Verfahren zum Impulsschweissen Das Patent betrifft ein Verfahren zum Impuls- schweissen, bei welchem ein sekundär an den Schweisskreis angeschlossener Impulstransformator durch Kondensatorentladung gespeist wird, eine Ein richtung zur Durchführung des Verfahrens und nach. dem Verfahren hergestellte Werkstücke.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Schweissstelle mittels eines ersten und eines nachfolgenden zweiten; transformierten Kondensator- entladungsstromes, vorzugsweise mit annähernd dem Doppelten der Energie geladen, welche für die erste Entladung angewandt wurde.
Es hat sich gezeigt, dass dadurch erheblich. bes sere Schweissresultate erzielt werden können. Bei spielsweise können nach diesem Verfahren auch thermisch vorbehandelte Federn, die bisher für das Widerstandsschweissen ungeeignet waren, mit ande rem Teilen verschweisst werden. Ausserdem genügt bei diesem Verfahren ein kleinerer als der bisher übliche Schweissdruck. Dadurch wird die beim Punktschweissen entstehende Vertiefung an der Aus senseite der Schweissstelle bzw. beim Stumpfschweis- sen eines Stiftes auf eine Platte, die an der dem Stift abgewandten Plattenseite entstehende Erhöhung wesentlich kleiner als bisher. Auch werden die Schweissungen gleichmässiger.
Die beim bisherigen Schweissen mit einem einzigen Entladungsstromstoss nachteilige Erscheinung, dass bei gleichartigen Werk stückteilen mit übereinstimmenden Bedingungen so wohl ordnungsgemässe als auch explosionsartig ver laufende Schweissungen mit unbrauchbarem Ergeb nis erzielt wurden, wird durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden.
Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens beruhen vermutlich darauf, dass der erste Entla- dungsstromstoss eine kleinflächige, metallische Ver- bindung zwischen .den Werkstückteilen herstellt, und der zweite Entladungsstromstoss im Widerstand der dadurch geschaffenen Verbindungsstelle die zur Bil dung des Schweissbutzens erforderliche Wärme er zeugt.
Beim Wechselstromschweissen hat man zwar schon mehrere Wechselstromwellen, beim Schweis- sen mit Stromprogramm. zur Verbesserung des Schweissresultates je mehrere Vorwärmstrom-, Schweissstrom- und Nachwärmstromwellen ange-, wandt. Dadurch wurden aber die durch das erfin dungsgemässe Verfahren erzielbaren Resultate nicht erhalten.
Auch ist das Impulsschweissverfahren, bei welchem der Schweissstromimpuls (Kondensatorent- ladungsstromstoss), also die Stromzeit, in der Regel kürzer als die Zeit ist, während welcher die Ver- schmelzung an der Schweissstelle erfolgt, mit dem Wechselstromschweissen, bei welchem die Ver schmelzung in der Stromzeit erfolgt, nicht vergleich bar. Bisher hat man beim Impulsschweissen Wert darauf gelegt, die gesamte elektrische Energie in einem einzigen kurzen Entladungsstromstoss der Schweissstelle zuzuführen. In der Möglichkeit, Wär meverluste dadurch zu vermeiden, sah man einen wesentlichen Vorteil des Impulsschweissens.
Die Einrichtung zur Durchführung des erfin- dungsgemässen Verfahrens hat wenigstens einen Kondensator Lademittel für diesen Kondensator, einen Stosstransformator, an dessen Sekundärwick lung ein Schweisskreis angeschlossen ist, und Schalt mittel, um den Kondensator nacheinander mit den Lademitteln und der Primärwicklung des Impuls transformators zu verbinden.
Bei der erfindungsgemässen Einrichtung ist die Ladespannung oder die Kapazität des Kondensators beim übergang von einem ersten zu einem nachfol- genden zweiten Lade- und Entladevorgang erhöhbar. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung dargestellt. Im Zusammenhang damit werden auch das erfindungsgemässe Verfahren und dessen Erzeugnis beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 und 2 zeigen je ein Schaltbild einer Ein richtung zum Impulsschweissen.
Die Einrichtung, deren Schaltung in Fig. 1 gezeigt ist, hat einen Kondensator 1, einen Ladegleichrichter 2 mit einem an das Wechselstromnetz 3 anzuschlies- senden Wechselstromeingang 21 und zwei Gleich stromausgängen 22 und 23, welche je eine Gleich spannung zur Ladung des Kondensators 1 liefern. Dabei ist die Spannung am Ausgang 23 etwa 1,4 mal so hoch wie die Spannung am Ausgang 22. Die Schaltung hat ausserdem einen Impulstransformator 4, dessen Sekundärwicklung 42 an einen Schweiss- kreis 5 angeschlossen ist.
Der Kondensator 1 ist durch zwei Schalter 61 und 62 mit je einem der Aus gänge 22 und 23 des Gleichrichters 2 und durch einen elektronisch steuerbaren Schalter (Siliziumdiode 63) mit der Primärwicklung 41 des Stosstransformators 4 verbunden. Im Ruhezustand sind die Schalter 61 und 62 geöffnet und das Ventil 63 ist gesperrt. Im Strom kreis der Schalter 61 und 62 liegt je ein Ladewider stand 71 bzw. 72 zur Begrenzung der Kondensatorla- destromstösse. Die Einrichtung hat ein Steuergerät 8, welches vom Wechselstromnetz 3 gespeist wird, die Schalter 61 und 62 steuert, eine Steuerspannung, für das Ventil 63 liefert und an einen Kommandoschalter 81 angeschlossen ist.
Das Steuergerät 8 ist so ausge führt, dass es nach einem durch Schliessen des Schal ters 81 gegebenen Kommando den Schalter 62 schliesst, nach Beendigung der Ladezeit des Konden- sators 1 der Schalter 62 öffnet, danach die Sperrung des Ventils 63 aufhebt, nach Ablauf der Entladezeit des Kondensators 1 das Ventil 63 sperrt und den Schalter 61 schliesst, nach Ablauf der Ladezeit des Kondensators 1 den Schalter 61 öffnet und die Sper rung des Ventils 63 erneut aufhebt und dieses Ventil nach Ablauf der Entladezeit des Kondensators 1 wie der sperrt.
Das Steuergerät 8 kann ausserdem ande ren Steuerzwecken dienen, beispielsweise bei einer Punktschweissmaschine den Elektrodenvor- und Rückschub, bei einer Stumpfschweissmaschine den Werkstückvorschub steuern.
Die Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, dass sie zwei Kon densatoren 11 und 12, einen Ladegleichrichter 2 mit nur einem Ladespannungsausgang 22 und zwei steu erbare Ventile 66 und 67 sowie ein Steuergerät 9 mit anderen Steuerfunktionen als das Steuergerät 8 hat. Der Kondensator 12 hat die doppelte Kapazität des Kondensators 11. Der Ausgang 22 des Ladegleich richters 2 ist über einen Widerstand 73 und einen Schalter 64 an den Kondensator 11 angeschlossen, welcher durch das steuerbare Ventil 66 mit der Pri- närwicklung 41 verbunden ist.
Ausserdem ist der Ausgang 22 über einen Widerstand 74 und einen Schalter 65 an den Kondensator 12 angeschlossen, welcher durch das steuerbare Ventil 67 mit der Pri märwicklung 41 verbunden ist. Der dem Kommando schalter 81 der Fig. 1 entsprechende Schalter ist in Fig. 2 mit 91 bezeichnet. Das Steuergerät 9 steuert die Schalter 64 und 65 und liefert je eine Steuerspan nung für die Ventile 66 und 67.
Die Funktion des Steuergerätes 9 besteht darin, dass dasselbe nach Be tätigung des Schalters 91 den Schalter 64 schliesst, nach Ablauf der Ladezeit des Kondensators 11 die sen Schalter 64 öffnet und die Sperrung des Ventils 66 aufhebt, nach Ablauf der Entladezeit des Konden- sators 11 das Ventil 6 sperrt, den Schalter 65 schliesst, diesen Schalter nach Ablauf der Ladezeit des Kondensators 12 öffnet und danach die Sperrung des Ventils 67 aufhebt und dieses Ventil nach Ablauf der Entladezeit des Kondensators 12 wieder sperrt.
Die Schalter 64 und 65 können auch in Ruhelage ge schlossen sein, wobei der Schalter 64 bzw. 65 jeweils dann in geöffneter Stellung gehalten wird, wenn die Sperrung .des Ventils 66 bzw. 67 aufgehoben ist.
Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erläu tert, werden durch Betätigung des Kommandoschal ters 81 bzw. 91 zwei Kondensatorentladungen nacheinander ausgelöst, wobei der Entladungsstrom- stoss durch den Stosstransformator 4 transformiert wird und die Schweissstelle im Schweissstromkreis 5 erhitzt. Dabei hat der zweite Kondensatorentladungs- stromstoss eine grössere Energie als der erste.
Zum Punktschweissen an thermisch behandelten Federn. mit einer Dicke von ca. 0,08 mm kann in der Schaltung nach Fig. 1 der Kondensator 1 eine Kapa zität von 100 Mikrofarad haben, der Ausgang 22 eine Spannung von 50 Volt und der Ausgang 23 eine Spannung von 70 bis 75 Volt liefern und das über setzungsverhältnis des Stosstransformators 22,5:1 be tragen, wobei die Schweisselektroden aus einer Kupfer-Kobaltlegierung bestehen, eine leichtbom- bierte Spitze von ca. 0,6 mm Durchmesser haben und einer Schweissdruckkraft von ca. 1,5 kg unterworfen werden.
In .der Schaltung nach Fig. 2 kann im übri gen unter gleichen Bedingungen der Kondensator 11 eine Kapazität von 100 Mikrofarad und der Konden sator 12 eine Kapazität von 200 Mikrofarad haben, wobei der Ausgang 22 eine Spannung von 50 Volt liefert.
Die Schaltung nach Fig. 1 muss im übrigen so dimensioniert sein, dass der Stromkreis, welcher aus dem Kondensator 1, der Streuinduktivität des Impuls transformators 4 und dem mit dem Quadrat des übersetzungsverhältnisses dieses Transformators (im übrigen Zahlenbeispiel 22,52) multiplizierten Wider stand des Schweisskreises 5 (einschliesslich Sekun därwicklung 42) besteht, aperiodisch ist. Bei der Schaltung nach Fig. 2 muss diese Bedingung sowohl mit dem Kondensator 11 als auch mit dem Konden sator 12 erfüllt sein.