DE2743423A1

DE2743423A1 - Nickel foil to aluminium component connection - uses combined ultrasonic and resistance welding

Info

Publication number: DE2743423A1
Application number: DE19772743423
Authority: DE
Inventors: Hans-Erich Raske
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1979-04-05

Abstract

The aluminium component is a sheet metal cathode element for an electron tube, and the nickel foil forms the connecting tag for this element which has to be secured to its contacting point by thermal treatment. The connection of the foil and the element is carried out by resistance-ultrasonic welding. The metal parts to be welded are preheated prior to welding by a voltage between 2 to 4 V and a pulsed current of 150-500 A. During welding the sonotrode pressure force is limited to 100 N/sq. mm.

Description

Verfahren zum Kontaktverbinden einer aus Nickel bestehendenMethod of contact-joining a nickel-plated

Folie mit einem aus Aluminium gebildeten Bauteil Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kontaktverbinden einer aus Nickel bestehenden und einem aus Aluminium gebildeten Bauteil.Foil with a component formed from aluminum The invention relates refers to a method of contact joining a nickel and a Component made of aluminum.

Bei einem aus Aluminium bestehenden Kathodenelement für eine Elektronenröhre dient eine aus Nickel gebildete Anschlußfahne als Kontaktelement. Es ist technologisch schwierig, eine mechanisch feste und hinsichtlich des elektrischen Ubergangswiderstandes gute Verbindung zwischen der aus Nickel bestehenden Anschlußfahne und dem aus Aluminium bestehenden Kathodenelement herzustellen. Bisher wurde derart verfahren, daß man auf elektrolytischem Wege am Kontaktierungsort das aus Aluminium bestehende Kathodenelement mit einer Silberschicht belegt hat, worauf man sodann durch Hartlöten die aus Nickel bestehende Anschlußfahne mit dem Kathodenelement kontaktierte. Es zeigte sich Jedoch, daß die so geschaffene Verbindung trotz des erheblichen Arbeitsaufwandes eine geringe mechanische Festigkeit aufweist. Die elektrolytisch aufgetragene Metallschicht ist vergleichsweise dünn und besitzt bei Erwärmung nur ein geringes Haftvermögen.In the case of a cathode element made of aluminum for an electron tube a terminal lug made of nickel serves as a contact element. It's technological difficult, a mechanically solid and in terms of electrical contact resistance good connection between the terminal lug made of nickel and the one made of aluminum to produce existing cathode element. So far the procedure was such that one the cathode element made of aluminum electrolytically at the contacting point covered with a layer of silver, after which one then brazing the nickel existing terminal lug contacted with the cathode element. However, it turned out that the connection created in this way is a small one despite the considerable amount of work involved has mechanical strength. The electrodeposited metal layer is comparatively thin and has little adhesive power when heated.

Andere'gewählte, hartlötfähige metallische Beschichtungen zeigten ebenfalls bei dem aus Aluminium gebildeten Kathodenelement eine vergleichsweise geringe Haftfestigkeit.Others' selected, brazeable metallic coatings showed also a comparative one in the cathode element made of aluminum low adhesive strength.

Aus der DT-OS 22 38 484 ist ein Ultraschall-Widerstandsschweißverfahren zum Kontaktieren eines verzinnten Kupferdrahtes mit einer Aluminium beschoopten Fläche eines elektrischen Kondensators bekannt. Bei diesem Verfahren leitet man einen, von einem Schweißtakter gelieferten Strom über die Schoopschicht und den mit einer Sonotrode belasteten Kupferdraht. Dadurch kommt es zu einer Erwärmung an der Berührungsstelle des Kupferdrahtes mit der Schoopschicht. Wird die Sonotrode erregt, so verschweißt der Kupferdraht mit der Schoopschicht.From the DT-OS 22 38 484 an ultrasonic resistance welding process is to the Contacting a tinned copper wire with a surface covered with aluminum an electrical capacitor known. In this process you lead a current supplied by a welding clock over the Schoopschicht and with a Sonotrode loaded copper wire. This leads to heating at the point of contact of the copper wire with the Schoopschicht. If the sonotrode is excited, it is welded the copper wire with the Schoopschicht.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum hochfesten und einen guten elektrischen Kontakt aufweisenden Verbinden einer Nickelfolie mit einem aus Aluminium gebildeten Bauteil, insbesondere eines Kathodenelementes für eine Elektronenröhre zu finden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man das aus Aluminium bestehende Bauteil mit der Nickelfolie unter Anwendung eines kombinierten Ultraschall-Widerstandsschweißverfahrens schweißverbindet.Based on the aforementioned prior art, the invention is the Task is based on a method for high-strength and good electrical contact having connecting a nickel foil with a component formed from aluminum, in particular to find a cathode element for an electron tube. According to the Invention, this object is achieved in that one consists of aluminum Component with the nickel foil using a combined ultrasonic resistance welding process welded.

Zunächst werden die beiden zu verschweißenden Teile, nämlich das aus Aluminium bestehende Kathodenelement und die aus Nickel gebildete Anschlußfahne mittels einer Sonotrode gegen einen Amboß gedrückt. Durch einen definiert getakteten Schweißstrom und bei einer bemessenen Andruckkraft der Sonotrode wird sodann am Schweißort die Schweißstelle vorgewärmt, wobei man beim Erreichen einer vorgegebenen Temperaturschwelle oder einer bemessenen Vorwärmzeit die Sonotrode zu Ultraschallschwingungen anregt. Der technische Aufwand ist vergleichsweise gering, wobei aber auch der Vorteil besteht, daß nur am Ort der Schweißstelle die Werkstücke eine Erwärmung erfahren, so daß die Werkstücke weitgehendst ihre Form beim Schweißverbinden beibehalten. Die Schweißverbindung zeigt einen geringen elektrischen Ubergangswiderstand und besitzt eine gute Haftfestigkeit.First, the two parts to be welded, namely the The cathode element made of aluminum and the terminal lug made of nickel pressed against an anvil by means of a sonotrode. With a defined clocked The welding current and the sonotrode with a measured pressure force is then on Welding location preheated the welding point, and when reaching a predetermined Temperature threshold or a measured preheating time the sonotrode to ultrasonic vibrations stimulates. The technical effort is comparatively low, but there is also the advantage exists that the workpieces are heated only at the location of the welding point, so that the workpieces largely retain their shape when welded. The welded connection shows a low electrical contact resistance and has good adhesive strength.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.Further details of the invention are evident from the subclaims.

Das erfinderische Verfahren wird im nachfolgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.The inventive method is described below with reference to the drawings explained in more detail.

Ein aus Aluminium bestehendes Kathodenelement 1 mit einer Wandstärke von 0,3 mm wird auf eine Amboßelektrode 2 aufgeschoben.A cathode element 1 made of aluminum with a wall thickness 0.3 mm is pushed onto an anvil electrode 2.

Eine Ultraschall-Sonotrode 3 lastet mit ihrer Arbeitsfläche 4 gegen eine aus Nickel bestehende 0,2 mm dicke als Anschlußfahne 5 dienende Folie, die ihr Widerlager an der Oberfläche des Kathodenelementes 1 findet. Die Schweißfläche besitzt eine Querschnittsgröße von annähernd 0,34 mm. Wie ersichtlich, ist die Sonotrode 3 in einem Gelenk 6 gelagert und hier mittels einer, in ihrer Andruckkraft einstellbaren Feder 7 belastet. Die Federkraft ist derart bemessen, daß die Andruckkraft der Sonotrode 100 N/mm2 Schweißfläche beträgt. Die Sonotrode ist in einem ihrer Schallknoten 8 kontaktiert und liegt an einem Ausgang 1eines Schweißtakters 9. Der andere Ausgang 10 des Schweißtakters liegt vorzugsweise am Amboß 2; es ist Jedoch auch möglich, wie gestrichelt bei 11 dargestellt, das aus Aluminium bestehende Kathodenelement unmittelbar an den Ausgang 10 zu legen. In der dargestellten Lage wird der Schweißtakter 9 eingeschaltet; es werden wechselseitig über die zu verschweißenden Werkstücke positive und negative Schweißstromimpulse geleitet. Hierbei arbeitet man mit einer sekundärseitigen Schweißspannung von ca. 4 Volt, wobei ein Schweißstrom von Ieff 400 A fließt. Nach einer Vorwärmzeit von 1,4 sec ist die Schweißstelle auf nahezu 6000 C vorgewärmt. Nunmehr erregt man den Ultraschallgeber 12; es erfolgt jetzt ein Verschweißen der aus Nickel bestehenden Anschlußfahne 5 mit dem aus Aluminium bestehenden Kathodenelement 1. Die Einwirkungsdauer der Sonotrode auf die Schweißfläche 4 begrenzt man mit 0,1 sec.An ultrasonic sonotrode 3 bears against it with its work surface 4 a 0.2 mm thick film consisting of nickel serving as a terminal lug 5, which its abutment takes place on the surface of the cathode element 1. The welding area has a cross-sectional size of approximately 0.34 mm. As can be seen, the sonotrode is 3 mounted in a joint 6 and here by means of an adjustable pressure force Spring 7 loaded. The spring force is such that the pressure force of the sonotrode 100 N / mm2 welding area. The sonotrode is in one of its sound nodes 8 contacted and is at an output 1 of a welding clock 9. The other output 10 of the welding clock is preferably on the anvil 2; However, it is also possible as shown in dashed lines at 11, the cathode element made of aluminum to put directly at the exit 10. The welding clock is in the position shown 9 switched on; there are alternately over the workpieces to be welded positive and negative welding current impulses. Here you work with one secondary welding voltage of approx. 4 volts, with a welding current of Ieff 400 A flows. After a preheating time of 1.4 seconds, the weld is almost open 6000 C preheated. The ultrasonic transducer 12 is now excited; it is happening now welding the terminal lug 5 made of nickel to that made of aluminum existing cathode element 1. The duration of action of the sonotrode on the welding surface 4 is limited to 0.1 sec.

Wünscht man dickere oder dünnere als die vorgenannten Nickelfolie mit einem aus Aluminium bestehenden Bauteil zu verbinden, so müssen die Vorwärmzeit wie auch die Andrucklast und die Einwirkzeit der Sonotrode durch Vorversuche ermittelt werden.If you want thicker or thinner than the aforementioned nickel foil to connect with a component made of aluminum, the preheating time as well as the pressure load and the exposure time of the sonotrode determined by preliminary tests will.

4 Patentansprüche 1 Figur4 claims 1 figure

Claims

A method for contact-connecting a nickel-plated one Foil with a component made of aluminum, thus g e -k e n n n z e i c h n e t that one can mix the metal part made of aluminum with the one made of nickel Foil using a combined ultrasonic resistance welding process welded.

2. Process for the production of a cathode element formed from aluminum sheet for an electrode tube, according to which one uses heat at the contacting point the cathode element with one formed from nickel and serving as a terminal lug Contacted foil, characterized in that one uses the nickel foil (5) a known resistance ultrasonic welding process with that made of aluminum existing cathode element (1) connects.

3. The method according to claim 1, characterized in that one for Preheating the metal parts to be welded (1, 5), at least one of which is one is less than 0.5 mm thick nickel foil, with a welding voltage of at most 4 V, but not less than 2 V, with a pulsed current of at least Ieff 150 A, but not more than Ieff 500 A, works.

4. Process according to Claims 1 and 2, characterized in that the pressure force of the sonotrode against the existing on a nickel foil (5) Metal part limited to 100 N / mm2.