CH632691A5 - Verfahren und schweissapparat zum abschmelzstumpfschweissen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschmelzstumpfschweissen von Werkstücken durch Einspannen der Werkstücke in je eine Spannvorrichtung sowie zwischen zwei Elektrodentischen, Einstellung des gewünschten Überstandes der Werkstücke über die Elektrodentische und Inberührungbringen der Enden der Werkstücke unter Druck- und Strombeaufschlagung, sowie einen Schweissapparat zur Durchführung des Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Schweissapparat. Dieser umfasst einen beweglichen Rahmen 1, welcher horizontal relativ zu einem stationären Rahmen 2 bewegbar ist. Der bewegbare Rahmen 1 umfasst einen bewegungsseitigen oberen Elektrodentisch 3a und einen bewegungsseitigen unteren Elektrodentisch 3b. Der obere Elektrodentisch 3a kann mit Hilfe einer bewegungsseitigen Spanneinrichtung 6 vertikal bewegt werden, während der untere Elektrodentisch 3b am bewegbaren Rahmen 1 befestigt ist. Auf diese Weise kann das Werkstück 8 zwischen dem oberen Elektrodentisch 3a und dem unteren Elektrodentisch 3b eingespannt werden. 5 Anderseits weist der stationäre Rahmen 2 einen stationär-seitigen oberen Elektrodentisch 4a und einen stationärseiti-gen unteren Elektrodentisch 4b auf, sowie eine stationärseiti-ge Spanneinrichtung 7, so dass ein Werkstück 9 wie im Falle des beweglichen Rahmens 1 eingespannt werden kann. Auf io diese Weise werden die Werkstücke 8 und 9 jeweils zwischen den Elektrodentischen 3a, 3b bzw. 4a, 4b eingespannt und die Werkstücke 8 und 9 können in Stossrichtung verschoben werden, so dass die Enden derselben stumpf aneinanderstos-sen. Der Schweissstrom fliesst durch den Elektrodentisch 3b, is die Werkstücke 8 und 9 und den Elektrodentisch 4b. Dabei werden die Werkstücke verschweisst.

Der wichtigste Faktor zur Erzielung eines ausgezeichneten Stumpfschweissergebnisses besteht in der Einstellung des Stroms, welcher über die Werkstückabschnitte 8 und 9 20 fliesst, d.h. über den Abstand zwischen dem Elektrodentisch 3b und dem Ende des jeweiligen Werkstücks 8 und den Abstand zwischen dem Elektrodentisch 4b und dem Ende des jeweiligen Werkstücks 9 (Fig. 1). Dieser Abstand sollte in zweckentsprechender Weise eingestellt werden. 25 Gewöhnlich bezeichnet man diesen Abstand als Überstand. Dieser wird je nach der Art und Grösse, z.B. der Dik-ke des Werkstücks ausgewählt. Es ist beim Stumpfschweis-sen somit erforderlich, den optimalen Überstand des Werkstücks jeweils je nach Art und Grösse des Werkstücks einzu-30 stellen, bevor man den Strom durch die aneinanderstossen-den Werkstücke schickt. In Fig. 1 ist ein abgestufter Messklotz 5 vorgesehen zur Einstellung des optimalen Überstandes. Hierzu wird der Messklotz 5 zwischen den bewegungsseitigen Elektrodentischen 3a, 3b und den stationärseitigen 35 Elektrodentischen 4a, 4b angeordnet und dann vertikal bewegt, so dass die Enden der Werkstücke 8, 9 die Oberflächen der jeweils gewünschten Stufe des Stufenmessklotzes berühren. Hierbei erhält man den optimalen Überstand der Werkstücke 8 und 9 über die Seitenflächen der Elektrodentische 40 3a, 3b, 4a und 4b.

Der Stufenmessklotz 5 weist mehrere Stufen verschiedener Dicke auf und die vertikale Position des Stufenmessklotzes 5 wird so eingestellt, dass die Enden der Werkstücke mit der jeweils gewünschten Stufe des Stufenmessklotzes zusam-45 menwirken. Wenn nun der bewegliche Rahmen 1 zur Durchführung des Stumpfschweissens der Werkstücke 8 und 9 vorgeschoben werden soll, so wird zunächst der Stufenmessklotz 5 entfernt.

Mit der Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann man den op-50 timalen Werkstücküberstand einstellen. Es muss jedoch ein Stufenmessklotz 5 mit einer Vielzahl von Stufen verwendet werden, damit der Überstand verschiedener Werkstücke innerhalb eines weiten Bereichs auf den optimalen Wert eingestellt werden kann. Dieser optimale Überstand variiert je 55 nach der Materialart und je nach der Grösse des Werkstücks. Dies führt zu erheblichen Komplikationen hinsichtlich der Steuerung des Stufenmessklotzes, z.B. des Einsetzens und des Entfernens desselben. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten wurde die herkömmliche Einrichtung ge-6o mäss Fig. 2 entwickelt. Bei dieser Einrichtung sind Schereinheiten 10a, 10b sowie Hilfsspannbacken IIa, IIb und 12a, 12b vorgesehen, sowie Betätigungseinrichtungen 13,14 für die Hilfsspannbacken. Diese Bauteile werden anstelle eines Stufenmessklotzes 5 vorgesehen. Somit löst diese herkömm-65 liehe Vorrichtung das Problem der Einstellung des optimalen Überstandes auf völlig andere Weise als die Vorrichtung gemäss Fig. 1. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 1 wird der Überstand des Werkstückes durch einen Stufenmessklotz 5

festgelegt, während bei der Vorrichtung gemäss Fig. 2 die Enden der Werkstücke 8,9, welche über die Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b überstehen, in bestimmten Positionen durch die Schereinheiten 10a, 10b abgeschnitten werden. Das Werkstück 8 wird sodann von den Hilfsspannbacken 1 la, 11b eingespannt und diese werden mit Hilfe der bewegungsseitigen Hilfsspannbacken-Betätigungsvorrichtung 13 verschoben und dabei näher aneinander gebracht oder weiter voneinander weg bewegt. Auf diese Weise wird der optimale Überstand des Werkstücks 8 eingestellt. Wenn das Werkstück 8 zur Einstellung des Überstandes verschoben wird, so sind die Elektrodentische 3a, 3b offen. Anderseits erfolgt die Einstellung des Überstandes des Werkstücks 9 im stationären Rahmen unter Verwendung von Hilfsspannbak-ken 12a, 12b und unter Verwendung einer stationärseitigen Hilfsspannbacken-Betätigungsvorrichtung 14. Dies geschieht in gleicher Weise wie bei der bewegungs-seitigen Vorrichtung und gleichzeitig.

Wenn nun die Werkstücke 8 und 9 durch Stumpfschweis-sen verbunden werden sollen, so muss der bewegliche Rahmen 1 in Anstossrichtung bewegt werden. Zuvor müssen jedoch die Schereinheiten 10a und 10b entfernt werden. Bei der Vorrichtung gemäss Fig. 2 treten die Nachteile der Vorrichtung gemäss Fig. 1 natürlich nicht auf, da hier kein Stufenmessklotz eingesetzt wird. Somit kann man verschiedenste Werkstücke aus verschiedenstem Material und verschiedensten Abmessungen auf einfache Weise schweissen. Die Vorrichtung gemäss Fig. 2 hat jedoch die folgenden Nachteile.

Bekanntlich werden beim Stumpfschweissen erhebliche Kräfte ausgeübt. Diese werden von den Elektrodentischen aufgenommen, so dass es sich hierbei um gross dimensionierte Elektrodentische handeln sollte. Somit muss man Presseinrichtungen äusserst hoher Leistung verwenden und es bedarf somit einer relativ langen Zeitdauer, um den relativ schweren Elektrodentisch zu bewegen. Ferner werden bei der Vorrichtung gemäss Fig. 2 die Werkstücke 8 und 9 durch die Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b während des Abscherens der Werkstückenden eingespannt. Dann werden die Werkstücke von den Elektrodentischen freigegeben. Sie werden dann mit Hilfe der Spannbacken 1 la, 1 lb und 12a, 12b verschoben, um den gewünschten Überstand einzustellen. Dann werden die Werkstücke wiederum zwischen den Elektrodentischen eingespannt und schliesslich verschweisst. Für den gesamten Arbeitszyklus ist daher ein relativ lange Zeitdauer erforderlich.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Abschmelzstumpfschweissen der eingangs genannten Art derart abzuwandeln, dass die Zeitdauer des gesamten Schweisszyklus verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man die Werkstücke mit einem vorbestimmten Spalt zwischen den Werkstücken in den Spannvorrichtungen einspannt und danach durch Verschieben der geöffneten Elektroden tische relativ zu den geschlossenen Spannvorrichtungen den gewünschten Überstand der Werkstücke über die Elektrodentische einstellt und schliesslich nach Schliessen der Elektrodentische in Berührung miteinander bringt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines herkömmlichen Schweiss-apparates,

Fig. 2 eine Vorderansicht einer anderen Ausführungsform eines herkömmlichen Schweissapparates,

Fig. 3 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3,

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Fig. 5 eine teilweise vergrösserte Ansicht einer Spanneinrichtung und eines Elektrodentischs einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Mechanismus zur Einstellung einer Position eines Messblockes,

Fig. 7 bis 9 Ansichten zur Veranschaulichung der Arbeitsweise einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates und

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates.

Fig. 3 zeigt eine Frontschnittansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates, und Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3.

Die Ausführungsform des Schweissapparates gemäss den Fig. 3 und 4 umfasst einen beweglichen Rahmen 1 und einen stationären Rahmen 2 sowie einen bewegungsseitigen oberen Elektrodentisch 3a, einen bewegungsseitigen unteren Elektrodentisch 3b, eine bewegungsseitige Elektrodenpress-einrichtung 19 zum Abwärtspressen des bewegungsseitigen oberen Elektrodentisches 3a hin zum bewegungsseitigen unteren Elektrodentisch 3b und zur Fixierung des Werkstücks 8 zwischen den beiden Elektrodentischen. Die Bezugszeichen 21a und 21b bezeichnen bewegungsseitige Spanneinrichtungen, welche neben den Elektrodentischen 3a, 3b angeordnet sind. Die Bezugszeichen 15a und 15b bezeichnen bewegungsseitige Elektrodenüberstand-Stelleinrichtungen zur Verschiebung der bewegungsseitigen Elektrodentische 3a, 3b in Stossrichtung. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine bewegungsseitige Pressvorrichtung, in deren Innerem die bewegungsseitige Elektrodentisch-Pressvorrichtung 19 untergebracht ist, sowie die bewegungsseitige Stellvorrichtung 15a zur Einstellung des Elektrodenüberstandes sowie den oberen Elektrodentisch 3a und den unteren Elektrodentisch 3b und die bewegungsseitigen Spanneinrichtungen 21a und 21b. Durch Betätigung der Presseinrichtung 6 wird der bewegungsseitige obere Elektrodentisch 3a und die bewegungsseitige Spanneinrichtung 21a entweder auf die Werkstückoberfläche gepresst oder freigegeben.

Die bewegungsseitige Presseinrichtung 6, die bewegungsseitige Spanneinrichtung 21b und die bewegungsseitige Elek-trodenüberstand-Stellvorrichtung 15b sind am bewegbaren Rahmen 1 angeordnet.

Anderseits liegt dem bewegbaren Rahmen 1 der stationäre Rahmen 2 gegenüber. Hier befindet sich ein stationärseiti-ger oberer Elektrodentisch 4a, ein stationärseitiger unterer Elektrodentisch 4b, eine stationärseitige Elektrodenpress-einrichtung 20, stationärseitige Spanneinrichtungen 22a, 22b, stationärseitige Stelleinrichtungen zur Einstellung des Elektrodenüberstandes 16a, 16b und eine stationärseitige Presseinrichtung 7. Diese Bauteile arbeiten in gleicher Weise wie die bewegungsseitigen Bauteile.

Die Bezugszeichen 10a und 10b bezeichnen Schereinheiten zwischen den bewegungsseitigen Elektrodentischen 3a, 3b und den stationärseitigen Elektrodentischen 4a, 4b zur Abscherung der aus den Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b herausragenden Werkstücke 8,9 in spezifischen Positionen.

Wenn der bewegliche Rahmen 1 das Werkstück 8 in Stossrichtung bewegt, so werden zuvor die Schereinheiten 10a, 10b entfernt, um eine Störung zu verhindern. Eine Stromeinspeisungsvorrichtung (nicht gezeigt) wird zur Herbeiführung des Schweissvorgangs mit den unteren Elektrodentischen 3a, 3b verbunden.

Anhand der Fig. 6 bis 9 soll im folgenden die Arbeitsweise erläutert werden. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform mit einem Messblock 24 zwischen den beiden Elektrodentischen 3a, 3b und 4a, 4b. Dieser Messblock 24 unterscheidet sich von einem herkömmlichen abgestuften Messblock 5 ge-

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mäss Fig. 1, da er eine konstante Dicke aufweist. Daher stehen die Werkstücke 8,9 stets um einen konstanten Betrag über die Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b vor. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der anstelle des Messblockes 24 eine Schereinheit 10 vorgesehen ist, welche die Werkstücke 8, 9 derart zuschneidet, dass ein bestimmter Abstand erhalten wird. In beiden Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 werden die Werkstücke 8 und 9 in allen Fällen mit bestimmtem Spalt angeordnet.

Gemäss Fig. 8 werden die bewegungsseitigen Elektrodentische 3a, 3b und die stationärseitigen Elektrodentische 4a, 4b verschoben, wobei die Abstände zwischen den Endflächen der Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b einerseits und den Enden der Werkstücke 8, 9 anderseits auf einen bestimmten Betrag eingestellt werden, je nach Art und Grösse der Werkstücke 8,9. Hierzu werden die Klemmvorrichtungen für die Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b gelöst, und dann werden die Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b verschoben. Während dieses gesamten Vorgangs bleiben jedoch die Werkstücke 8,9 in den Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b eingespannt. Es ist somit nicht erforderlich, nach dem Abscheren der Werkstücke 8,9 die Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b zu verschieben, wie das bei der Ausführungsform der Fig. 3 der Fall ist. Gemäss Fig. 9 wird nun der bewegliche Rahmen 1 verschoben, so dass die Werkstük-ke 8 und 9 aneinander anstossen. Dabei findet der Stumpf-schweissvorgang statt. Bei Berührung der Oberflächen der Werkstücke wird aufgrund des durch die Elektroden 3b, 4b fliessenden Schweissstroms Wärme entwickelt, und dabei wird Druck auf die Werkstücke ausgeübt, wobei diese ver-schweisst werden. Der Druck wird aufgrund der reibungsschlüssigen Verbindung zwischen den Werkstücken und den Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b auf die Werkstücke übertragen.

Bei einem herkömmlichen Stumpfschweissverfahren, z.B. einem herkömmlichen Abbrennstumpfschweissverfah-ren ist es gewöhnlich erforderlich, einen Druck von 5 bis 15 kg/mm2 auf die Stossflächen auszuüben. Wenn man z.B. Weichstahlbleche mit einer Dicke von 6 mm und einer Breite von 1600 mm verschweissen will, so ist es erforderlich, eine recht hohe Kraft von etwa 80 000 kg auszuüben. Somit sind zum Einspannen der Werkstücke äusserst hohe Spannkräfte erforderlich. Erfindungsgemäss werden die sehr hohen Spannkräfte durch die Spannvorrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b aufgebracht. Anderseits sind die Spannkräfte der Elektrodentische 3a, 3b und 4a, 4b lediglich erforderlich, um den Schweissstrom zuführen zu können. Daher können die Spannkräfte der Elektrodentische einen Bruchteil der Spannkräfte der Elektrodentische herkömmlicher Schweiss-apparate betragen.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schweissapparates, bei dem nach beendetem Schweissvorgang zum Zwecke der Durchführung einer Hitzebehandlung zur Verbesserung des Schweissbereichs nochmals dem verschweissten Bereich der Werkstücke ein Strom mit Hilfe der Stromeinspeisungsvorrichtung zugeführt wird. Nach beendetem Schweissen geht die im Schweissbereich entwickelte Wärme durch die Elektrodentische 3a, 3b und

4a, 4b verloren. Um nun den Schweissbereich wiederum zu erhitzen, ist ein grosser Strom erforderlich, welcher das Mehrfache des Stroms bei einem Abbrennstumpfschweiss-verfahren beträgt. Bei dem herkömmlichen Verfahren wer-s den die Elektrodentische geöffnet, und der bewegliche Rahmen 1 wird verschoben, um den Abstand zwischen den Elektrodentischen 3a, 3b und den Elektrodentischen 4a, 4b zu erhöhen. Dann werden die Elektrodentische wieder geschlossen und ein Strom wird hindurchgeschickt. Dies ist ein rela-lo tiv komplizierter Vorgang. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 10 sind die Spanneinrichtungen von den Elektrodentischen getrennt, und die Stromeinspeisungseinrichtung 23 ist derart angeschlossen, dass der Strom auch den Spannein-richtungen 21b, 22b gemäss Fig. 10 zugeführt wird. Zwi-ls sehen den bewegungsseitigen Elektrodentischen 3a, 3b sowie zwischen, den stationärseitigen Elektrodentischen 4a und 4b wird ein Zwischenraum ausgebildet, so dass auf diese Weise der genügende Abstand für den Stromfluss rasch ausgebildet werden kann.

20 Es ist möglich, die Werkstücke durch Isolierkörper 17,18 anzuheben, um so einen Kontakt zwischen den Werkstücken 7, 8 und den unteren Elektrodentischen 3b, 4b zu verhindern, wenn die oberen Elektrodentische 3a, 4a angehoben werden. Während des Schweissvorgangs fliesst der Strom 25 hauptsächlich durch die Elektrodentische, da die über die Elektrodentische 3b, 4b verlaufende Stromleitung kürzer ist als die über die Spanneinrichtungen verlaufende Stromleitung (wenn man nur eine einzige Stromeinspeisungsvorrichtung 23 verwendet). Mit dieser Vorrichtung kann die 3o Hitzenachbehandlung nach beendetem Schweissvorgang auf einfache Weise durch den Schweissapparat erfolgen, indem man den Strom durch die Spanneinrichtungen 21b, 22b flies-sen lässt.

Wenn es nicht erforderlich ist, den Strom durch die 35 Spanneinrichtungen 21b, 22b fliessen zu lassen, so kann man auf den Spannflächen der Spanneinrichtungen 21a, 21b und 22a, 22b für das Einspannen der Werkstücke 8,9 Vorsprünge ausbilden, so dass die Reibungskoeffizienten der Spannflächen erhöht werden und somit die Spannkräfte oder 40 Klemmkräfte für das Einspannen der Werkstücke erhöht sind. Die Elektrodentische 18a, 19a und 18b, 19b bestehen gewöhnlich aus Kupfer. Die Spanneinrichtungen 21a, 22a und 21b, 22b bestehen aus hartem Stahl mit einer hohen Härte. Auf den Spannflächen der Spanneinrichtungen kön-45 nen daher ohne weiteres scharfe Vorsprünge ausgebildet werden, so dass hierdurch der Reibungskoeffizient erhöht wird.

Erfindungsgemäss sind die Elektrodentische und die Spanneinrichtungen getrennt voneinander ausgebildet, und so die Elektrodentische können je nach Wunsch in Stossrichtung verschoben werden, so dass weder ein stufenförmiger Messblock noch Hilfsspanneinrichtungen zur Einstellung des Überstandes der Werkstücke erforderlich sind. Die Spanneinrichtungen müssen zum Zwecke der Einstellung des 55 Überstandes der Werkstücke über die Elektroden nicht geöffnet und geschlossen werden, so dass die Geschwindigkeit des Gesamtvorganges der Einstellung des Überstandes äusserst gross ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

632691 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Abschmelzstumpfschweissen von Werkstücken durch Einspannen der Werkstücke in je eine Spannvorrichtung sowie zwischen zwei Elektrodentischen, Einstellung des gewünschten Überstandes der Werkstücke über die Elektrodentische und Inberührungbringen der Enden der Werkstücke unter Druck- und Strombeaufschlagung, dadurch gekennzeichnet, dass man die Werkstük-ke mit einem vorbestimmten Spalt zwischen den Werkstük-ken in den Spannvorrichtungen einspannt und danach durch Verschieben der geöffneten Elektrodentische relativ zu den geschlossenen Spannvorrichtungen den gewünschten Überstand der Werkstücke über die Elektrodentische einstellt und schliesslich nach Schliessen der Elektrodentische in Berührung miteinander bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man vor Einstellung des Überstandes den vorbestimmten Spalt zwischen den eingespannten Werkstücken dadurch einstellt, dass man die Werkstückenden mit einer zwischen den Elektrodentischen angeordneten Schereinheit abschert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man vor Einstellung des Überstandes den vorbestimmten Spalt zwischen den eingespannten Werkstücken durch Inberührungbringen der Werkstückenden mit einem Messklotz bestimmter Grösse zwischen den Elektrodentischen einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Nacherhitzung der Schweiss-stelle die Spannvorrichtungen bei geöffneten Elektrodentischen mit Strom beaufschlagt.

5. Schweissapparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem jedem Werkstück eine Spannvorrichtung und zwei Elektrodentische zugeordnet sind und bei dem der Werkstücküberstand über die Elektrodentische durch Relativbewegung zwischen den Werkstücken und den Elektrodentischen einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Paar von Elektrodentischen (3a, 3b; 4a, 4b) in der jeweils zugeordneten Spannvorrichtung (21a, 21b; 22a, 22b) untergebracht sind und relativ zu den Spannvorrichtungen (21a, 21b; 22a, 22b) in Stossrichtung verschiebbar sind, während die Werkstücke (8; 9) durch die Spannvorrichtungen (21a, 21b; 22a, 22b) stationär gehalten werden.

6. Schweissapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Werkstücken (8, 9) angreifenden Oberflächen der Spannvorrichtungen (21a, 21b; 22a, 22b) mit Vorsprüngen versehen sind.