CH673003A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen bei dem die zu verschweissenden Teile (1,2) abgeschmolzen und gestaucht werden, wobei beim Abschmelzen der Teile (1,2) die Richtung der Verstellgeschwindigkeit der Teile (1,2) durch s deren Annähern und Auseinanderfiihren geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschmelzen der zu verschweissenden Teile (1,2) die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes der zwischen den abzuschmelzenden Flächen der zu verschweissenden Teile entsteht, gemessen wird, die Grösse dieses Wider- io standes mit dem Kurzschlusswiderstandswert der Schweissmaschine verglichen und die Annäherung der zu verschweissenden Teile (1,2) bis zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, wo die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes eine Grösse erreicht, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der 15 Schweissmaschine beträgt, wonach man die zu verschweissenden Teile (1,2) bis zu einem Zeitpunkt auseinanderführt, wo die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes eine Grösse erreicht, die 1,4 bis 1,6 des Kurzsçhlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt. 20

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen mit solchen Parametern zu entwickeln, welche die Führung des Abschmelzvorganges bei einem hohen Wert der elektrischen Nutzleistung ohne Schweissstromunterbrechungen und ohne Entstehung der Kurzschlüsse zwischen den zu verschweissenden Teilen gewährleisten, was gestattet, die Schweisszeit beim Ver-schweissen der Teile zu verkürzen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das vorgeschlagene Verfahren gemäss den im Kennzeichen des Patentanspruches umschriebenen Merkmalen durchgeführt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, die Schweiss-leistungzu erhöhen; es gewährleistet eine erhöhte Erwärmungs-intensität für die abzuschmelzenden Teile durch Reduzierung der Anzahl der Schweissstromunterbrechung. Ausserdem wird der Abschmelzvorgang bei Betriebszuständen geführt, die an den Betriebszuständen mit maximaler elektrischer Nutzleitung nahe liegen.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abhängigkeit der Nutzleistung P einer Schweissmaschine vom Schweissstrom I, und

Fig. 2 die Blockschaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen.

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Die Erfindung kann beim S :hweissen von dickwandigen Teilen oder Teilen von einem grossen kompakten Querschnitt in Maschinen zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen mit gutem Erfolg ihre Anwendung finden.

Bekannt ist ein Verfahren zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen, bei dem die Teile i n Anfangsstadium des Schweiss-vorganges durch Sch weissstromdurchlassen erwärmt werden. Dabei wird die Erwärmung der Teile nach einen Widerstandsverfahren bei einem intermittierenden Stromdurchfluss durchgeführt. Eine Stromunterbrechung wird entweder durch die Unterbrechung des Schweissstromkreises bei der hin- und hergehenden Bewegung eines der Teile oder durch eine periodische Abschaltung der Primärwicklung des Schweisstransformators vom Netz verwirklicht (GB-PS Nr. 984296). Bei diesem Schweissverfahren u erden die Teile periodisch bis zur Herstellung eines stabilen Kontaktes zwischen den sich berührenden Flächen derselben zusammengeführt und danach bis zur Unterbrechung des Schweissstromkreises auseinandergeführt.

Das bekannte Verfahren gewährleistet jedoch kein gleich-massiges Erwärmen der Teile über den Querschnitt und keine hohe Qualität der Schweissverbindung.

Bekannt ist ein Verfahren zum Abbrennstumpfschweissen, bei dem die Verstellgeschwiridigkeit der zu verschweissenden Teile periodisch kurzzei tig erhöht wird (SU-Urheberschein-schriftNr. 226 745). Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeit nimmt die Anzahl der Kontakte zwischen den abzuschmelzenden Stirnflächen der Teile stark zu, während bei einer Senkung der Geschwindigkeit die Anzahl der Kontakte abnimmt und eine Zeitlang unverändert bleibt. Die Änderung der Geschwindigkeit wird derart geregelt, dass man nach dem Stromanstieg bis zu einem bestimmten Wert beginnt, die Geschwindigkeit bis zum Ausgangswert zu verrr-inc'ern, wodurch ein Kurzschluss zwischen den Stirnflächen derTeile vermieden wird. Bei der Senkung der Geschwindigkeit gelingt es praktisch nicht, eine Unterbrechung des Schweissstromkreises zu verhindern, wodurch Pausen im Abschmelzvorgang entstehen. Das führt zu einer Verlängerung der Schweisszeit und folg!;ch zu einer Senkung der Leistung der Schweissmaschine.

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Es ist bekannt, dass die Abhängigkeit der Nutzleistung P einer Schweissmaschine vom Schweissstrom I eine Gestalt hat, die in Fig. 1 wiedergegeben ist (Orlov B.D. Widerstandspress-schweissen: Technologie und Ausrüstungen. Verlag «Mashinos-trojenie», Moskau, 1975, Seite90, Fig. 3,8, a). Die maximale Grösse der Nutzleistung Pm entspricht dem Strom Im, wenn der Widerstand des Funkenspaltes dem Kurzschlusswiderstand der Maschine gleich ist. Vom energetischen Standpunkt aus ist es zweckmässig, den Abschmelzvorgang bei maximaler Nutzleistung Pm durchzuführen.

Die an den Maschinen zum Widerstandspressschweissen mit unterschiedlichen Kurzschlusswiderstandswerten durchgeführten Untersuchungen haben ergeben, dass ein stabiles Abschmel-40 zen ohne Kurzschlüsse und Schweissstromunterbrechungen gewährleistet werden kann, wenn der Widerstand des Funkenspaltes in einem Bereich von 0,4-0,5 bis 1,4-1,6 des Kurzsçhlusswiderstandswertes der Schweissmaschine aufrechterhalten wird.

Als ideal wird ein solcher Ablauf des Abschmelzvorganges 45 angesehen, bei dem eine Gleichheit des Widerstandes des Funkenspaltes und des Kurzschiusswiderstandes der Schweissmaschine gewährleistet wird. B eim gegenwärtigen Stand der Arbeitsgeschwindigkeit der Stellantriebe von Schweissmaschi-nen zum Widerstandspressschweissen ist es nicht möglich, ideale 50 Bedingungen für die Führung des Abschmelzvorganges zu sichern, die durch die obenerwähnte Gleichheit gekennzeichnet sind.

DieBegrenzung des minimalen Wertes des Widerstandes des Funkenspaltes auf eine Grösse, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswi-55 derstandswertes beträgt, lässt sich dadurch erklären, dass bei einer weiteren Senkung dieses Widerstandes die Nutzleistung der Schweissmaschine bedeutend vermindert wird, was zu einem Kurzschluss der zu verschweissenden Teile führen kann.

Die Begrenzung des maximalen Wertes des Widerstandes des 60 Funkenspaltes auf eine Grösse, die l,4bis 1,6 des Kurzsçhlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt, lässt sich dadurch erklären, daß bei einer weiteren Vergrösserung dieses Widerstandes die Anzahl der Kontakte stark abnimmt, wodurch unerwünschte Schweissstromunterbrechungen entstehen 65 können.

Das vorliegende Verfahren besteht darin, dass man bei der Zuführung einer Spannung beginnt, die zu verschweissenden Teile mit vorgegebener Geschwindigkeit zusammenzuführen. Je

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nach der Annäherung der Teile entstehen zwischen den abzuschmelzenden Flächen elementare Kontakte, deren Anzahl wächst. Dabei misst man als elektrischen Parameter den Widerstand des Funkenspaltes. Bei der Vergrösserung der Anzahl der elementaren Kontakte nimmt der Widerstand im Funkenspalt ab. Geht die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes auf die Grösse herunter, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Maschine beträgt, ändert man zur Vermeidung eines Kurzschlusses der zu verschweissenden Teile die Richtung der Verstellgeschwindigkeit dieser Teile, d. h. man beginnt die Teile mit vorgegebener Geschwindigkeit auseinanderzuführen. Das Auseinanderführen wird solange fortgesetzt, bis bei der Verminderung der Anzahl der elementaren Kontakte die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes eine Grösse erreicht, die 1,4 bis 1,6 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt. Dabei wird ein konstanter Stromdurchfluss durch die zu verschweissenden Teile gewährleistet.

Zu einem besseren Verständnis des erfindungsgemässen Verfahrens wird nachstehend ein Durchführungsbeispiel des Verfahrens angeführt.

Beispiel

Auf einer Maschine zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen mit einem Kurzschluss widerstand von 90-IO"6 Ohm wurden Schienen verschweisst, die beim Bauen von Eisenbahnen verwendet werden. Die Schweissspannung betrug 8 V. Die zu verschweissenden Schienen wurden mit einer Geschwindigkeit von 1-10*3 m/s zusammengeführt. Wenn der Widerstand des Funkenspaltes, der zwischen den abzuschmelzenden Flächen der Schienen entsteht, gleich 40- IO'6 Ohm wird, werden die Schienen mit einer Geschwindigkeit auseinandergefuhrt, die 0,5-10"3 m/s beträgt. Je nach dem Auseinanderführen der Schienen nimmt der Widerstand des Funkenspaltes zu, und bei einer Grösse des Widerstandes von 130-10"6 Ohm wurden die Teile wieder zusammengeführt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Widerstands-Abbrennstumpfschweissen wird durch eine Blockschaltung veranschaulicht, die in Fig. 2 wiedergegeben ist.

Die zu verschweissenden Teile 1 und 2 (Fig. 2) sind in Klemmbacken 3 und 4 einer Schweissmaschine eingespannt, an welche Klemmbacken die Sekundärwicklung eines Schweiss-transformators 5 angeschlossen ist. An die Primärwicklung des Transformators 5 ist ein Messstromwandler 6 angeschlossen, dessen Ausgang an einen der Eingänge eines Divisionsblocks 7 angeschlossen ist. Der zweite Eingang des Divisionsblockes 7 ist mit den Klemmbacken 3 und 4 verbunden, und dessen Ausgang ist an einen der Eingänge einer Vergleichseinheit 8 angeschlossen, während der zweite Eingang dieser Einheit mit einem Sollwertgeber 9 in Verbindung steht. Der Ausgang der Vergleichseinheit 8 ist mit dem Eingang eines Wegeventils 10 mit elektrohydraulischer Verstellung und mit dem Steuereingang des Sollwertgebers 9 verbunden. Das Wegeventil 10 mit elektrohydraulischer Verstellung steht mit einem hydraulischen Antrieb 11 in Verbindung, der mit dem Klemmbacken 3 kinematisch verbunden ist.

Die Vorrichtung hat folgende Wirkungsweise:

Im Anfangsstadium des Schweissvorganges wird vom Sollwertgeber 9 (Fig. 2) ein Signal mit einem Spannungspegel erzeugt, der der Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes entspricht, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt, während von der Vergleichseinheit 8 ein Signal erzeugt wird, das eine Annäherung der Teile 1 und 2 gewährleistet. Unter der Wirkung dieses Signals wird von dem Wegeventil 10 mit elektrohydraulischer Verstellung und dem hydraulischen Antrieb 11 die Annäherung der zu verschweissenden Teile 1 und 2 mit einer Geschwindigkeit Vn durchgeführt, die der Grösse des von der Vergleichseinheit 8 erzeugten Signals proportional ist.

Gleichzeitig wird den Teilen 1 und 2 über die Klemmbacken 3 und 4 eine Spannung vom Schweisstransformator 5 zugeführt. Mit dem Auftreten des Schweissstroms wird am Ausgang des Messstromwandlers 6 ein Signal erzeugt, das einem der Eingänge 5 des Divisionsblocks 7 zugeführt wird. Dem zweiten Eingang dieses Blocks wird ein Wechselsignal zugeführt, das der Spannung an den Enden der Teile 1 und 2 zwischen den Klemmbacken 3 und 4 entspricht. Wenn man den Spannungsabfall an den Enden der Teile 1 und 2 vernachlässigt, der durch den Durch-10 flussstrom hervorgerufen wird, kann man dieses Signal als einen Spannungsabfall im Funkenspalt zwischen den abzuschmelzenden Stirnflächen der Teile 1 und 2 ansehen. Im Divisionsblock 7 wird das von den Klemmbacken 3 und 4 abzunehmende Signal in einem bestimmten Massstab durch das Signal dividiert, das vom Messstromwandler 6 zugeführt wird. Dadurch wird am Ausgang des Divisionsblockes 7 ein Signal erzeugt, das dem Quotienten aus der Division der Spannung durch den Strom, d.h. der Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes proportional ist. Danach wird das Ausgangssignal des Divisionsblockes 7 einem der Eingänge der Vergleichseinheit 8 zugeführt, wobei dem zweiten 20 Eingang dieser Einheit ein Signal vom Sollwertgeber 9 zugeführt wird, das dem Kurzschlusswiderstandswert der Schweissmaschine proportional ist. Dabei wird der Proportionalitätsfaktor und folgüch die Grösse des Signals am Ausgang des Sollwertge-25 bers 9 durch die Polarität des Ausgangssignals der Vergleichseinheit 8, d. h. durch die Richtung der Verstellung der zu verschweissenden Teile 1 und 2 bestimmt. So entspricht der Signalpegel am Ausgang des Sollwertgebers 9 bei der Annäherimg der zu verschweissenden Teile 1 und 2 (positives Signal am Ausgang 30 der Vergleichseinheit 8) der Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt. Beim Auseinanderführen der zu verschweissenden Teile 1,2 (negatives Signal am Ausgang der Vergleichseinheit 8) entspricht dieser Pegel der Grösse des 35 Widerstandes des Funkenspaltes, die 1,4 bis 1,6 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt.

Wenn der Spannungspegel des Signals, welches dem Eingang der Vergleichseinheit 8 vom Divisionsblock 7 zugeführt wird, je nach der Annäherung der Teile 1 und 2 die Grösse überschreitet, 40 die einer Grösse von 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine entspricht, werden die Teile 1,2 mit vorgegebener Geschwindigkeit weiter zusammengeführt. Erreicht der Spannungspegel des Signals am Ausgang des Divisionsblockes 7 eine Grösse, die der Grösse von 0,4 bis 0,5 des 43 Kurzschlusswiderstandswertes der Maschine (oder einem Wert von unter 0,4) entspricht, wird von der Vergleichseinheit 8 ein negatives Signal ausgegeben, das ein Auseinanderführen der Teile 1,2 mit vorgegebener Geschwindigkeit gewährleistet.

Dabei beginnt der Widerstand des Funkenspaltes zuzunehmen. 50 Die Teile 1 und 2 werden jedoch auch dann weiter auseinandergeführt, wenn die Grösse dieses Widerstandes die Grösse überschreitet, die 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt. Das wird dadurch bedingt, dass beim Auseinanderführen der Teile 1 und 2 vom Ausgang der Ver-55 gleichseinheit 8 dem Eingang des Sollwertgebers 9 ein negatives Signal zugeführt wird, das an seinem Ausgang die Erzeugung eines Pegels gewährleistet, der der Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes entspricht, welche 1,4 bis 1,6 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine beträgt.

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Wenn beim Auseinanderführen der Teile 1 und 2 die Grösse des Widerstandes des Funkenspaltes eine Grösse erreicht, die 1,4 bis 1,6 des Kurzschlusswiderstandswertes der Maschine beträgt (oder diesen Wert übersteigt), wird am Ausgang der Vergleichs-65 einheit 8 ein Signal erzeugt, das eine Annäherung der Teile 1,2 (positives Signal) gewährleistet. Dabei ändert sich der Proportionalitätsfaktor des Sollwertgebers 9, und an seinem Ausgang wird ein Spannungspegel eingestellt, der der Grösse des Widerstandes

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des Funkenspaltes entspricht, die 0,4 bis 0,5 des Kurzschlusswiderstandswertes der Maschine beträgt.

Auf diese Weise gestattet die vorliegende Erfindung es, das Widerstands-Abbrennstumpfschweissen durchzuführen, bei dem die Führung des Abschmelzvorganges bei einem hohen Wert der Nutzleistung ohne Stromunterbrechungen und ohne Entstehung von Kurzschlüssen zwischen den zu verschweissenden Teilen 1,2 gewährleistet wird. Dadurch werden eine Erhöhung der Intensität des Erwärmens der zu verschweissenden Teile 1,2 und eine Verkürzung der Schweisszeit beim Ver-schweissen der Teile 1, 2 gewährleistet.

Der positive Effekt wird dadurch erzielt, dass im Verlauf des 5 Abschmelzvorganges die Aufrechterhaltung des Widerstandes im Funkenspaltin einem Bereich von 0,4-0,5 bis 1,4-1,6 des Kurzschlusswiderstandswertes der Schweissmaschine gewährleistet wird.

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1 Blatt Zeichnungen