Спосіб з’єднання свинцевих акумуляторів в батарею

Спосіб з'єднання свинцевих акумуляторів в батарею, згідно з яким встановлюють в комірки моноблока блоки електродів з полюсними містками, вдавлюють частину металу вушок полюсних містків в отвір перегородки моноблока, прикладаючи до них осьове зусилля за допомогою пуансонів з виступами, до досягнення контакту між суміжними вушками полюсних містків в отворі перегородки та зварюють, який відрізняється тим, що склад свинцевого сплаву вушок полюсних містків використовують наступний: сурми 3,23,8мас.%, миш'яку 0,12-0,18 мас.%, олова 0,400,55 мас.%, вісмуту 0,001-0,03 мас.%, міді 0,0020,04 мас.%, домішок інших елементів не більше 0,022 мас.%, решта - свинець, причому площу перерізу зварного місця виконують не менше 0,80мм2 на одну ампер-годину номінальної ємності батареї. UA (21) a200815218 (22) 29.12.2008 (24) 10.09.2010 (46) 10.09.2010, Бюл.№ 17, 2010 р. (72) ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ДЕНІС ВІКТОРОВИЧ, НЕЗНАНОВ МИХАЙЛО АНДРІЙОВИЧ, БУРИЛОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, СКОСАР ВЯЧЕСЛАВ ЮРІЙОВИЧ (73) ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ВІКТОР ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ДЗЕНЗЕРСЬКИЙ ДЕНІС ВІКТОРОВИЧ, НЕЗНАНОВ МИХАЙЛО АНДРІЙОВИЧ, БУРИЛОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, СКОСАР ВЯЧЕСЛАВ ЮРІЙОВИЧ (56) JP 2002175794, 21.06.2002 JP 6052845, 25.02.1994 UA 44457 C2, 15.02.2002 UA 78061 C2, 15.02.2007 RU 2224040, 20.02.2004 JP 63299053, 06.12.1988 JP 3022360, 30.01.1991 JP 63019768, 27.01.1988 C2 2 (19) 1 3 бризок електроліту при експлуатації батареї є необхідною вимогою. Другим недоліком є крихкість зварного місця, а також схильність сплаву до утворення мікротріщин, що, у свою чергу, ще збільшує крихкість і зменшує корозійну стійкість. Цей недолік також пов'язаний з складом сплаву, а саме з високим вмістом сурми. Третім недоліком є нерегламентованість перетину зварного місця: через те, що зварне місце є одним з найвужчих місць в електричному ланцюзі батареї, густина струму в цьому місці максимальна і максимальна корозія сплаву. Всі три недоліки зменшують довговічність акумуляторних батарей, призводячи до руйнування міжелементних з'єднань в них. Усунути недоліки прототипу простим зменшенням вмісту сурми в сплаві не вдається, оскільки при цьому істотно зменшується механічна міцність сплаву, збільшується вірогідність руйнування зварного місця при вібраціях батареї в умовах експлуатації, що також веде до скорочення довговічності акумуляторних батарей. У основу винаходу покладено завдання удосконалення способу з'єднання свинцево-кислотних акумуляторів в батарею, що дало б підвищення довговічності батарей. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі з'єднання свинцевих акумуляторів в батарею, згідно якому встановлюють в ячейки моноблоку блоки електродів з полюсними містками, вдавлюють частину металу вушок полюсних містків в отвір перегородки моноблока прикладанням до них осьового зусилля за допомогою пуансонів з виступами до досягнення контакту між суміжними вушками полюсних містків в отворі перегородки, ведуть зварювання, згідно винаходу, склад свинцевого сплаву вушок полюсних містків використовують наступний: сурми 3,2-3,8 мас.%, миш'яку 0,12-0,18 мас.%, олова 0,40-0,55 мас.%, вісмуту 0,001-0,03 мас.%, міді 0,002-0,04 мас.%, домішок інших елементів не більше 0,022 мас.%, решта свинець, площу перетину зварного місця роблять не менше 0,80 мм2на одну ампер-годину номінальної ємкості батареї. Розкриємо суть заявленого технічного рішення. Легування свинцевого сплаву сурмою і миш'яком забезпечує його механічну міцність. За рахунок добавки миш'яку вдається понизити вміст сурми із збереженням достатньої міцності сплаву. Це збільшує і корозійну стійкість сплаву. Якщо вміст сурми в сплаві буде менше 3,2 мас.%, а вміст миш'яку менше 0,12 мас.%, то сплав втратить необхідну механічну міцність. Якщо вміст сурми буде більше 3,8 мас.%, то знизиться корозійна стійкість сплаву. Вміст миш'яку не повинен бути більше 0,18 мас.%), оскільки при цьому неприпустимо збільшується токсичність акумуляторів. Легування свинцево-сурм'яно-миш'яковистого сплаву (що містить сурми в межах 3,2-3,8 мас.% і миш'яку в межах 0,12-0,18 мас.%) оловом, вісмутом і міддю призводить до підвищення механічної міцності і корозійної стійкості цього сплаву, до підвищення його пластичності (зменшенню крихкості) і зниження тріщиноутворення. 91918 4 Розглянемо спочатку дію кожної добавки окремо на даний свинцево-сурм'яномиш'яковистий сплав. Олово підвищує механічну міцність і пластичність свинцево-сурм'яномиш'яковистого сплаву. Якщо вміст олова в сплаві буде менше 0,40 мас.%, то сплав буде крихким. Підвищувати зміст олова вище 0,55 мас.% немає сенсу, оскільки пластичність сплаву і його міцність від цього вже не збільшуються. Вісмут збільшує корозійну стійкість свинцево-сурм'яномиш'яковистого сплаву. Якщо вміст вісмуту буде менше 0,001 мас.%, то зникає ефект його добавки. Підвищувати вміст вісмуту вище 0,03 мас.% не потрібно, бо це не підсилює його позитивний ефект. Мідь усуває схильність свинцево-сурм'яномиш'яковистого сплаву до тріщиноутворення. Якщо вміст міді в сплаві буде менше 0,002 мас.%о, то зникає ефект її добавки. Підвищувати вміст міді вище 0,04 мас.% немає сенсу, оскільки це не підсилює її позитивний ефект. Опишемо тепер сумісну дію олова, вісмуту і міді на даний свинцево-сурм'яно-миш'яковистий сплав. Здатність олова підвищувати механічну міцність і пластичність сплаву посилюється при вмісті в сплаві вісмуту 0,001-0,03 мас.% і міді 0,002-0,04 мас.%. Здатність вісмуту збільшувати корозійну стійкість сплаву посилюється при вмісті в сплаві олова 0,40-0,55 мас.% і міді 0,002-0,04 мас.%. Здатність міді усувати схильність сплаву до тріщиноутворення посилюється при вмісті в сплаві олова 0,40-0,55 мас.% і вісмуту 0,001-0,03 мас.%. Таким чином, дію всіх легуючих добавок на даний свинцевий сплав потрібно розглядати в синергії, а не окремо. Для того, щоб сплав не втратив вказаних вище властивостей, потрібно щоб сумарна кількість домішок інших елементів в сплаві не перевищувала 0,022 мас.%. Для того, щоб забезпечити корозійну стійкість зварного місця, окрім вдало підібраного сплаву, необхідно обмежити густину зарядного і розрядного струмів в місці зварки. Це досягається регламентацією площі перетину зварного місця по відношенню до номінальної ємності батареї. Якщо площа перетину зварного місця буде менше 0,80 мм2 на одну ампер-годину номінальної ємності батареї, то зарядні і розрядні струми, що протікають через місце зварки, створять умови для корозії і швидкого руйнування міжелементного з'єднання. Максимальна площа перетину зварного місця обмежується з конструктивних міркувань. Всі параметри сплаву і перетин зварного місця встановлені емпірично за наслідками багатократних випробувань. Запропоноване технічне рішення може бути використане у виробництві свинцево-кислотних акумуляторних батарей. На фіг. 1 зображено процес з'єднання акумуляторів в батарею в мить, коли частина металу вушок полюсних містків втиснута в отвір перегородки моноблоку прикладанням до них осьового зусилля за допомогою пуансонів з виступами до досягнення контакту між суміжними вушками. На фіг. 2 а) і б) зображено перетини отворів в перегородці моноблоку, через які здійснюють зварювання мі 5 желементних з'єднань і які задають перетини зварних місць. Блоки електродів складаються з електродів 1, сполучених полюсними містками 2 з вушками 3. Перегородки 4 моноблоку мають отвори 5. Виступи 6 пуансонів звернені до отвору 5 перегородки. Перетин отвору 5 в перегородці 4 моноблоку легких батарей (номінальною ємністю 30-100 А год) має форму круга діаметром D. Перетин отвору 5 в перегородці 4 моноблоку важких батарей (номінальною ємністю 120-225 А год) має форму округленого прямокутника, який має довжину L, ширину 2R і радіус півкіл R. Заявлений спосіб реалізується таким чином. На акумуляторному заводі готують свинцевий сплав згідно формулі винаходу. Вказаний сплав може бути виготовлений за технічними умовами підприємством по виготовленню кольорових металів і сплавів, постачальником для акумуляторного заводу. З цього сплаву в складальному цеху відливають полюсні містки 2 з вушками 3 і ведуть паяння блоків електродів 1. Далі, в тому ж складальному цеху на лінії складання акумуляторних батарей працівники встановлюють в ячейки моноблоку батареї блоки електродів 1 з полюсними містками 2 і вушками 3 полюсних містків так що, вушка 3, які підлягають з'єднанню, зміщені у бік отворів 5 в перегородках 4 і розташовані один проти одного і проти отвору 5. Потім батареї конвеєром поступають на автоматичний зварювальний пристрій, де спеціальними пуансонами з виступами 6 до вушок 3 полюсних містків 2 прикладається осьове зусилля, яке вдавлює частину металу вушок 3 в отвір 5 перегородок 4 моноблоку до досягнення контакту між суміжними вушками 3. Після цього пропускають зварювальний струм з одночасною подачею води для охолодження, яка циркулює по спеціальним каналам в пуансонах, і одночасним підпресовуванням місця зварювання (зварного місця). Форма і розміри перетину зварного місця в даному способі задаються формою і розмірами перетину отвору 5 в перегородці 4 моноблоку. Після закінчення зварювання пуансони ще якийсь час до охолодження зварного місця зберігають стискаюче осьове зусилля. Після охолодження місця зварки пуансони розводять в сторони, і акумуляторна батарея переходить на наступні технологічні операції складання, переміщуючись по конвеєру. 91918 6 Приклад 1. Велося складання свинцевокислотних акумуляторних батарей 6СТ-45АЗ, в яких діаметр круглого отвору в перегородці моноблоку і діаметр перетину зварного місця складав D = 6 мм (площа перетину 0,63 мм на одну ампергодину номінальної ємності батареї). До складу свинцевого сплаву вушок полюсних містків входило сурми 3,3 мас.%, миш'яку 0,17 мас.%, олова 0,50 мас.%, вісмуту 0,025 мас.%, міді 0,03 мас.%, сумарна кількість домішок інших елементів в сплаві не перевищувала 0,022 мас.%, решта свинець. Середній термін служби таких батарей склав 2,76 років, причому основною причиною виходу з ладу було руйнування міжелементних з'єднань унаслідок корозії. Приклад 2. Велося складання таких же самих батарей 6СТ-45АЗ, тільки діаметр круглого отвору в перегородці моноблока і діаметр перетину зварного місця складав D = 12 мм (площа перетину 2,51 мм2 на одну ампер-годину номінальної ємності батареї). Середній термін служби таких батарей склав 3,5 роки, причому основні причини виходу з ладу виявилися не пов'язані з надійністю міжелементних з'єднань. Приклад 3. Велося складання свинцевокислотних акумуляторних батарей 6СТ-225АЗ, в яких отвір в перегородці моноблоку і перетин зварного місця мали форму округленого прямокутника, який мав довжину L = 11,5 мм, ширину 2R = 10,5 мм, і радіус півкіл R = 5,25 мм (площа перетину 0,92 мм2 на одну ампер-годину номінальної ємності батареї). До складу свинцевого сплаву вушок полюсних містків входило сурми 5,5 мас.%, сумарна кількість домішок інших елементів в сплаві не перевищувала 0,022 мас.%, решта свинець. Середній термін служби таких батарей склав 2,27 років, причому основною причиною виходу з ладу було руйнування міжелементних з'єднань, як механічне, так і унаслідок корозії. Приклад 4. Велося складання таких же самих батарей 6СТ-225АЗ, тільки склад свинцевого сплаву вушок полюсних містків був наступний: сурми 3,5 мас.%, миш'яку 0,14 мас.%, олова 0,48 мас.%, вісмуту 0,027 мас.%>, міді 0,032 мас.%), сумарна кількість домішок інших елементів в сплаві не перевищувала 0,022 мас.%, решта свинець. Середній термін служби таких батарей склав 3,45 роки, причому основні причини виходу з ладу виявилися не пов'язані з надійністю міжелементних з'єднань. 7 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 91918 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601