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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen, bei dem die zu verschweissenden Stücke während des Abbrennens ihrer Stirnflächen unter der Wechselstromwirkung gleichzeitig kontinuierlich in Richtung aufeinander zu bewegt werden, wobei mindestens einem der zu verschweissenden Stücke eine Schwingungsbewegung entlang der Vorschubrichtung verliehen wird, wodurch die zu verschweissenden Stücke in Richtung aufeinander zu bzw. voneinander ab zusätzlich bewegt werden.
Das Widerstands-Abbrennstumpfschweissen gewinnt in der modernen Industrie immer mehr an Bedeutung. Dieses Verfahren weist Vorteile sowohl des Abbrennstumpfschweissens durch ununterbrochenes Abbrennen (wie z. B. eine gleichmässig über den Querschnitt der zu verschweissenden Stücke verteilte Metallerhitzung und eine gleichbleibende Schweissgüte) als auch des Widerstandsschweissens (insbesondere geringere Metallabbrandverluste und eine volle Ausnutzung der Nennleistung der Schweisstransformatoren) auf. Dadurch wird die Herstellung von Schweissverbindungen mit guten mechanischen Eigenschaften (Bindefestigkeit des Grundmaterials) sowie die Verkürzung der Schweissdauer um das Zwei- bis Dreifache ermöglicht.
Beispielsweise aus der GB-PS Nr. l, 162, 073 ist es dabei bekannt, die zu verschweissenden Stücke während des Abbrennens ihrer Stirnflächen unter der Wechselstromwirkung gleichzeitig kontinuierlich in Richtung aufeinander zu zu bewegen, wobei mindestens einem der zu verschweissenden Stücke eine Schwingungsbewegung entlang der Vorschubrichtung verliehen wird, wodurch die zu verschweissenden Stücke in Richtung aufeinander zu bzw. voneinander ab zusätzlich bewegt werden.
Durch die zusätzlichen Schwingungsbewegungen wird die Funkenstrecke geändert, was zur Änderung des Widerstandes des Schweissstromkreises führt.
Während die zu verschweissenden Stücke voneinander ab bewegt. werden, kommt es zur Vergrösserung der Funkenstrecke, Verringerung der Berührungsfläche und Erhöhung des Widerstandes. Während der Annäherungsbewegung wird die Funkenstrecke verkleinert, die Berührungsfläche vergrössert und der Widerstand herabgemindert.
In dem Zeitpunkt, wenn die auseinanderführende Bewegung der Stücke aufhört und deren Annäherungsbewegung einsetzt, brennen gewöhnlich die Berührungsstellen ab. Dabei hängen die Stärke des Metallauswurfes, der thermische Wirkungsgrad sowie die Abbrandgeschwindigkeit vom Momentanwert der Schweissspannung im Zeitpunkt des Abbrennens der Berührungsstelle ab. Es ist zu betonen, dass die Wahrscheinlichkeit des Abbrennens von relativ grösseren Berührungsstellen während der Annäherungsbewegung gering ist.
Beim Schweissverfahren nach der GB-PS Nr. l, 162, 073 wird dieser Umstand nicht berücksichtigt. Bei der Durchführung des bekannten Verfahrens können einem bestimmten Widerstand der Berührungsstellen sehr unterschiedliche Momentanwerte der Schweissspannung gegenüberstehen, wodurch die Schweissdauer erhöht und der thermische Wirkungsgrad gesenkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen zu entwickeln, bei welchem die Metallabbrandverluste gesenkt, die Erhitzung intensiviert und die Leistungssteigerung der Widerstandsschweissmaschinen gesichert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen der eingangs genannten Art ist hiezu dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissspannung auf 0,7 bis 0 ihres Betriebswertes während der auseinanderführenden Bewegung der zu verschweissenden Stücke in einem Zeitabstand von mindestens 1/8 der Schwingungsperiode ab dem Beginn dieser Bewegung gesenkt und wieder auf den Anfangswert während der Annäherungsbewegung der zu verschweissenden Stücke in einem Zeitabstand von höchstens 1/8 der Schwingungsperiode ab dem Beginn der Annäherungsbewegung erhöht wird.
Weiters ist es erfindungsgemäss von Vorteil, wenn die Schweissspannung auf 0,7 bis 0 ihres Betriebswertes für Zeitabschnitte gesenkt wird, in denen der elektrische Widerstand der Berührungsstellen einen bestimmten Vorgabewert überschreitet.
Durch den Schweissspannungsabfall in den erwähnten Grenzen und im vorgegebenen Zeitabstand ab dem Beginn der auseinanderführenden Bewegung der zu verschweissenden Stücke sowie den Spannungsanstieg auf den Anfangswert im vorgegebenen Zeitabstand ab dem Beginn der Annäherungsbewegung derselben bzw. durch den Schweissspannungsabfall für Zeitabschnitte, in denen
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der elektrische Widerstand der Berührungsstellen einen bestimmten Vorgabewert überschreitet, wird die Möglichkeit des Abbrennens von relativ grösseren Berührungsstellen verhindert, obwohl relativ kleinere Berührungsstellen abbrennen. Somit wird der Metallauswurf (unnütze Metall- und Wärmeverluste) gesenkt sowie die Abbrennzugabe reduziert.
Da beim Berührungsstellenabbrand das erhitzte Metall ausgeworfen wird, wird durch die Absenkung der Metallverluste der thermische Wirkungsgrad erhöht. Die zu verschweissenden Stücke werden schneller erhitzt, wodurch im Ergebnis die Schweissdauer gesenkt und die Leistung der Widerstandsschweissmaschinen erhöht wird.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung, welche die Kennlinie der Schwingungsbewegungen (Funkenstrecke S) der Schweissmaschinensäule sowie den Verlauf der Schweissspannung U darstellt, näher erläutert. Die Punkte Smin der Kennlinie 1 entsprechen der minimalen, und die Punkte Smax der maximalen Funkenstrecke.
Die Kurven 2, 2 " 3 und die Gerade 31 stellen graphisch die Momentanwerte der Schweissspannung U mit nachstehenden Amplituden dar : U = für die Kurve 2 U', = für die Kurve 2' U = für die Kurve 3'
U3 = 0 für die Gerade 3
Während der Vergrösserung der Funkenstrecke (vom Punkt Smin zum Punkt Smax der Kurve 1 wird der Widerstand der Berührungsstellen der Schweissstücke erhöht sowie deren Anzahl und Grösse vermindert.
Ab einem bestimmten Zeitpunkt t (mit genügender Genauigkeit für den bestimmten Schweissquerschnitt und die bestimmte Schweissspannung mittels eines Oszillographs einstellbar) erreichen die Funkenstrecke Sound die Grösse der Berührungsstellen solche Werte, bei welchen diese Berührungsstelle abbrennt. Dabei hängen die Verluste an Metall und an die in diesem aufgespeicherte Wärme von der Grösse der abgebrannten Berührungsstelle ab.
Zur Herabsetzung der Verluste im Zeitpunkt t. wird die Schweissspannung, deren Amplitudenwert Um g ; leich U2 (Kurve 2, Um = U2) ist, auf einen solchen Wert gesenkt (Kurve 2,
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ve 3 bis 31. Während - der Annäherungsbewegung der zu verschweissenden Stücke wird die Funkenstrecke verkleinert. Dabei erfolgt das Abbrennen von relativ kleineren Berührungsstellen bei einer reduzierten Spannung (Um =U). Zum Zeitpunkt t erreicht die Fläche der entstehenden Berührungsstellen den Wert, bei welchem zum Abbrennen dieser Berührungsstelle eine sehr hohe Momentanspannung erforderlich ist. Nun wird die Spannung wieder auf ihren Anfangswert (Kurve 2, Um = Us ; U2 > U',) erhöht.
Die Versuche ergaben, dass eine Spannungsabsenkung auf 0, 7 bis 0 ihres Betriebswertes je nach dem Querschnitt der zu verschweissenden Stücke sowie der Leistung der Schweissausrüstung zweckmässig ist.
Mit der zunehmenden Erhitzung der zu verschweissenden Stücke während des Abbrennens bei der Spannung U = U2 wird das Abbrennen einer grösseren Berührungsstelle als die durch Verschiebung S2 bestimmte Berührungsstelle möglich.
Dabei ist der Widerstand der Berührungsstellen im Zeitpunkt der Spannungsabsenkung bzw.
- abschaltung etwas niedriger, weil dieser von der zeitlichen Dauer der Schweissung ab deren Beginn abhängig ist, so dass folglich der Vorgabewert des Widerstands mit dem fortdauernden Schweissvorgang absinkt.
In der Kennlinie ist dies dadurch kenntlichgemacht, dass die Spannung bei der zunehmenden Erhitzung im Zeitpunkt t, gesenkt wird.
Durch die Benutzung des oben beschriebenen Vorgehens kann die Leistung nicht nur durch die Herabsetzung der Wärme- und Metallverluste erhöht werden, sondern auch durch die Einstellung einer höheren Schweissspannung in den Zeitpunkten, wenn die Berührungsstellen gross sind und der Widerstand gering ist. Bekannte Verfahren zum Schweissen bei einer erhöhten Spannung sichern
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keine wesentliche Verstärkung der Erhitzung, weil dabei auch die relativ grossen Berührungsstellen abbrennen.
Bei der Erprobung des erfindungsgemässen Verfahrens wurde festgestellt, dass die Schweissdauer um 20 bis 30% verkürzt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch ohne die laufende Messung des Widerstands der Berührungsstellen durchgeführt werden. Dabei wird die Schweissspannung in den genannten Grenzen im Zeitpunkt t4 gesenkt, wenn das Abbrennen der Berührungsstellen bei der Funkenstrecke 84 möglich wird. Der Zeitpunkt bzw. -abstand t4 ab dem Beginn der auseinanderführenden Bewegung der zu verschweissenden Stücke beträgt mindestens 1/8 der Schwingungsperiode. Die Spannung wird während der Annäherungsbewegung der zu verschweissenden Stücke im Zeit-
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periode, wenn zum Abbrennen von relativ grossen Berührungsstellen die Betriebsnennspannung erforderlich ist.
Nachstehend wird das erfindungsgemässe Verfahren an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Grenze der Spannungsabsenkung hängt von der Schweissquerschnittsfläche, der Leistung der Schweissmaschine sowie vom Kurzschlusswiderstand der Maschine und vom Material der zu verschweissenden Stücke ab.
Beispiel 1 : Im Laboratorium wurden Stangen aus austenitischem Stahl mit einem Durchmesser von 40 mm mittels einer Schweissmaschine mit einer Leistung von 150 kVa und einem Kurzschlusswiderstand von 60. 10"'' n im erfindungsgemässen Verfahren zusammengeschweisst. Die Schwingungsfrequenz betrug 30 Hz. Dabei wurde die Spannung in den genannten Zeitabschnitten auf 0 V gesenkt. Die Schweissdauer betrug 5 bis 6 s. Die Schweissdauer beim Schweissen ohne den Spannungsabfall betrug 10 s.
Beispiel 2 : Mittels einer Schweissmaschine mit einer Leistung von 200 kVA und einem Kurzschlusswiderstand von 90. 10-6 g wurden Schienen (die Schweissquerschnittsfläche betrug 8650 mm") im erfindungsgemässen Verfahren (die Schwingungsfrequenz betrug 25 Hz) zusammengeschweisst.
Die Schweissspannung wurde in den genannten Zeitabschnitten auf 0,7 deren Anfangswerts gesenkt. Die Schweissdauer betrug 60 s gegenüber von 90 s beim Schweissen ohne den Spannungsabfall. Die Schweisszugabe wurde um 6 mm gesenkt.
Beispiel 3 : Mittels einer Schweissmaschine mit einer Leistung von 150 kVA und einem Kurzschlusswiderstand von 80.10-6 n wurden Rohre aus kohlenstoffarmem Stahl mit einem Querschnitt von
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imgeschweisst.
Die Spannung wurde in jeder Schwingungsperiode bei einem Widerstandsanstieg auf etwa 120. 10-6 n auf 0,4 deren Anfangswertes gesenkt. Die Schweissdauer betrug 50 s gegenüber von 75 s beim Schweissen ohne Spannungsabfall.
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