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.