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.
Process for pulse welding The patent relates to a process for pulse welding in which a pulse transformer connected secondary to the welding circuit is fed by capacitor discharge, a device for carrying out the process and after. Workpieces produced using the process.
According to the method according to the invention, the welding point is made by means of a first and a subsequent second; transformed capacitor discharge current, preferably charged with approximately twice the energy that was used for the first discharge.
This has been shown to be significant. better welding results can be achieved. For example, thermally pretreated springs, which were previously unsuitable for resistance welding, can be welded to other parts using this method. In addition, a lower welding pressure than the previously usual welding pressure is sufficient with this method. As a result, the indentation that occurs during spot welding on the outside of the welding point or when butt welding a pin onto a plate, and the elevation that occurs on the plate side facing away from the pin, is significantly smaller than before. The welds are also more even.
The disadvantage of previous welding with a single surge of discharge current that with similar work piece parts with matching conditions both proper and explosive welds with unusable results are achieved, is avoided by the method according to the invention.
The advantages of the method according to the invention are presumably based on the fact that the first surge of discharge current produces a small-area, metallic connection between the workpiece parts, and the second surge of discharge current generates the heat required to form the weld stud in the resistance of the connection point created thereby.
With alternating current welding you already have several alternating current waves, when welding with the current program. To improve the welding result, several preheating current, welding current and post-heating current waves are used. As a result, however, the results achievable by the method according to the invention were not obtained.
The pulse welding process, in which the welding current pulse (capacitor discharge current surge), i.e. the current time, is generally shorter than the time during which the fusion takes place at the welding point, with alternating current welding, in which the fusion occurs in the Current time takes place, not comparable. Up to now, with impulse welding, it has been important to supply the entire electrical energy to the welding point in a single, short burst of discharge current. The possibility of avoiding heat losses as a result was seen as a significant advantage of pulse welding.
The device for performing the method according to the invention has at least one capacitor charging means for this capacitor, a surge transformer, to whose secondary winding a welding circuit is connected, and switching means to successively connect the capacitor to the charging means and the primary winding of the pulse transformer.
In the device according to the invention, the charging voltage or the capacitance of the capacitor can be increased during the transition from a first to a subsequent second charging and discharging process. Two exemplary embodiments of the device are shown in the drawing. In connection with this, the method according to the invention and its product are also described, for example.
Fig. 1 and 2 each show a circuit diagram of a device for pulse welding.
The device, the circuit of which is shown in FIG. 1, has a capacitor 1, a charging rectifier 2 with an alternating current input 21 to be connected to the alternating current network 3 and two direct current outputs 22 and 23, which each supply a direct voltage for charging the capacitor 1 . The voltage at the output 23 is about 1.4 times as high as the voltage at the output 22. The circuit also has a pulse transformer 4, the secondary winding 42 of which is connected to a welding circuit 5.
The capacitor 1 is connected to the primary winding 41 of the surge transformer 4 by two switches 61 and 62 each with one of the outputs 22 and 23 of the rectifier 2 and an electronically controllable switch (silicon diode 63). In the idle state, the switches 61 and 62 are open and the valve 63 is blocked. In the circuit of the switches 61 and 62 there is a charging resistor 71 and 72, respectively, to limit the capacitor charging current surges. The device has a control device 8, which is fed from the alternating current network 3, controls switches 61 and 62, supplies a control voltage for valve 63 and is connected to a command switch 81.
The control device 8 is designed so that it closes the switch 62 after a command given by closing the switch 81, opens the switch 62 after the charging time of the capacitor 1 has ended, and then releases the blocking of the valve 63 after the end of the Discharge time of the capacitor 1, the valve 63 locks and the switch 61 closes, after the charging time of the capacitor 1, the switch 61 opens and the lock tion of the valve 63 cancels again and this valve locks after the discharge time of the capacitor 1 as the.
The control unit 8 can also be used for other control purposes, for example, in the case of a spot welding machine, it can control the electrode advance and return, and in the case of a butt welding machine, it controls the workpiece advance.
The circuit of Fig. 2 differs from that of Fig. 1 in that it has two Kon capacitors 11 and 12, a charging rectifier 2 with only one charging voltage output 22 and two controllable valves 66 and 67 and a control unit 9 with other control functions than that Control unit 8 has. The capacitor 12 has twice the capacity of the capacitor 11. The output 22 of the charging rectifier 2 is connected via a resistor 73 and a switch 64 to the capacitor 11, which is connected to the primary winding 41 through the controllable valve 66.
In addition, the output 22 is connected via a resistor 74 and a switch 65 to the capacitor 12, which is connected to the primary winding 41 through the controllable valve 67. The switch corresponding to the command switch 81 in FIG. 1 is denoted by 91 in FIG. The control unit 9 controls the switches 64 and 65 and supplies a control voltage for each of the valves 66 and 67.
The function of the control device 9 is that it closes the switch 64 after actuation of the switch 91, opens this switch 64 after the charging time of the capacitor 11 has elapsed and the blocking of the valve 66 is canceled after the discharge time of the capacitor 11 has elapsed the valve 6 blocks, the switch 65 closes, this switch opens after the charging time of the capacitor 12 has elapsed and then the blocking of the valve 67 is canceled and this valve is blocked again after the discharge time of the capacitor 12 has elapsed.
The switches 64 and 65 can also be closed in the rest position, the switch 64 and 65 being held in the open position when the blocking of the valve 66 and 67 is canceled.
As explained in connection with FIGS. 1 and 2, actuation of the command switch 81 or 91 triggers two capacitor discharges one after the other, the discharge current being transformed by the surge transformer 4 and the welding point in the welding circuit 5 being heated. The second capacitor discharge current surge has a greater energy than the first.
For spot welding on thermally treated springs. with a thickness of about 0.08 mm, the capacitor 1 can have a capacity of 100 microfarads in the circuit of FIG. 1, the output 22 a voltage of 50 volts and the output 23 deliver a voltage of 70 to 75 volts and the transformation ratio of the surge transformer is 22.5: 1, the welding electrodes are made of a copper-cobalt alloy, have a slightly curved tip of approx. 0.6 mm diameter and are subjected to a welding pressure of approx. 1.5 kg.
In the circuit according to FIG. 2, under the same conditions, the capacitor 11 can have a capacity of 100 microfarads and the capacitor 12 has a capacity of 200 microfarads, the output 22 delivering a voltage of 50 volts.
The circuit according to Fig. 1 must also be dimensioned so that the circuit, which consists of the capacitor 1, the leakage inductance of the pulse transformer 4 and the resistance multiplied by the square of the transmission ratio of this transformer (in the remaining numerical example 22.52) stood the Welding circuit 5 (including secondary winding 42) is aperiodic. In the circuit of FIG. 2, this condition must be met with both the capacitor 11 and the capacitor 12 with the capacitor.