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Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Schweissen.
Vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum elektrischen Schweissen verschiedener oder gleicher Metalle.
Ein Zweck der Erfindung besteht darin, eine duktile, homogene Verbindungsstelle zu schaffen und ein besonders einfaches und billiges Verfahren zum raschen und guten Zusammenschweissen von Stücken gleicher oder verschiedener Metalle von solcher Beschaffenheit oder Abmessungen anzugeben, welche guten Ergebnisse mit den bisherigen Verfahren nicht erreichbar waren. Endlich bezweckt die Erfindung, eine einfache und dauerhafte Vorrichtung zur Erzeugung von Schweissverbindungen obiger Beschaffenheit zu schaffen.
Kupfer-und Eisendrähte,-stäbe und-stangeii werden seit langem dadurch mit gutem Erfolg geschweisst, dass man die Leiter aneinanderlegt oder klemmt und einen elektrischen Strom durch die Verbindungsstelle gehen lässt, bis die zum Zusammenschmelzen der Teile erforderliche Wärme erzeugt worden ist. Das Zusammenschweissen von Aluminiumleitern mit Hilfe der gewöhnlichen Methoden bereitete grosse Schwierigkeiten und es wurde bisher für praktisch unmöglich erachtet, eine duktile Verbindungsstelle zwischen ungleichen Metallen, wie Aluminium und Kupfer zu erhalten, welche eine sehr spröde Legierung bilden, wenn sie in gewissen Verhältnissen zusammengeschmolzen werden. Es wurde auch für praktisch unmöglich gehalten. Metalle von sehr verschiedenen Schmelzpunkten, wie Zinn und Platin, zusammenzuschweissen.
Es scheint, dass die bisher beim Schweissen von Aluminiumstücken sich einstellenden Schwierigkeiten hauptsächlich dem UmstanG zuzuschreiben sind, dass sich ihre Oberflächen
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geeignet, weil das Metall vom niedrigeren Schmelzpunkt notwendig zu stark erhitzt und flüssig wird, bevor sich das andere Metall seiner Schweisstemperatur nähert.
Die gewöhnlichen Methoden sind auch zur Erzielung einer guten Schweissverbindung zwischen Kupfer und Aluminium oder anderen Metallen ungeeignet, welche die Neigung haben. spröde Legierungen zu bilden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass auf beträchtliche Entfernung von der Verbindungsstelle aus Legierungen der beiden Metalle gebildet werden, wobei die Mengenverhältnisse von der Verbindungsstelle ausgehend sich ändern, bis Punkte erreicht sind, wo das eine Metall vom anderen frei ist. Wenn daher die beiden Metalle bei irgendeinem Mengen- verhältnis eine spröde Legierung bilden, so ist mindestens ein Querschnitt an jeder Seite der
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zusammengeschweisste Stück besteht.
Nach vorliegender Erfindung werden die bisher bestandenen Schwierigkeiten dadurch beseitigt, dass man eine verhältnismässig grosse Menge sowohl von Wärme als auch von mechanischer Energie, an der Berührungsstelle zwischen den zusammenzuschweissenden Stücken durch eine äusserst kurze Zeit konzentriert.
Die zweckmässigste Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, dass man die zusammenzuschweissenden leitenden Körper mit den Klemmen eines in geeigneter Weise geladenen Kondensators verbindet und sie dann unter gleichzeitiger plötzlicher Entladung des Kondensators gegeneinanderstösst. Wegen der sehr hohen Temperatur, die bei einer Kondensatorentladung durch sehr kurze Zeit an der gewünschten Stelle konzentriert werden kann, wird die so erzeugte Schweisswärme besonders wirksam, aber die örtlich im Verein mit dem Aneinanderstossen der Körper zur Wirkung kommende Wärme kann auch in anderer Weise erzeugt werden. wenn sie nur ausreichend gross ist und in richtiger Weise zur Wirkung kommt.
Die Wirkung der oberwähnten Konzentration der Energie auf Aluminiumleiter besteht in der Verdampfung einer sehr geringen Menge von Aluminium an den aneinanderstossenden Flächen, wodurch das verdampfte Material nach allen Richtungen hinausgeblasen wird und das Oxydhäutchen mitreisst oder zerreisst, das bisher ein gutes Zusammenschweissen von Aluminium verhinderte.
Beim Schweissen ungleicher Metalle, welche, wenn in der gewöhnlichen Weise verbunden, eine spröde Legierung erzeugen, sind die Energie und Wärme so konzentriert und wirken nur so kurze Zeit, dass kein wahrnehmbares Ineinanderfliessen der Metalle eintritt und die Grenzlinie. sehr scharf ist, selbst wenn die verbundenen Stücke zu einem sehr dünnen Blech oder einer Folie ausgewalzt werden und die Verbindungsstelle durch ein Mikroskop betrachtet wird.
Wenn eine
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Schichte einer spröden Legierung an der Verbindungsstelle erzeugt wird, so ist sie so dünn, dass sie biegsam ist. ; Das gilt von verschiedenen Kombinationen von Metallen, wie Zinn und Aluminium, Kupfer und Platin, Blei und Zinn, Zinn und Platin, Zinn und Kupfer und Nickel und Platin ; aber das vielleicht bemerkenswerteste Beispiel ist die Verbindung von Kupfer und Aluminium, da diese Metalle bei Verbindung nach den bisher bekannten Verfahren bekanntlich Verbindungsstellen von der Sprödigkeit des Glases aufwiesen.
In der Zeichnung ist Fig. i eine Vorderansicht, Fig. 2 eine Draufsicht, Fig. 3 ein Schnitt nach öei Linie fZI-III (Fig. I) einer Vorrichtung zum Schweissen nach vorliegender Erfindung ;
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Fig. I und 2 entsprechende Darstellungen einer Abänderung der Schweissvorrichtung, die besonders für Zuleitungsdrähte für Quecksilberdampflampen und andere ähnliche Einrichtungen geeignet ist, bei welchen Leitungsdrähte in evakuierte Glasbirnen o. dgl. eingeschmolzen werden ; Fig. 8 und 9 zeigen im Aufriss und in der Draufsicht eines der Klemmfutter der Vorrichtung nach Fig. 6 ; Fig. 10 ist ein lotrechter Schnitt und Fig.
II eine Draufsicht eines abgeänderten Klemmfutters für kleine Schrauben. an denen Platinspitzen anzubringen sind ; Fig. 12 veranschaulicht schematisch die aufeinanderfolgenden gegenseitigen Lagen der zu verbindenden Stücke bei Ausführung des vorliegenden Verfahrens ; Fig. 13 gibt Diagramme der Spannung, der Stromstärke und der Arbeit in der Schweissleitung.
Die in Fig. i bis 3 gezeigte Maschine besitzt einen Fuss 1, parallele Ständer 2,3, einen feststehenden Kopf4, einen an den Ständern 2, 3 gleitenden Schlitten 5 und zwei Klemmfutter 6 und 7. Die Ständer, ? und 3 bilden nicht nur Führungen für den Schlitten J, sondern im Verein mit dem Fuss 1 und dem Kopf 4 auch das Gestell der Maschine. Nach der Zeichnung sind die Ständer zylindrisch und reichen durch Löcher in den Teilen 1 und 4 ; auf ihre oberen mit Gewinde versehenen Enden sind Muttern 8 aufgeschraubt.
Das Klemmfutter 6 hat die Gestalt eines beiderseits mit Flanschen versehenen Zylinders und ist in der Längsrichtung in zwei Teile 9, 10 gespalten, die zur Aufnahme eines der zusammenzuschweissenden Stäbe oder Drähte genutet sind. Das Futter ruht in einem Schlitz 11 im Fuss 1 zwischen den Ständern 2 und 3 und wird durch eine Mutter 12 nebst Klemmschraube 15 festgehalten und auf einen Stab oder Draht geklemmt, indem Ansätze 13 an der Mutter in Seitenenden 1J im Schlitz 11 eingreifen und die Klemmschraube 15 durch die Mutter geschraubt ist und sich gegen den Teil 10 des Futters stemmt.
Der Schlitten- ? besteht aus zwei auf den Ständern 3 gleitenden Hülsen 16 und einem Steg 17 mit einem dem Schlitz 11 im Fuss 1 entsprechenden Schlitz 18 : Das Futter 7 gleicht dem Futter 6 und wird im Schlitz 18 in gleicher Welse mittels Mutter 79 und Schraube 20 festgehalten.
Der feststehende Kopf 4 besitzt ein Loch 21 mit Führungshülse 22. durch welche, wenn gewünscht, der Draht 23 hindurchgezogen werden kann. Gewöhnlich ist es jedoch bequemer, den Draht in das obere Ende des Futters einzusetzen, ohne ihn durch die Hülse 22 zu ziehen, ausser der Draht ist sehr dick und steif.
Zum Festhalten des Schlittens 5 in gehobener Stellung ist an einer zu den Ständern 2,3 parallelen Stange 25 eine Schnappvorrichtung. M angeordnet, die mit einem Ansatz 26 am Steg 17 des Schlittens 5 zusammenarbeitet. Die Schnappvorrichtung 24 kann in irgendeiner gewünschten Lage auf der Stange 25 eingestellt werden, und zwar mittels eines Ringes 27, auf dem die Klinke 24 ruht und der mit einer Klemmschraube 28 versehen ist. Die Stange 25 ist in Lagern 29, 30 in den Teilen 1 und 4 drehbar und mit einer Feder 31 ausgestattet, welche sie so zu drehen sucht, dass die Teile 24 und 26 in einer Geraden liegen.
Die Schnappvorrichtung 24 und der Ansatz 26 sind abgeschrägt, so dass der Schlitten (unbehindert von der Schnappvorrichtung) gehoben werden kann, aber erst dann gesenkt werden kann, wenn er durch eine geringe Drehung der Stange 25 freigegeben worden ist, wie nachstehend erläutert wird.
Am Fuss 1 ist ein isolierender Block 32 mittels Schrauben 33 befestigt und trägt das feste
Stromschlussstück 34 eines Handschalters 35, dessen bewegliches Stromschlussstück 36 an einem Ansatz 37 des Fusses mittels eines Stiftes 38 drehbar befestigt ist und für gewöhnlich durch eine
Feder 39 gegen das feste Stromschlussstück gedrückt wird.
Elektrische Energie wird von irgendeiner geeigneten Quelle (beispielsweise von einem
Generator 40, Fig. 4) einem Kondensator 41 zugeführt, dessen Klemmen mit den die Klemmen der Schweissvorrichtung bildenden Futtern 6,7 verbunden sind. Der Schalter 33 schliesst für gewöhnlich einen Nebenschluss zu den Klemmen der Schweissvorrichtung, so dass der Arbeiter die leitenden Drähte mit Sicherheit in die Futter einspannen und die sonstigen Vorbereitungen zum Schweissen treffen kann.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende :
Ein Leitungsdraht 4 : 2 wird so in das Futter 6 eingespannt, dass er ein kurzes Stück aus demselben emporragt. Ein zweiter Leiter 23 wird so im Futter 7 eingespannt, dass er etwas unter
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dasselbe herabreicht und der Schlitten ; wird auf eine gewünschte, durch die Einstellung der Klinke 24 bestimmte Höhe gehoben, welche von der Stärke der Drähte und dem Material
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gegen das Ende des Drahtes 4,' ? stösst. In dem Augenblick der Berührung entladet sich der Kondensator 41 und die so auf den Berührungspunkt konzentrierte Energie ist hinreichend gross, um eine vollkommene Schweissung der Metalle zu erzielen.
Das Verfahren ist auch beim Schweissen von Drähten aus gleichen oder ungleichen Materialien dasselbe und es ist auch möglich, Kupfer und Aluminium, Zinn und Platin, Aluminium und Aluminium, Kupfer und Platin, Aluminium und Zinn, Platin und Platin, Nickel und Platin, Blei und Zinn und Zinn und Kupfer ohne Schwierigkeit zusammenzuschweissen.
Obgleich der gesamte Schweissvorgang- bloss einen sehr kurzen Zeitraum, angenähert 0-003 Sekunden erfordert, ist es möglich, mittels eines Oszillographen Kurven zu erhalten, wie die Kurven A, B, C, Fig. 13, welche die Spannung bzw. die Stromstärke und den Energieverbrauch in der Schweissleitung angeben. Die Ordinaten geben Volt bzw. Ampere und Watt und die Abszissen die Zeit in Sekunden an.
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aufeinandertreffenden Enden der zusammenzuschweissenden Drähte oder Stäbe in Stadien gemäss der schematischen Darstellung a bis f, Fig. 12, zu verlaufen scheint, obgleich die Verlässlichkeit der Darstellung der Stadien c, d, e nicht von besonderer Bedeutung ist. Ob nun diese Darstellungen ganz richtig sind oder nicht, machen sie doch die Wirkungsweise der Schweissvorrichtung und die Ursache ihres Erfolges verständlich.
Bei a (Fig. 12) sind die Enden nahe aneinandergedrückt, wie sie bei Annäherung derselben
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meisselförmigen Enden brauchen nicht sehr genau hergestellt zu werden, gewöhnlich erhält man hinreichend dünne meisselartige Schneiden, wenn man die Drähte mit Zangen o. dgl. abschneidet.
Im Augenblick der Berührung (b, Fig. 12) sinkt die Spannung sehr rasch, wie die Kurve A zeigt, Stromstärke und Energieverbrauch steigen dagegen sehr rasch, wie die Kurven B und C
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kunde und sinkt dann fast ebenso plötzlich und schneidet die Nullinie zusammen mit der Spannung.
Es scheint, dass die im Vergleich zur Grösse der Leiter äusserst hohe Energiemenge an den einander berührenden Flächen nicht nur ein Schmelzen, sondern auch eine Verdampfung und eine kleine Explosion hervorruft, wobei während eines Augenblickes. feste Partikelchen von den Enden der Leiter fortgeschleudert werden, wie bei c (Fig. 12) gezeigt.
In diesem Stadium sind die Enden von Metalldämpfen umgeben ; dass dem so ist, wird dadurch erwiesen, dass man nach einer Anzahl von Schweissungen an den Futtern Ablagerungen von Metallpartikelchen vorfindet. Die Tatsache, dass die Enden vor ihrer dauernden Berührung von Metalldämpfen umgeben sind, scheint von grösster Wichtigkeit zu sein für die Erzielung guter Schweissstellen zwischen ungleichen Metallen, wie Aluminium und Kupfer und zwischen Aluminiumleitern, deren Oberflächen sich bei Berührung mit Luft äusserst rasch oxydieren.
Die oberwähnte kleine Explosion, die einen Teil der Leiterenden in Form von Dampf fortschleudert, nimmt so wenig Zeit in Anspruch, dass die beim Herabfallen des Futters entstehende kinetische Energie noch das Zusammenschweissen der weich gewordenen Enden bewirkt. Die letzteren können sich nach der Explosion und vor dem Zusammenstossen nicht abkühlen, weil der Strom in der Schweissleitung, wie die Kurve B (Fig. 13) erkennen lässt, nicht sofort erlischt, sondern durch einige Tausendstel Sekunden oszilliert.
Die Dauer des Stromes wird durch die Induktanz der Schweissleitung bestimmt und es empfiehlt sich, wie Fig. 4 zeigt, eine veränderliche oder regelbare Induktanz 43 zu verwenden.
Obgleich anscheinend sehr feine theoretische Erwägungen bei dem Schweissvorgang in Betracht kommen, ist es nicht nötig, beim Bau der Schweissvorrichtung oder bei der Einstellung der Teile eine grössere als die gewöhnliche Genauigkeit einzuhalten. Weiters braucht man die Kapazität des Kondensators, die Spannung der Ladungsleitung oder die Induktanz der Schweissleitung nicht mit grosser Sorgfalt zu bestimmen. Es sind beispielsweise sehr gute Schweissverbindungen zwischen Metallen, wie Zinn und Platin, Platin und Nickel und Kupfer und Aluminium beim ersten Versuch ohne besondere Berechnungen und Einstellungen erzielt worden, Die Punkte der verschiedenen Kurven, von denen angenommen wird, dass sie angenähert den Darstellungen in Fig. 12 entsprechen, sind mit a f bezeichnet.
In die Ladungsleitung des
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Kondensators 41 ist ein Widerstand 44 eingeschaltet ; um Kurzschluss der Elektrizitätsquelle durch die Schweissstelle zu verhüten.
Wenn auch die Vorrichtung verhältnismässig leicht ist, so wird doch ein Druck von zirka 2000 kg pro Quadratzentimeter zwischen den zusammenzuschweissenden Enden erzielt und durch Verwendung eines Kondensators von geeigneter Grösse und Kapazität wird hinreichend viel Wärme durch einen kleinen Bruchteil einer Sekunde erzeugt, um die miteinander in Berührung stehenden Flächen zu schmelzen und Metalle, wie Zinn und Platin, ohne Schaden für einander zusammenzuschweissen.
Nach Fertigstellung der Schweissstelle kann sie in geschmolzenes Metall getaucht oder anderweitig erwärmt werden, um sie duktiler zu machen ; in den meisten Fällen ist dies jedoch unnötig.
Die in Fig. 6 bis 9 dargestellte Maschine ist der in Fig. i. bis 3 gezeigten ähnlich, nur sind zwei'der Stange : 25 der letzteren Maschine entsprechende Stangen 45, 46 vorhanden und die Futter 47, 48 treten an die Stelle der Futter 6 und 7. Der Fuss 1 weist ein Loch 49 auf, das an die Stelle des Schlitzes 11 tritt und eine konische Vertiefung bildet.
Das Futter 48 besteht aus einem Bolzen mit durch radiale Schlitze 50 geteilten konischem Kopf. Eine Längsbohrung 51 reicht durch das Futter und dient zur Aufnahme des Drahtes. Die Schlitze 50 reichen bis zur Längsbohrung 51 und können demnach die zwischen den Schlitzen bleibenden Segmente gegeneinander gepresst werden, um das Draht-oder Stabstück festzuklemmen, wenn das Futter in das konische Loch 49 eingesetzt und sein Kopf darin durch eine Mutter ? festgezogen wird.
Das Futter 47 ist dem Futter 48 ähnlich und wird vom Schlitten 53 in derselben Weise getragen, wie das Futter 48 vom Fuss 1.
Die Backen des Futters können mit Gewinde versehen sein, wie Fig. 10 zeigt, um eine kleine Schraube 54 aufzunehmen. Wird auf diese Weise eine kleine Schraube in das Futter 48 und ein Stück Platindraht in das Futter 47 eingespannt, so kann man sehr einfach und leicht eine Platinspitze auf die Schraube aufbringen. Solche Schrauben mit Platinspitzen stehen bekanntlich im sehr allgemeinen Gebrauch bei Induktorien, Läutewerken und ähnlichen Vorrichtungen.
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das Futter an einer Drehung in seinem Träger zu verhindern.
Die Stange 46 ist mit einer Schnappvorrichtung 57 und der Schlitten 53 mit einem Ansatz 58 versehen, welche der Schnappvorrichtung 24 und dem Ansatz 26 der Fig. 3 entsprechen
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die mit einem Ansatz 61 am Schlitten 53 zusammenwirken, so lange die Stange 45 nicht in der einen oder der anderen Richtung aus der Normallage gedreht wird, in welcher sie durch eine Feder 62 gehalten wird. Die Stangen 45 und 46 sind mit Hebeln 63 und 64 zur Drehung derselben entgegen der Wirkung ihrer Federn versehen.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist im allgemeinen dieselbe, wie die der Vorrichtung nach Fig. I bis 3. Will man ein kurzes Leiterstück herstellen, das aus einem Kupfer-und einem Platinteil besteht oder aus Teilen von anderen Materialien, das bei Quecksilberdampflampen oder anderen Vorrichtungen mit Glasbirnen verwendet werden soll, so ist es möglich, gerade die gewünschte Länge von verhältnismässig langen Leitern zu befestigen, indem man die Anschläge 59 und 60 entsprechend einstellt und die benachbarten Enden der beiden Leiter zusammenschweisst, dann das Futter 48 lockert, die Stange 45 etwas dreht, den Schlitten 53 hebt, bis der Ansatz 61 mit dem Anschlag 60 in Eingriff tritt, das Futter 48 festzieht,
das Futter 47 lockert und den
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zuerst in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, so dass der Ansatz 61 in einer Geraden mit dem letzterwähnten Anschlag liegt. Die zusammengeschweissten Drähte können dann dicht an den beiden Futtern abgeschnitten werden, wobei der Abstand zwischen denselben das Mass der gewünschten Länge des Drahtes ist.
Wie vorhin erwähnt, kann das Schweissen durch Eintauchen der Schweissstelle in geschmolzenes Lot oder ein anderes Metall vervollständigt werden und Fig. 5 veranschaulicht einen Löffel 67 mit geschmolzenem Metall 68 und zwei Drähten 69 und 70, die durch eine Schweissstelle verbunden sind, die in das geschmolzene Metall 68 getaucht ist.
Das Verfahren ist nicht auf das Zusammenschweissen von Drähten oder anderen Körpern von im wesentlichen gleichem Querschnitt beschränkt, da sehr hohe Wärme an den zusammenzuschweissenden Flächen augenblicklich zur Wirkung kommen, und zwar fast in demselben Augenblick, wo sie gegeneinanderstossen, so fehlt jede Gelegenheit zu solcher Dissipation der zur Wirkung kommenden Wärme, dass dadurch das Schweissen beeinträchtigt würde, selbst wenn die Schweissfläche des einen Körpers nur ein kleiner Bruchteil der Fläche ist, von der die Schweissfläche einen Teil bildet. Ein derartiger Fall würde beim Anschweissen des Endes eines Drahtes oder Stabes an die Oberfläche einer Scheibe oder eines Blockes vorliegen.
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Method and device for electrical welding.
The present invention relates to methods and devices for electrical welding of different or identical metals.
One purpose of the invention is to create a ductile, homogeneous joint and to provide a particularly simple and inexpensive method for quickly and effectively welding together pieces of the same or different metals of such nature or dimensions, which good results could not be achieved with previous methods. Finally, the invention aims to create a simple and durable device for producing welded joints of the above type.
Copper and iron wires, rods and sticks have long been welded with good success by laying or clamping the conductors together and letting an electric current pass through the joint until the heat required to fuse the parts has been generated. The welding together of aluminum conductors using the usual methods has caused great difficulties and it has been considered practically impossible to obtain a ductile joint between dissimilar metals such as aluminum and copper, which form a very brittle alloy when they are melted together in certain proportions. It was also thought to be practically impossible. Welding together metals with very different melting points, such as tin and platinum.
It seems that the difficulties encountered so far when welding aluminum pieces are mainly due to the fact that their surfaces
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suitable because the metal of the lower melting point is necessarily heated too much and becomes liquid before the other metal approaches its welding temperature.
The usual methods are also unsuitable for achieving a good weld joint between copper and aluminum or other metals which have the tendency. to form brittle alloys. It has been shown that alloys of the two metals are formed at a considerable distance from the connection point, the quantitative proportions starting from the connection point changing until points are reached where one metal is free from the other. Therefore, if the two metals form a brittle alloy in any proportion, at least one cross-section on each side is the
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welded together piece.
According to the present invention, the previously existing difficulties are eliminated by concentrating a relatively large amount of both heat and mechanical energy at the point of contact between the pieces to be welded together for an extremely short time.
The most expedient embodiment of the method consists in connecting the conductive bodies to be welded together to the terminals of a suitably charged capacitor and then pushing them against one another with a simultaneous sudden discharge of the capacitor. Because of the very high temperature, which can be concentrated at the desired point for a very short time when the capacitor is discharged, the heat generated by welding is particularly effective, but the heat that comes into effect locally when the bodies come into contact can also be generated in other ways will. if it is only sufficiently large and has an effect in the right way.
The effect of the above-mentioned concentration of energy on aluminum conductors consists in the evaporation of a very small amount of aluminum on the abutting surfaces, which means that the evaporated material is blown out in all directions and tears or tears the oxide membrane, which previously prevented aluminum from welding together properly.
When welding dissimilar metals, which, when connected in the usual way, produce a brittle alloy, the energy and heat are so concentrated and only act for such a short time that the metals do not flow into one another and the boundary line is not perceptible. is very sharp even if the joined pieces are rolled out into a very thin sheet or foil and the joint is observed through a microscope.
When a
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If a layer of brittle alloy is created at the joint, it is so thin that it can be bent. ; This is true of various combinations of metals, such as tin and aluminum, copper and platinum, lead and tin, tin and platinum, tin and copper and nickel and platinum; but perhaps the most notable example is the combination of copper and aluminum, since these metals, when combined by the previously known methods, are known to have joints due to the brittleness of glass.
In the drawing, FIG. 1 is a front view, FIG. 2 is a plan view, FIG. 3 is a section along line fZI-III (FIG. I) of a device for welding according to the present invention;
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FIGS. 1 and 2 show corresponding representations of a modification of the welding device which is particularly suitable for lead wires for mercury vapor lamps and other similar devices, in which lead wires are melted into evacuated glass bulbs or the like; Figures 8 and 9 show, in elevation and in plan view, one of the clamping chucks of the device of Figure 6; Fig. 10 is a vertical section and Fig.
II is a plan view of a modified chuck for small screws. to which platinum tips are to be attached; Fig. 12 schematically illustrates the successive mutual positions of the pieces to be joined when the present method is carried out; Fig. 13 gives diagrams of the voltage, the current strength and the work in the welding line.
The machine shown in Fig. I to 3 has a foot 1, parallel columns 2, 3, a fixed head 4, a slide 5 sliding on the columns 2, 3 and two clamping chucks 6 and 7. The columns? and 3 not only form guides for the slide J, but also the frame of the machine in conjunction with the foot 1 and the head 4. According to the drawing, the uprights are cylindrical and extend through holes in parts 1 and 4; nuts 8 are screwed onto their upper threaded ends.
The clamping chuck 6 has the shape of a cylinder provided with flanges on both sides and is split in the longitudinal direction into two parts 9, 10 which are grooved to receive one of the rods or wires to be welded together. The chuck rests in a slot 11 in the foot 1 between the uprights 2 and 3 and is held in place by a nut 12 and clamping screw 15 and clamped onto a rod or wire by engaging lugs 13 on the nut in side ends 1J in slot 11 and the clamping screw 15 is screwed through the nut and presses against part 10 of the chuck.
The sled- ? consists of two sleeves 16 sliding on the stands 3 and a web 17 with a slot 18 corresponding to the slot 11 in the foot 1: the chuck 7 is like the chuck 6 and is held in the slot 18 in the same way by means of a nut 79 and screw 20.
The fixed head 4 has a hole 21 with a guide sleeve 22 through which, if desired, the wire 23 can be pulled. However, it is usually more convenient to insert the wire into the top of the chuck without pulling it through the sleeve 22, unless the wire is very thick and stiff.
To hold the carriage 5 in the raised position, there is a snap device on a rod 25 parallel to the uprights 2, 3. M arranged, which cooperates with a shoulder 26 on the web 17 of the carriage 5. The snap device 24 can be set in any desired position on the rod 25 by means of a ring 27 on which the pawl 24 rests and which is provided with a clamping screw 28. The rod 25 is rotatable in bearings 29, 30 in the parts 1 and 4 and is equipped with a spring 31 which tries to rotate it so that the parts 24 and 26 lie in a straight line.
The snap 24 and lug 26 are beveled so that the carriage can be raised (unimpeded by the snap) but cannot be lowered until it has been released by a slight rotation of the rod 25, as will be explained below.
An insulating block 32 is attached to the foot 1 by means of screws 33 and carries the fixed
Current connection piece 34 of a hand switch 35, the movable current connection piece 36 is rotatably attached to a projection 37 of the foot by means of a pin 38 and usually by a
Spring 39 is pressed against the fixed current connection piece.
Electrical energy is obtained from any suitable source (e.g. from a
Generator 40, Fig. 4) is fed to a capacitor 41, the terminals of which are connected to the chucks 6, 7 forming the terminals of the welding device. The switch 33 usually closes a shunt to the terminals of the welding device, so that the worker can safely clamp the conductive wires in the chucks and make the other preparations for welding.
The device works as follows:
A 4: 2 lead wire is clamped into the chuck 6 in such a way that it protrudes a short distance from the same. A second conductor 23 is clamped in the chuck 7 that it is something under
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the same comes down and the sledge; is raised to a desired height determined by the adjustment of the pawl 24, which depends on the strength of the wires and the material
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towards the end of the wire 4, '? pushes. At the moment of contact, the capacitor 41 is discharged and the energy thus concentrated on the contact point is sufficiently large to achieve a perfect weld of the metals.
The process is the same when welding wires made of the same or dissimilar materials and it is also possible to use copper and aluminum, tin and platinum, aluminum and aluminum, copper and platinum, aluminum and tin, platinum and platinum, nickel and platinum, and lead Tin and tin and copper can be welded together without difficulty.
Although the entire welding process only requires a very short period of time, approximately 0-003 seconds, it is possible to use an oscilloscope to obtain curves such as curves A, B, C, FIG. 13, which show the voltage or the current intensity and indicate the energy consumption in the welding line. The ordinates indicate volts or amperes and watts and the abscissas the time in seconds.
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ends of the wires or rods to be welded together appear to run in stages according to the schematic representation a to f, FIG. 12, although the reliability of the representation of stages c, d, e is not of particular importance. Whether these representations are completely correct or not, they make the mode of operation of the welding device and the reason for its success understandable.
At a (Fig. 12) the ends are pressed close together as they are when they come together
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Chisel-shaped ends do not need to be made very precisely, usually sufficiently thin chisel-like cutting edges are obtained if the wires are cut with pliers or the like.
At the moment of contact (b, FIG. 12), the voltage drops very quickly, as curve A shows, while current intensity and energy consumption rise very quickly, as does curves B and C.
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customer and then sinks almost as suddenly and intersects the zero line with the voltage.
It seems that the amount of energy, which is extremely high compared to the size of the conductors, causes not only a melting, but also an evaporation and a small explosion, all in a moment. solid particles are thrown off the ends of the ladder, as shown at c (Fig. 12).
At this stage the ends are surrounded by metal vapors; This is proven by the fact that after a number of welds one finds deposits of metal particles on the linings. The fact that the ends are surrounded by metal vapors before they are permanently in contact seems to be of the greatest importance for achieving good welds between dissimilar metals such as aluminum and copper and between aluminum conductors, the surfaces of which oxidize extremely quickly on contact with air.
The aforementioned small explosion, which hurls part of the conductor ends in the form of steam, takes so little time that the kinetic energy generated when the food falls down still causes the ends that have become soft to weld together. The latter cannot cool down after the explosion and before the collision because the current in the welding line, as curve B (Fig. 13) shows, does not go out immediately, but oscillates for a few thousandths of a second.
The duration of the current is determined by the inductance of the welding line and, as FIG. 4 shows, it is advisable to use a variable or controllable inductance 43.
Although very fine theoretical considerations appear to be taken into account in the welding process, it is not necessary to maintain an accuracy greater than usual in the construction of the welding device or in the adjustment of the parts. Furthermore, the capacitance of the capacitor, the voltage of the charge line or the inductance of the welding line do not need to be determined with great care. For example, very good welded joints between metals such as tin and platinum, platinum and nickel and copper and aluminum have been achieved in the first attempt without special calculations and settings. The points of the various curves that are assumed to approximate the representations in Fig 12 are denoted by af.
In the charge line of the
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Capacitor 41, a resistor 44 is turned on; to prevent short-circuiting of the electricity source through the welding point.
Even though the device is relatively light, a pressure of around 2000 kg per square centimeter is achieved between the ends to be welded together and, by using a capacitor of suitable size and capacity, sufficient heat is generated in a small fraction of a second in order to keep the ends together Melting contacting surfaces and welding metals such as tin and platinum together without harming one another.
Once the weld is complete, it can be dipped in molten metal or otherwise heated to make it more ductile; however, in most cases this is unnecessary.
The machine shown in FIGS. 6 to 9 is that of FIG. to 3, only two of the rods are available: 25 rods 45, 46 corresponding to the latter machine and the chucks 47, 48 take the place of the chucks 6 and 7. The foot 1 has a hole 49 which connects to the Place of the slot 11 occurs and forms a conical recess.
The chuck 48 consists of a bolt with a conical head divided by radial slots 50. A longitudinal bore 51 extends through the chuck and serves to receive the wire. The slots 50 extend to the longitudinal bore 51 and can therefore the segments remaining between the slots be pressed against one another in order to clamp the piece of wire or rod when the chuck is inserted into the conical hole 49 and its head is inserted into it by a nut? is tightened.
The lining 47 is similar to the lining 48 and is carried by the carriage 53 in the same way as the lining 48 is carried by the foot 1.
The jaws of the chuck may be threaded, as shown in FIG. 10, to receive a small screw 54. If a small screw is clamped in the chuck 48 and a piece of platinum wire in the chuck 47 in this way, a platinum tip can be attached to the screw very simply and easily. Such platinum-tipped screws are known to be in very common use in inductors, bells and similar devices.
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to prevent the lining from rotating in its carrier.
The rod 46 is provided with a snap device 57 and the carriage 53 is provided with an extension 58, which correspond to the snap device 24 and the extension 26 of FIG
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which cooperate with an extension 61 on the carriage 53 as long as the rod 45 is not rotated in one direction or the other from the normal position in which it is held by a spring 62. The rods 45 and 46 are provided with levers 63 and 64 for rotating them against the action of their springs.
The mode of operation of the device is generally the same as that of the device according to FIGS. 1 to 3. If a short conductor piece is to be produced which consists of a copper and a platinum part or parts of other materials that are used in mercury vapor lamps or other devices Glass bulbs are to be used, it is possible to attach just the desired length of relatively long ladders by adjusting the stops 59 and 60 accordingly and welding the adjacent ends of the two conductors together, then loosening the chuck 48 and rotating the rod 45 a little , lifts slide 53 until lug 61 engages stop 60, tightening chuck 48,
the chuck 47 loosens and the
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is first rotated in the opposite direction, so that the projection 61 is in a straight line with the last-mentioned stop. The welded together wires can then be cut close to the two chucks, the distance between them being the measure of the desired length of the wire.
As mentioned earlier, the welding can be completed by dipping the weld point in molten solder or other metal and FIG. 5 illustrates a spoon 67 with molten metal 68 and two wires 69 and 70 connected by a weld point that is cut into the molten metal Metal 68 is immersed.
The method is not limited to welding wires or other bodies of essentially the same cross-section, since very high heat is applied instantly to the surfaces to be welded together, and almost at the same time as they meet, so there is no opportunity for such dissipation the heat coming into effect, which would impair welding, even if the welding surface of one body is only a small fraction of the surface of which the welding surface forms part. Such a case would exist when welding the end of a wire or rod to the surface of a disk or block.