kierreliitosta. Ennen kuin kartio 24 kierretään ylätankoon, ylätangon ne alueet, joihin hitsaus suoritetaan, on hiottava ja/tai harjattava teräsharjalla oksidien poistamiseksi ja ylätangon puhdistamiseksi yleisesti. Ylätangon ja kartion muodostama kokoonpano esilämmitetään sitten lämpötilaan, joka vaihtelee välillä 93-482°C riippuen käytetystä hitsausmenetelmästä. Lämmityksen aikana voidaan käyttää kosketus- 5 60246 pyrometria kokoonpanon lämpötilan tarkkailemiseksi.

Kuten kuvassa 5 esitetään y Iät anko sijoitetaan sitten n. 4 5°: n kulmassa vaakatasoon nähden kartion 24 osoittaessa alaspäin ja ensimmäinen hitsaussauma 31 tehdään alueelle, johon ylälanko ulottuu. Hitsaus on suositeltavaa tehdä käyttäen hyvin tunnettua MIG-menotelmää. Tähän menetelmään kuuluu kaarihitsauspolttimen käyttö käyttäen alumiini-lejeerinkitäytesauvaä ja inerttiä kaasusuojaa kuten argonia. Täyte-sauvan on oltava lejeerinkiä, joka sopii yhteen ylätangon (alumiinia, joka sisältää n. 5-6 % piitä) ja kosketusnastan (kylmävalssattua elektrolyysikuparia) materiaalin kanssa. Käytettäessä tällaista hitsausmenetelmää esilämmityslämpötilan tulee mieluummin olla välillä 191-2l8°C. Hitsauksen aikana poltin on suunnattu kuparikartioon, jotta vältettäisiin alumiinin ylikuumeneminen, jolla on alempi sulamispiste kuin kuparilla. Ensimmäinen sauma tehdään ncvmaa! i sti kahdessa vaiheessa lejeerinkipienan istuttamiseksi ylätanko-kartiokokoonpanon sen osan ympärille, joka ulottuu ylätangon alueelle. On ymmärrettävää, että tarvitaan nämä kaksi vaihetta johtuen vaikeudesta hitsata ylätangon ja kartion välissä. Ensimmäisessä vaiheessa piena istutetaan ylätangon toiselta puolelta ja toisessa vaiheessa ylätangon toiselta puolelta suunnilleen kaiken ylätanko-kartiokokoon-panon sen alueen peittämiseksi, joka ulottuu ylätangon alle. On ymmärrettävää, että kartio on viistottu kuten yllä mainittiin, jotta voitaisiin tehdä hyvä lejeerinkipiena kartion ja ylätaneon väliin.

Kuten kuvassa 6 esitetään, ylätankoa kallistetaan siten, että kartiota kannattava pää on ylöspäin ja toinen sauma 32 tehdään kartion ja ylätangon väliin pienahitsin täydentämiseksi ympäriinsä. Hitsatun kokoonpanon annetaan sitten jäähtyä hitaasti esim. asbestijauheessa.

Sitä tarkastellaan sitten vääntyrnisen suhteen ja testataan mekaanisesti ja sähköisesti.

Vaikka MIG-prosessia on suositeltavaa käyttää kartion hi Is aarni sek s ,i ylätankoon, on ymmärrettävää, että happi-asetyleenihitsausta voitaisiin myös käyttää. Kuitenkin MIG-hitsaus on parempi, koska sillä on vähäisempi vaikutus perusmetalleihin ja se vaatii nä.iti olion vähemmän esi lämmitystä. Vähemmän seostumista on myös todettu MI G-p Γ*0 C β S 3 i C Li IX y ΪΤίϋ'ΐΐ. JolltdCl 2-U J 6* l*'17'' 1 ^ ^ "1 i*lt /’»Vc, *] ί n Iin i 1o: ' J Ti ij — prosessilla, aikaansaadaan nopeampi hitsi eikä esiinny hä:i :ri "d.ä i-up'- 6 60246 rissa olevasta hapesta diffuusiosta johtuen eikä kierteissä olevasta rasvasta.

Tulppahitsausta ylätangon yläpuolelta on myös kokeiltu. Tämä tehtiin poraamalla ja viistämällä ylätangon yläosaa. Kuitenkin pienahitsaus ylätangon ympäri oli etusijalla tulppahitsaukseen ylhäältä päin verrattuna, sillä näin saatiin enemmän hitsattua pinta-alaa ja näin ollen suurempi lujuus ja johtavuus. Pienahitsaus muodostaa myös tiivisteen kierreliitokselle ja estää näin kierreliitoksen elektrolyyttisen korroosion ja kemiallisen vaikutuksen siihen. Lopuksi kartiota ympäröivällä alueella olevat hitsit muodostavat suuremman vastuksen leikkausvoimille.

Tehtiin poikkileikkauksia ennalta valittujen kartio- ja ylätankoasen-nusten keskipisteen kautta ja suoritettiin niille erilaisia metallurgisia kokeita. Havaittiin seuraavat tulokset: 1. Hitsaus ei vaikuttanut kierreliitoksen mekaaniseen sidokseen.

Niinpä hitsaamalla saatu mikä tahansa mekaaninen lujuus vastukseltaan alhaisen sidoksen lisäksi tulee lisättäväksi kierreliitoksella saavutettuun lujuuteen.

2. Mikrovalokuvat eivät paljastaneet mitään lämpövaikutusvyöhykkeitä kuparikartiossa. Kuparikartion ominaisuudet säilytettiin. Näin ollen mitään muutosta kartion johtavuudessa tai lujuudessa ei ole odotettavissa.

3. Esiintyi sulamista kartion ja täytelejeeringin välillä ja niin ollen metallurginen sidos niiden kesken. Sulamista osoitti lejeerin-gin läsnäolo. Mitään huokoisuutta tai sulkeumia ei paljastettu mik-rovalokuvissa.

4. Lejeerinkikerros mitattiin mikrokuvista ja sen paksuus vaihteli välillä 0,0025-0,0075 mm. Lejeeringin johtavuus saattoi vaihdella välillä 7-40 % kuparin arvosta riippuen lejeerinkiprosentista ja -asteista. Arvioidaan, että 0,0075 mm:n paksuudella ja 7 %:n johtavuudella (pahin tapaus) liitoksen sähkövastus olisi 0,92 x ltrlO ohm/inm2.

Arvioitiin myös, että hitsattu liitos (sulamisalue) oli 4,5 rnm^ tulp- 2 pahitsille ja 9,7 mm kartiota ympäröivälle pienahitsille. Näin ollen liitoksen laskettu kokonaisvastus pienahitsille oli 0,95 x 7 60246 10 11 ohm ja tulppahitsille 2,5 x 10 ^ ohm. Molemmissa tapauksissa vastusta voidaan pitää häviävän pienenä ja hitsaus paransi kartion ja ylätangon välistä kosketusta.

Yllä kuvatun menetelmän pääpiirteet ovat kuparikartioiden hopeapääl-lystys ja esilämmitys. Hopeapäällystys on tarpeen vahvan sähköisen ja metallurgisen sidoksen saamiseksi kuparin ja alumiinin välille. Esilämmitys on myös välttämätön johtuen alumiinin ja kuparin välisistä lämmönsiirtokykyjen ja sulamispisteiden eroista. Sitä paitsi 191-2l8°C:n esilämmityslämpötila käytettäessä MIG-hitsausmenetelmää on kriittinen, sillä kuparin ja alumiinin yhteensulautumisen on oltava nopea hapen diffuusion estämiseksi kuparikartiosta. Ellei nopeaa yhteensulautumista saavuteta, alumiini ylikuumenee ja tuhoaa metallurgisen sidoksen.

Vaikka ylätangon on yllä olevassa kuvauksessa etupäässä mainittu olevan alumiinista valmistettu, on ymmärrettävä, että se voi olla tehty pursotetusta puhtaasta alumiinista tai valetusta alumiinilejee-ringistä, joka sisältää jotakin muuta sopivaa metallia, joka voisi parantaa sen mekaanisia tai sähköisiä ominaisuuksia tai helpottaa sen valmistusta. Esimerkiksi kuten edellä mainittiin ylätanko voi edullisesti olla tehty valetusta alumiinilejeeringistä, joka sisältää 5-6 % piitä sen jäykkyyden parantamiseksi ja valun helpottamiseksi.

Claims (2)

8 60246

1. Förfarande för anslutning av en kontaktknapp av koppar, belagd med ett tunt silverskikt tili en överstäng av aluminium eller aluminiumlegering hos en elektrodskiva, känneteck-n a t av att anslutningen sker först med gängor och därefter · genom förstärkning av den gängade fogen ännu med en svets.

1. Menetelmä kuparisen ja ohuella hopeakerroksella päällystetyn kosketusnastan liittämiseksi elektrodilevyn alumiiniseen tai alumiinilejeerinkiseen ylätankoon, tunnettu siitä, että liittäminen tapahtuu ensin kierteistämällä ja sen jälkeen vahvistamalla kierteistetty liitos vielä hitsaamalla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kierteistämällä kokoonpantu kokonaisuus esilämmite-tään ennen hitsaamista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsaus suoritetaan kaarihitsaustekniikalla käyttäen alumiinilejeerinkitäytetankoa ja inertin kaasun suojaa.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esilämmityslämpötila vaihtelee välillä 191-2l8°C.

5- Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hitsaus suoritetaan pienahitsinä, joka sijoitetaan kierreliitokseen tämän liitoksen tiivistämiseksi ja jotta estettäisiin elektrolyyttisestä korroosiosta ja kemiallisesta vaikutuksesta johtuva liitoksen pilaantuminen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kosketusnastaan viistetään kartio, jotta tehtäisiin mahdolliseksi sopivan pienan sijoittaminen kosketusnastan ja ylä-tangon väliin.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att den med gängor sammansatta enheten förvärmes före svets-ningen.