CH458568A - Process for butt welding - Google Patents

Process for butt welding

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Publication number
CH458568A
CH458568A CH780266A CH780266A CH458568A CH 458568 A CH458568 A CH 458568A CH 780266 A CH780266 A CH 780266A CH 780266 A CH780266 A CH 780266A CH 458568 A CH458568 A CH 458568A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
contact surface
heated
electrical resistance
heating
resistance heating
Prior art date
Application number
CH780266A
Other languages
German (de)
Inventor
Tanzen Friedrich
Original Assignee
Schlatter Ag
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/04Flash butt welding
    • B23K11/046Apparatus therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

  

  Verfahren zum Stumpfschweissen    Die     Erfindung    betrifft ein Verfahren zum     Stumpf-          schweissen    zweier metallischer Werkstücke, bei dem  die Werkstücke zusammengepresst, an ihrer Berüh  rungsfläche auf Schweisstemperatur erhitzt und dann  zusammengestaucht werden.  



  Bei der bekannten reinen     Widerstandsstumpf-          schweissung    oder Abbrennstumpfschweissung mit oder  ohne Vorwärmung ist der Materialverlust relativ gross,  was sich namentlich beim Verschweissen von teurem  Werkzeugstahl mit einem     billigeren        Schaftstahl    erheb  lich auf die Kosten     auswirkt.     



  Beim bekannten reinen Reibungsschweissen, bei  welchem die Reibung durch eine Rotationsbewegung  erzielt wird, ist insbesondere bei grösseren Material  querschnitten eine gleichmässige Erwärmung der     Stoss-          flächen    nicht zu erreichen, da die Erwärmung am  stärksten bei optimalem Druck und     optimaler    Reibge  schwindigkeit erfolgt,     letztere    jedoch von der Rota  tionsachse nach aussen linear zunimmt.  



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl  die angeführten Nachteile des     Widerstandsstumpf-          schweissens    als auch die des Reibungsschweissens weit  gehend zu     eliminieren.     



  Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass  die Berührungsfläche durch Reibungserhitzung und       elektrische    Widerstandserhitzung erhitzt     wird,    indem  eines der Werkstücke um eine zur Berührungsfläche  senkrechte Achse rotiert und ein Heizstrom durch die  Berührungsfläche geleitet wird.  



  Dabei kann die     Berührungsfläche    gleichzeitig oder  zeitlich gegeneinander verschoben während gleicher  oder ungleich langer Zeiten durch die Reibungs- und  durch die     elektrische    Widerstandserhitzung erhitzt wer  den.  



  Die Erfindung     betrifft    auch eine Vorrichtung zur  Durchführung dieses Verfahrens, welche zwei einander  gegenüber angeordnete Spannvorrichtungen für die zu  verschweissenden Werkstückteile hat, von denen eine  in bezug auf die     andere    zum Zusammenpressen und  Zusammenstauchen der Werkstückteile bewegbar und    mit Vorschubmitteln verbunden ist. Bei der     erfindungs-          gemässen    Maschine ist eine der Spannvorrichtungen  um eine zur Richtung der Bewegbarkeit der bewegba  ren Spannvorrichtung parallele Achse rotierbar und  mit Drehantriebsmitteln verbunden, und die Spannvor  richtungen sind elektrisch voneinander isoliert und an  eine Heizstromquelle angeschlossen.  



  Die Erfindung betrifft auch ein nach dem     erfin-          dungsgemässen    Verfahren hergestelltes Werkstück mit  zwei stumpfgeschweissten Werkstückteilen, die aus  demselben oder aus verschiedenen Metallen oder  Legierungen bestehen.  



  Im folgenden werden anhand der beiliegenden  Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der     erfindungsge-          mässen    Vorrichtung und des erfindungsgemässen Ver  fahrens näher beschrieben.  



  Die einzige Figur zeigt einen schematischen Aufriss  einer Stumpfschweissmaschine mit zwei zum     Zusam-          menschweissen    eingespannten Werkstückteilen.  



  Das Maschinengestell 3 der dargestellten Maschine  trägt zwei einander gegenüber angeordnete Spannvor  richtungen 4 und 6 für die zu verschweissenden Werk  stückteile 5 und 7.  



  Die Spannvorrichtung 4 ist durch einen Träger 1  fest mit dem Maschinengestell 3 verbunden und von  der     anderen    Spannvorrichtung 6 elektrisch isoliert, in  dem zwischen dem Träger 1 und dem Maschinengestell  3 eine isolierende Zwischenlage 2 angeordnet ist. Die  Spannvorrichtung 6 ist drehfest mit der Antriebswelle  10 einer lösbaren Kupplung 9 verbunden und in der  Längsrichtung dieser Welle zum Werkstückvorschub  und zum Stauchen der Werkstücke verschiebbar. Zum  Vorschub dient ein Zylinder 13 mit einem Kolben 14.  Der     Vorschubraum    des Zylinders 13 ist mit 12 und  dessen     Druckmittelzu-    und     -ableitung    ist mit 11 be  zeichnet.

   Die     Vorschubkraft        wird    durch ein Drucklager  16 übertragen, dessen drehfester Teil in einer Führung  15 verschiebbar gelagert ist.  



  Zum Drehantrieb der Spannvorrichtung 6 bei ein  gerückter Kupplung 9 dient ein Elektromotor B. Ein      Schweisstransformator 18 ist durch eine Leitung 20  mit der Spannvorrichtung 4 und durch eine Leitung 21  mit einer Bürste 22 verbunden, die auf einem mit der  Spannvorrichtung 6 fest verbundenen     Schleifring    17  läuft. Die Bürste 22 kann (wie dargestellt) fest mit dem       Maschinengestell        verbunden    sein, in welchem Falle .die       axiale    Abmessung des     Schleifrings    unter Berücksich  tigung der Verschiebbarkeit der Spannvorrichtung 6 zu  bemessen ist.

   Die Bürste     22    kann aber auch     zusammen     mit dem Drucklager 16 verschiebbar sein, in welchem  Falle die Leitung 21 flexibel auszuführen ist.  



  Im folgenden wird das Stumpfschweissen zweier  zylindrischer     Werkstücke,    deren eines aus Stahl St 60  und deren anderes aus Schnellarbeitsstahl T-1 besteht,  und die einen     Durchmesser    von 40 mm haben, be  schrieben.  



  Diese Werkstücke 5 und 7 werden ohne vorherige  Vorbereitung ihrer Stossflächen in die Spannvorrich  tungen 4 und 6 der Maschine     eingespannt.    Die Kupp  lung 9 des Motors wird     eingerückt,    und     während    dieser  mit 4000 U/min läuft, wird mit der     Zylinder-Kolben-          Einheit    13 und 14 ein Druck von 400 kp pro cm2  Stossfläche der Werkstückteile ausgeübt. Gleichzeitig  wird ein Strom von 6 A pro mm2 Stossfläche in  Impulsen von je 0,8 Sek. Dauer mit einem zeitlichen  Abstand von 0,2 Sek. durch die     Stossflächen    geschickt.  Auf diese Weise werden die     Stossflächen    während  4.

   Sek. rotierend     gegeneinander    gerieben und durch die       Reibungswärme    und     durch        elektrische    Widerstandser  hitzung vorgewärmt. Nach Ablauf der 4 Sek.     wird     während 2 Sek. ein erhöhter Anpressdruck von  800 kp/cm2 und :eine erhöhte Stromdichte von 8 A/  mm2 angewandt. Daraufhin wird ausgekuppelt, :der  Strom ausgeschaltet,     woraufhin    der rotierende Werk  stückteil     innerhalb    0,5     Sek,    zum     Stillstand        kommt    und  unter dem Druck von 800 kp/cm2 mit dem anderen  Werkstück zusammengestaucht     wird.  



  Method for butt welding The invention relates to a method for butt welding two metallic workpieces, in which the workpieces are pressed together, heated to the welding temperature on their contact surface and then compressed together.



  In the known pure resistance butt welding or flash butt welding with or without preheating, the loss of material is relatively large, which has a considerable effect on costs, especially when welding expensive tool steel to cheaper shank steel.



  With the known pure friction welding, in which the friction is achieved by a rotational movement, even heating of the joint surfaces cannot be achieved, especially with larger material cross-sections, since the heating occurs most strongly at optimal pressure and optimal friction speed Axis of rotation increases linearly towards the outside.



  The invention is based on the object of largely eliminating both the stated disadvantages of resistance butt welding and those of friction welding.



  This is achieved according to the invention in that the contact surface is heated by frictional heating and electrical resistance heating by rotating one of the workpieces about an axis perpendicular to the contact surface and passing a heating current through the contact surface.



  The contact surface can be simultaneously or temporally displaced from one another during the same or unequal periods of time by the frictional heating and by the electrical resistance heating.



  The invention also relates to a device for carrying out this method, which has two oppositely arranged clamping devices for the workpiece parts to be welded, one of which is movable with respect to the other for compressing and upsetting the workpiece parts and is connected to feed means. In the machine according to the invention, one of the clamping devices is rotatable about an axis parallel to the direction of movability of the moveable clamping device and is connected to rotary drive means, and the clamping devices are electrically isolated from one another and connected to a heating current source.



  The invention also relates to a workpiece manufactured according to the method according to the invention with two butt-welded workpiece parts which consist of the same or different metals or alloys.



  An exemplary embodiment of the device according to the invention and the method according to the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawing.



  The single figure shows a schematic elevation of a butt welding machine with two workpiece parts clamped together for welding.



  The machine frame 3 of the machine shown carries two oppositely arranged Spannvor devices 4 and 6 for the workpiece parts 5 and 7 to be welded.



  The clamping device 4 is firmly connected to the machine frame 3 by a carrier 1 and is electrically isolated from the other clamping device 6, in which an insulating intermediate layer 2 is arranged between the carrier 1 and the machine frame 3. The clamping device 6 is non-rotatably connected to the drive shaft 10 of a releasable coupling 9 and can be displaced in the longitudinal direction of this shaft for advancing the workpiece and for upsetting the workpiece. A cylinder 13 with a piston 14 is used for advancement. The advancement chamber of the cylinder 13 is marked with 12 and its pressure medium supply and discharge line is denoted by 11.

   The feed force is transmitted by a thrust bearing 16, the non-rotatable part of which is slidably mounted in a guide 15.



  An electric motor B is used to rotate the clamping device 6 when the clutch 9 is engaged. A welding transformer 18 is connected by a line 20 to the clamping device 4 and by a line 21 to a brush 22, which runs on a slip ring 17 firmly connected to the clamping device 6 . The brush 22 can (as shown) be firmly connected to the machine frame, in which case the axial dimension of the slip ring is to be dimensioned taking into account the displaceability of the clamping device 6.

   The brush 22 can, however, also be displaceable together with the thrust bearing 16, in which case the line 21 is to be flexible.



  In the following, the butt welding of two cylindrical workpieces, one of which is made of steel St 60 and the other of high-speed steel T-1, and which have a diameter of 40 mm, be written.



  These workpieces 5 and 7 are clamped in the Spannvorrich lines 4 and 6 of the machine without prior preparation of their abutment surfaces. The clutch 9 of the motor is engaged, and while it is running at 4000 rpm, the cylinder-piston units 13 and 14 exert a pressure of 400 kp per cm2 of contact surface of the workpiece parts. At the same time, a current of 6 A per mm2 of contact surface is sent through the contact surface in pulses of 0.8 seconds each with a time interval of 0.2 seconds. In this way, the joint surfaces are

   Rotating against each other sec. And preheated by the frictional heat and by electrical resistance heating. After the 4 seconds have elapsed, an increased contact pressure of 800 kp / cm2 and: an increased current density of 8 A / mm2 is applied for 2 seconds. Then the clutch is disengaged: the power is switched off, whereupon the rotating workpiece comes to a standstill within 0.5 seconds and is compressed with the other workpiece under the pressure of 800 kp / cm2.

 

Claims (1)

<B>PATENTANSPRUCH I</B> Verfahren zum Stumpfschweissen zweier metal lischer Werkstücke, bei dem die Werkstücke zusam- mengepresst, an ihrer Berührungsfläche auf Schweiss- temperatur erhitzt und dann zusammengestaucht wer den, dadurch gekennzeichnet, dass : <B> PATENT CLAIM I </B> Process for butt welding two metallic workpieces, in which the workpieces are pressed together, heated to welding temperature at their contact surface and then compressed, characterized in that: die Berührungsflä- che durch Reibungserhitzung Sund elektrische Wider standserhitzung .erhitzt wird, indem eines .der Werk- stücke um eine zur Berührungsfläche senkrechte Achse rotiert und ein Heizstrom durch die Berührungsfläche geleitet wird. UNTERANSPRÜCHE 1. the contact surface is heated by frictional heating and electrical resistance heating by rotating one of the workpieces around an axis perpendicular to the contact surface and passing a heating current through the contact surface. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Berührungsfläche gleichzeitig durch Reibungs- und elektrische Widerstandserhitzung erhitzt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Reibungsfläche durch zeitlich gegeneinander verschobene Reibungs- und elektrische Widerstandserhitzung erhitzt wird. Method according to claim 1, characterized in that the contact surface is heated simultaneously by frictional and electrical resistance heating. 2. The method according to patent claim I, characterized in that the friction surface is heated by friction and electrical resistance heating that is offset in relation to one another in time. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Berührungsfläche während un gleich langer Zeiten durch die Reibungs- und durch die elektrische Widerstandserhitzung erhitzt wird. 3. The method according to claim I, characterized in that the contact surface is heated for un equal times by the friction and by the electrical resistance heating. PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit zwei einander gegenüber angeordneten .Spannvorrichtungen für die zu ver- schweissenden Werkstückteile, von denen eine in bezug auf die andere zum Zusammenpressen und Zusammen stauchen der Werkstückteile bewegbar und mit Vor- schubmitteln verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, PATENT CLAIM II Device for carrying out the method according to claim I, with two oppositely arranged clamping devices for the workpiece parts to be welded, one of which is movable with respect to the other for pressing and compressing the workpiece parts and is connected to feed means, characterized, dass eine der Spannvorrichtungen um eine zur Rich tung der Bewegbarkeit der bewegbaren Spannvorrich tung parallele Achse rotierbar und mit Drehantriebs- mitteln verbunden ist, und die Spannvorrichtungen elektrisch voneinander isoliert und an eine Heizstrom- quelle angeschlossen sind. that one of the clamping devices is rotatable about an axis parallel to the direction of the movability of the movable clamping device and is connected to rotary drive means, and the clamping devices are electrically isolated from one another and are connected to a heating current source. UNTERANSPRUCH 4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehantriebsmittel durch eine lösbare Kupplung mit der rotierbaren : SUBClaim 4. Device according to claim II, characterized in that the rotary drive means by a releasable coupling with the rotatable: Spannvorrich tung verbunden sind. PATENTANSPRUCH II Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I her- gestelltes Werkstück, mit .zwei stumpfgeschweissten Werkstückteilen, die aus demselben oder aus verschie denen Metallen oder Legierungen bestehen. Spannvorrich device are connected. PATENT CLAIM II Workpiece manufactured according to the method according to patent claim I, with two butt-welded workpiece parts made of the same or different metals or alloys.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2550677C2 (en) * 2010-06-24 2015-05-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Connection method and hardware part

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2550677C2 (en) * 2010-06-24 2015-05-10 Ниссан Мотор Ко., Лтд. Connection method and hardware part

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