DE19828869A1

DE19828869A1 - Metallelektrode, Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung

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Publication number: DE19828869A1
Application number: DE1998128869
Authority: DE
Original assignee: O R LASERTECHNOLOGIE GmbH; OR Lasertechnologie GmbH
Current assignee: O R LASERTECHNOLOGIE GmbH; OR Lasertechnologie GmbH
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 1999-12-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer aus mehreren unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen bestehenden Metallelektrode für Hartlöt- und Schweißanwendungen. Hierbei werden Metalldrähte oder -stäbe (12, 14) in Anlage gebracht oder eng benachbart zueinander angeordnet und in ihrem Kontaktbereich in die Wärmezone (20) einer Wärmequelle (19) geführt, in welcher die Metallstäbe oder -drähte (12, 14) zumindest teilweise angeschmolzen und miteinander verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung einer aus mindestens zwei unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen bestehenden Metallelektrode.

Üblicherweise werden aus einer Metallegierung bestehende Metal lelektroden für Verbindungstechniken wie z. B. Hartlöten, Schweißen, Plasmaschweißen, Elektronenstrahlschweißen und YIG-Schweißen eingesetzt. Die Herstellung von Metallegierungen ist allerdings ein aufwendiger Prozeß.

Eine für eine bestimmte Anwendung - z. B. zum Schweißen - opti mierte Metallzusammensetzung hat andererseits eventuell schlechtere Verarbeitungseigenschaften hinsichtlich der Her stellung und Legierungsbildung, was einen höheren Aufwand bei der Herstellung der Elektroden selbst erfordert, falls die Her stellung überhaupt möglich ist.

Es ist daher Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Metallelektrode zu schaffen, die in weiten Bereichen an bestimmte Anwendungen adaptierbar und kostengünstig herstellbar ist.

Erfindungsgemäß werden zumindest zwei Metalldrähte oder -stäbe aus unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen verwendet und an einer Verbindungsstelle zusammengeführt. An der Verbin dungsstelle werden die Metalldrähte oder -stäbe durch eine lo kal wirkende Wärmequelle wenigstens in ihrem Kontaktbereich an der Verbindungsstelle angeschmolzen und so miteinander verbun den.

Auf diese Weise können Metallelektroden mit gewünschten Be standteilen aus Metalldrähten oder -stäben unterschiedlicher Metalle oder Metallegierungen hergestellt werden. Es können so mit für die Herstellung der Metallelektroden als Ausgangsmate rial Metallstäbe oder Metalldrähte verwendet werden, die entwe der kostengünstig zu beziehen oder herzustellen sind oder es können Metallelektroden aus unterschiedlichen Metallen herge stellt werden, die sich bislang nicht in den gewünschten Zusam mensetzungen legieren ließen.

Die Metalldrähte oder -stäbe können entweder an dem Verbin dungspunkt oder über eine größere oder ihre gesamte Länge an einandergelegt werden, wobei die - möglichst punkt- oder lini enförmig wirkende - Wärmequelle dann über den Verbindungsbe reich zumindest teilweise geführt wird. Für eine optimale Hand habung der Metallelektrode ist es wünschenswert, wenn die Me tallstäbe oder -drähte im gesamten Kontaktbereich angeschmolzen und miteinander verbunden sind.

Es ist theoretisch möglich, daß die Metalldrähte oder -stäbe durch die Wärmequelle total aufgeschmolzen und so miteinander legiert werden. Dies ist jedoch von der Verfahrensführung her eher aufwendig und eventuell bei Vorhandensein unlegierbarer Bestandteile in den Metalldrähten oder Metallstäben physika lisch nicht möglich.

Als Wärmequelle werden vorzugsweise kontaktlose Energiequellen wie z. B. Laser-, Elektronenstrahl-, Plasmastrahl-, Röntgen strahl- oder Lichtgeneratoren verwendet. Diese Wärmequellen er möglichen die Ausbildung einer lokal begrenzten Wärmezone, die über den Kontaktbereich der Metalldrähte oder -stäbe geführt werden kann.

Selbstverständlich muß nicht die Wärmequelle über die Verbin dungsstelle gezogen werden, sondern es ist ebenso möglich, daß die Metalldrähte oder -stäbe durch die von der Wärmequelle er zeugte Wärmezone geführt werden.

Weiterhin lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zwei Stäbe oder Drähte aus unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen miteinander verbinden, sondern, soweit es technisch möglich ist, auch mehrere, z. B. drei, vier oder fünf Stäbe. Die Zusammensetzung des schließlich erhaltenen Mehrkom ponentendrahtes kann auch über die Stärke der miteinander zu verbindenden Stäbe oder Drähte eingestellt werden. Der Durch messer der Drähte kann so z. B. zwischen 0,01 mm und 2 mm, vor zugsweise zwischen 0,1 mm und 0,6 mm variieren. Es ist klar, daß sich die Zusammensetzung des Mehrkomponentendrahtes über die Wahl der Drahtdurchmessers sehr genau und in weiten Grenzen einstellen läßt.

Die Einstellung der Zusammensetzung erfolgt natürlich auch über die Bestandteile der einzelnen miteinander zu verbindenden Drähte.

Für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich prinzipiell alle Vorrichtungen verwenden, die eine Rela tivbewegung zumindest zweier Metalldrähte oder -stäbe relativ zu einer Wärmequelle ermöglichen. Vorzugsweise enthält die Vor richtung zumindest zwei Drahtzuführeinrichtungen in der Art von Vorschubeinrichtungen, die in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind. Die Drahtzuführeinrichtungen sind derart aus gebildet, daß sich die zugeführten Drähte an einem Verbindungs punkt treffen, in welchem die Wärmezone der Wärmequelle liegt. Nach dem Durchlaufen der Wärmezone wird der Mehrkomponenten draht durch die Zuführeinrichtungen für die Einzeldrähte ein fach weitergeschoben. Der fertig hergestellte Draht kann an schließend geschnitten und/oder aufgerollt werden. Die Wärmezo ne wird vorzugsweise durch kontaktlose Energiequellen, z. B. La sergenerator erzeugt, der an einer Seite oder vorzugsweise an beiden oder mehreren Seiten des Kontaktbereiches der Drähte an geordnet ist/sind. Durch das Verschweißen von beiden Seiten entsteht ein luftdichtes Gefüge zwischen den Drähten. Die Ver bindung erfolgt vorzugsweise unter Vakuum oder Schutzgas um Oxidationen zu vermeiden.

In einer alternativen Ausführungsform könnten auch zumindest zwei Drähte nebeneinander auf einer Halterung angeordnet werden und die Wärmequelle wird über den Kontaktbereich der beiden Me tallstäbe oder Metalldrähte gezogen. Für eine kontinuierliche Herstellung einer (Endlos-)Metallelektrode aus mehreren Kompo nenten ist jedoch die erste Vorrichtung besser geeignet.

Beispiele für eine Zusammensetzung einer Zweikomponentenelek trode sind:

Draht 1

97,9-99,3 Gew.-% Fe
0,3-0,9 Gew.-% C
0,1-0,3 Gew.-% Si
0,3-0,9 Gew.-% Mn

Draht 2

47,6-88,45 Gew.-% Fe
0,05-0,4 Gew.-% C
5-25 Gew.-% Cr
5-20 Gew.-% Ni
1-5 Gew.-% Mo
0,5-2 Gew.-% Ti.

Durch die Verbindung von Draht 1 und Draht 2 wird, z. B. mittels der Vorrichtung in Fig. 1 eine Schweißelektrode gebildet. Die Drähte haben einen identischen Durchmesser.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand eines Aus führungsbeispiels in Zusammenhang mit der schematischen Zeich nung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Mehrkomponenten-Metallelektrode mit zwei Drahtzuführungen,

Fig. 2 Querschnittsdarstellung von zwei Zweikomponentenelek troden.

Die Vorrichtung 10 enthält zwei rohrförmige Drahtzuführungen 12, 14, die in einem spitzen Winkel α relativ zueinander ge neigt sind. Die Drahtzuführungen 12, 14 sind mit weiter nicht dargestellten Drahtzuführeinrichtungen verbunden, die bezüglich ihrer Zufuhrgeschwindigkeit synchronisiert sind, um die Her stellung einer Endloselektrode zu ermöglichen. Die Drahtzu führungen 12, 14 sind derart angeordnet, daß sich die aus ihnen hinaustretenden Drähte 16, 18 an einem Verbindungsbereich 20 treffen. Dieser Bereich wird, vorzugsweise beidseitig, von ei ner oder mehreren punktförmigen Wärmequellen 19 a,b, wie z. B. einem Laser- oder einem Elektronenstrahlgenerator, beauf schlagt, so daß die beiden Metalldrähte 16, 18 in dieser Zone 20 aufschmelzen und miteinander verbunden werden. Die miteinan der verbundenen Metalldrähte werden hinter der Wärmezone 20 als Mehrkomponenten-Elektrode 22 durch die nicht dargestellten Drahtzuführeinrichtungen weitergeschoben. Die fertige Mehrkom ponenten-Metallelektrode 22 kann dann geschnitten oder aufge rollt werden. Diese Vorrichtung ist für eine kontinuierliche Verfahrensführung geeignet und ermöglicht die effiziente, ko stengünstige Herstellung von Metallelektroden aus mehreren Me tallen oder Metallegierungen, sogar aus Metallen oder Metalle gierungen, die üblicherweise nicht miteinander legierbar sind.

Bei Vorsehen mehrere Drahtzuführungen 12, 14 ist es auch mög lich, mehr als zwei Metalldrähte zu einer Metallelektrode zu verbinden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt von zwei Zweikomponenten-Me tallelektroden bestehend aus zwei Drähten 16, 18. In Fig. 2a haben beide Drähte den gleichen Durchmesser, weshalb eine Me tallelektrode entsteht, die die Komponenten beider Drähte in gleichen Anteilen enthält. Sehr gut zu sehen sind die beiden Aufschmelzbereiche 24, 26 der beiden Drähte 16, 18, in welchen lokal eine Verschmelzung der Drähte stattfindet. Diese Auf schmelzbereiche stellen die Verbindung zwischen den Drähten 16, 18 der Elektrode sicher.

In Fig. 2b ist der Durchmesser des zweiten Drahtes 18 etwa dop pelt so groß wie der des ersten Drahtes. Das Gewichts- oder Vo lumen-Verhältnis der Komponenten des ersten Drahtes 16 zu den Komponenten des zweiten Drahtes 18 beträgt somit etwa 1 : 4. Also läßt sich neben der Zusammensetzung der Drähte auch deren Durchmesser, d. h. die Drahtstärke zum Erzielen einer gewünsch ten Zusammensetzung der Elektrode nutzen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Metallen oder Metallegierungen bestehenden Metallelektrode mit folgenden Ver fahrensschritten:
Zusammenführen von zumindest zwei Metalldrähten oder -stä ben (12, 14) an einem Verbindungsbereich (20), an welchem die Metalldrähte oder -stäbe (12, 14) in Kontakt kommen oder zumin dest sehr eng beabstandet sind;
Richten wenigstens einer Wärmequelle (19a, 19b) mit einer lokal begrenzten Wärmezone auf den Verbindungsbereich (20), so daß die Metalldrähte oder -stäbe (12, 14) zumindest teilweise angeschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte oder -stäbe (12, 14) relativ zum Verbin dungsbereich (20) bewegt werden oder vice versa.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (12, 14) in einem spitzen Winkel (α) zum Verbindungsbereich (20) geführt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metalldrähte oder -stäbe Eisen, Eisennickel, Eisen kupferverbindungen verwendet werden.

5. Vorrichtung zur Herstellung einer aus mehreren Komponenten bestehenden Metallelektrode (22), bestehend aus zumindest zwei in einem spitzen Winkel (α) zueinander geneigten Drahtzuführun gen (16, 18), die derart angeordnet sind, daß sich die zugeführ ten Drähte an einem Verbindungsbereich (20) treffen;
es ist eine Wärmequelle (24) vorgesehen, die an dem Verbin dungsbereich (20) eine lokal begrenzte Wärmezone ausbildet, die die zugeführten Metalldrähte oder -stäbe (12, 14) im Bereich ih rer Kontaktstelle zumindest anschmilzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (19) als Laser-, Elektronenstrahl-, Plas mastrahl-, Röntgen- oder Lichterzeugungsvorrichtung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere um den Verbindungsbereich angeordnete Wärmequellen (19a, 19b) vorgesehen sind.

8. Metallelektrode bestehend aus mehreren unterschiedlichen Metallen oder Metallegierungen, hergestellt nach einem Verfah ren der Ansprüche 1 bis 4, und/oder auf einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 7.