DD222522A1 - METHOD FOR OPERATING FRICTION WELDING MACHINES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Reibschweissmaschinen in der Vorwaermphase. Durch die Erfindung wird der Anwendungsbereich vorhandener Reibschweissmaschinen bezueglich schwer schweissbarer Werkstoffe und schwer verarbeitbarer Querschnitte ohne zusaetzlichen Leistungsbedarf fuer den Antrieb erhoeht. Dazu ist es insbesondere erforderlich, die notwendige Erwaermungstiefe waehrend der Vorwaermphase zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem waehrend der Vorwaermphase ein- oder mehrmals, vorzugsweise periodisch, ein impulsfoermiger Reibdruck bis zum Erreichen der vorbestimmten Vorwaermtemperatur und Abkuehlgeschwindigkeit aufgegeben wird. Dabei wird in der Vorwaermphase auf eine Drehzahl- bzw. Drehmoment-Regelung verzichtet.The invention relates to a method for operating friction welding machines in the preheating phase. The invention extends the field of application of existing friction welding machines with regard to materials that are difficult to weld and difficult to process cross sections without additional power requirement for the drive. For this it is necessary in particular to generate the necessary depth of warming during the preheating phase. This is achieved by one or more times, preferably periodically, during the Vorwaermphase a pulse-like friction pressure is given up to reach the predetermined preheating temperature and Abkuzehlgeschwindigkeit. In this case, a speed or torque control is dispensed with in the preheating phase.
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Reibschweißmaschinen in der Vorwärmphase, vorzugsweise für Eisenwerkstoffe. Durch die Erfindung wird der Anwendungsbereich vorhandener Reibschweißmaschinen bezüglich der verschweißbaren Werkstoffe und der verarbeitbaren Querschnitte erhöht. ,The invention relates to a method for operating friction welding machines in the preheating phase, preferably for ferrous materials. The invention increases the field of application of existing friction welding machines with regard to the weldable materials and the workable cross sections. .
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist bekannt, daß sich die unlegierten Stähle bis zu einem Kohlenstoffgehalt von 0,22% gut schweißen lassen. Bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,23 bis 0,45% sind sie nur noch bedingt schweißbar. Die niedriglegierten Stähle lassen sich bis zu einem Kohlenstoffäquivalent von 0,45% gut schweißen. Bei einem Kohlenstoffäquivalent zwischen 0,45 und 0,6% sind sie nur noch bedingt schweißbar.It is known that the unalloyed steels can be welded well up to a carbon content of 0.22%. With a carbon content of 0.23 to 0.45%, they are only conditionally weldable. The low-alloyed steels can be welded well up to a carbon equivalent of 0.45%. With a carbon equivalent between 0.45 and 0.6%, they are only conditionally weldable.
Um die Martensitbildung neben der Schweißnaht bei den bedingt schweißbaren Stählen zu verhindern, ist ein Vorwärmen der Stähle notwendig. Für das Vorwärmen ist im allgemeinen eine zusätzliche Wärmequelle erforderlich, z. B.In order to prevent the formation of martensite in addition to the weld in the conditionally weldable steels, a preheating of the steel is necessary. For preheating is generally an additional heat source required, for. B.
— ein Ofen,- an oven,
— eine Brenngas-Sauerstoff-oder eine Brenngas-Luft-FlammeA fuel gas oxygen or a fuel gas air flame
— ein Induktor.- an inductor.
Durch das Vorwärmen entsteht damit ein zusätzlicher technologischer Aufwand. Beim konventionellen Reibschweißen werden die beiden rotationssymmetrischen Teile mit einem vorbestimmten Reibdruck belastet und mit einer vorbestimmten -Reibgeschwindigkeit gegeneinander bewegt. Dadurch wird eine sehr schmale Zone im Bereich der entstehenden Schweißnaht auf die zum Preßschweißen notwendige Temperatur gebracht.By preheating thus creating an additional technological effort. In conventional friction welding, the two rotationally symmetric parts are loaded with a predetermined friction pressure and moved against each other at a predetermined -speed. As a result, a very narrow zone in the region of the resulting weld is brought to the temperature required for pressure welding.
Eine schmale erwärmte Zone, umgeben von einer großen Masse kalten Grundwerkstoffes, bedingt ein großes Temperaturgefälle und damit eine hohe Abkühlgeschwindigkeit. Die Bildung von Martensit im Bereich der Schweißnaht bei den aufhärtungsempfindlichen Stählen ist die Folge. Eine Vergrößerung der erwärmten Zone durch Vorwärmen mit einer geringen Drehzahl und/oder einen geringeren Reibdruck ist nur sehr begrenzt möglich, weil dann eine unvertretbar lange Vorwärmzeit erforderlich wird und weiterhin die Reibschweißmaschinen im allgemeinen nicht drehzahlregelbar sind und der Reibdruck einen unteren Grenzwert nicht unterschreiten darf. Bei einem höheren Reibdruck wird wiederum sehr bald die Schweißtemperatur erreicht und zu viel Werkstoff in den Stauchgrat umgeformt. Es sind allerdings verschiedene Vorschläge bekannt, um das Reibschweißen auch für schwer schweißbare Werkstoffe anwenden zu können und eine reproduzierbare Qualität der Schweißverbindung zu sichern. So ist z. B. eine Reibschweißmaschine mit einer relativ aufwendigen Steuerung der Antriebsdrehzahl bekannt, um während des Schweißvorganges die Drehzahl, die bei üblichen Reibschweißmaschinen stark von der Werkstofftemperatur der Reibflächen und deren Anpreßkraft abhängt, nach einer vorgegebenen Zeitfunktion zu steuern (DE-AS 1783196). Mit einer derartigen Reibschweißmaschine kann insbesondere die Drehzahl als Funktion derZeit zwischen zwei vorgegebenen Werten alternierend geändert werden. Dies erfolgt deshalb, weil eine Relativgeschwindigkeit der Reibflächen oberhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches hauptsächlich eine Erwärmung der Reibflächen bewirkt, eine Relativgeschwindigkeit unterhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereiches dagegen hauptsächlich zu einer starken plastischen Durcharbeitung des Werkstoffes führt.A narrow heated zone, surrounded by a large mass of cold base material, causes a large temperature gradient and thus a high cooling rate. The result is the formation of martensite in the area of the weld on the hardenable steels. An enlargement of the heated zone by preheating at a low speed and / or a lower friction pressure is very limited, because then an unreasonably long preheating time is required and continue the friction welding machines are generally not speed controlled and the friction pressure must not fall below a lower limit. At a higher friction pressure, the welding temperature is again reached very soon and too much material is formed into the upsetting burr. However, there are various proposals known to apply the friction welding for difficult to weld materials and to ensure a reproducible quality of the welded joint. So z. B. a friction welding machine with a relatively complex control of the drive speed known to control the speed of the friction in conventional friction welding machines strongly dependent on the material temperature of the friction surfaces and their contact pressure, according to a predetermined time function (DE-AS 1783196). In particular, with such a friction welding machine, the rotational speed as a function of time can be alternately changed between two predetermined values. This is done because a relative speed of the friction surfaces above a certain speed range mainly causes a heating of the friction surfaces, a relative speed below a certain speed range, however, mainly leads to a strong plastic processing of the material.
Die vorgeschlagene Drehzahlsteuerung bedingt jedoch einen sehr hohen technischen Aufwand und erhöht zugleich die Störanfälligkeit der Maschine beträchtlich.However, the proposed speed control requires a very high technical effort and at the same time increases the susceptibility of the machine considerably.
Obzwar die Reibschweißmaschine gemäß DE-AS 1783196 über eine programmierbare Steuerung des zeitlichen Verlaufs des Druckes in der Vorwärm- und Schweißphase verfügt, sind bestimmte Druck-Zeit-Funktionen nicht beschrieben. Im übrigen ermöglicht diese Lösung keine vollständige Qualitätssicherung in der Hinsicht, daß sie eine weitgehend automatische Beeinflussung der Abkühlgeschwindigkeit gestaltet. Es ist aus anderen Veröffentlichungen bekannt, daß der Druck in der Vorwärmphase stetig auf einen vorgegebenen Maximalwert erhöht wird, da bei einer derartigen Druck-Zeit-Funktion das unerwünschte Drehmomentenmaximum reduziert werden kann, das sonst zu Beginn der Vorwärmphase infolge der kalten Reibflächen auftritt. Die zur Vermeidung einer Überlastung der Antriebseinrichtung wünschenswerte Verringerung des Drehmomentes bedingt jedoch eine nachteilige Reduzierung der im Bereich der Reibflächen erzeugten thermischen Energie. Um die notwendige Längsausdehnung der erwärmten Zone zu gewährleisten, wäre daher eine unverhältnismäßig lange Vorwärmzeit erforderlich. Es ist auch ein Verfahren zur Qualitätssicherung bei Reibschweißverbindungen bekannt, bei dem der durch die Reiberwärmung bedingte Aufheizgrad der Schweißzone überwacht wird (DE-OS 2742788). Das Ziel dieses Verfahrens besteht offenbar darin, unzulässig breite Erwärmungszohen zu signalisieren. Das Vorwärmen selbst erfolgt in konventioneller Weise bei konstantem Druck.Although the friction welding machine according to DE-AS 1783196 has a programmable control of the time course of the pressure in the preheating and welding phase, certain pressure-time functions are not described. Moreover, this solution does not allow complete quality assurance in the sense that it makes a largely automatic effect on the cooling rate. It is known from other publications that the pressure in the preheating is steadily increased to a predetermined maximum value, since in such a pressure-time function, the undesirable torque maximum can be reduced, which otherwise occurs at the beginning of the preheating phase due to the cold friction surfaces. The desirable to avoid overloading the drive device reduction of torque, however, causes a disadvantageous reduction of the thermal energy generated in the region of the friction surfaces. To ensure the necessary longitudinal extent of the heated zone, therefore, a disproportionately long preheating time would be required. It is also known a method for quality assurance in friction welded joints, in which the conditional heating of the heating heating degree of the weld zone is monitored (DE-OS 2742788). The aim of this process is evidently to signal impermissibly wide warming heights. The preheating itself is carried out in a conventional manner at constant pressure.
Es ist ferner ein Verfahren bekannt, um die Abkühlgeschwindigkeit der Werkstücke während des Abbremsens zu reduzieren (DE-AS 2220898). Durch dieses Verfahren wird ein Temperaturanstieg kurz vor Beendigung des Abbremsvorganges erreicht, so daß die durch Wärmeleitung bedingte Abkühlung in bestimmten Grenzen reduziert werden kann. Die mit diesem Verfahren zu erzielenden Effekte reichen jedoch nicht aus, um insbesondere bei schwer schweißbaren Eisenwerkstoffen die erforderliche Qualität der Schweißverbindung zu gewährleisten und eine zu hohe Abkühlgeschwindigkeit mit Sicherheit zu verhindern.A method is also known for reducing the cooling rate of the workpieces during deceleration (DE-AS 2220898). By this method, a temperature increase is reached shortly before the end of the deceleration process, so that the cooling caused by heat conduction can be reduced within certain limits. However, the effects to be achieved with this method are not sufficient to ensure the required quality of the welded joint, in particular in difficult to weld iron materials and to prevent excessive cooling rate with certainty.
- i - CO - i - CO
Weiterhin ist auch ein Verfahren bekannt, um das Drehmomentenmaximum zu Beginn der Vorwärmphase und damit den erforderlichen Leistungsbedarf des Antriebsmotors der Reibschweißmaschine zu reduzieren (DE-AS 1627466). Hierzu wird das jeweils wirksame Drehmoment gemessen und als Eingangssignal einem Regelkreis zugeführt, der die Reduzierung der Anpreßkraft der Werkstücke bewirkt, sofern das Drehmoment einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Der Nachteil des Verfahrens besteht jedoch darin, daß infolge der Regelung der zeitliche Verlauf der Anpreßkraft nicht mehr als unabhängige Größe vorgegeben werden kann, was dazu führt, daß die Ausbreitung des Temperaturfeldes im Werkstück nur in geringem Maße beeinflußbar ist. ^ "_ L Furthermore, a method is known to reduce the torque maximum at the beginning of the preheating phase and thus the required power requirement of the drive motor of the friction welding machine (DE-AS 1627466). For this purpose, the respective effective torque is measured and fed as an input signal to a control circuit, which causes the reduction of the contact pressure of the workpieces, provided that the torque exceeds a predetermined maximum value. The disadvantage of the method, however, is that due to the regulation of the time course of the contact force can no longer be specified as an independent variable, which means that the spread of the temperature field in the workpiece can be influenced only to a small extent. ^ "_ L
Ziel der Erfindung , .Object of the invention,.
Es ist Ziel der Erfindung, mit geringem technischem Aufwand den Anwendungsbereich vorhandener Reibschweißmaschinen auch auf schwer schweißbare Werkstoffe auszudehnen, ohne den Leistungsbedarf für den Antrieb zu erhöhen. Insbesondere soll bei schwer schweißbaren Eisenwerkstoffen möglichst ohne Probeschweißungen eine weitgehend automatische Qualitätssicherung gewährleistet werden.It is an object of the invention, with little technical effort to extend the scope of existing friction welding machines on difficult to weld materials without increasing the power requirements for the drive. In particular, a largely automatic quality assurance should be ensured for difficult to weld iron materials as possible without Probeschweißungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reibschweißmaschinen in der Vorwärmphase so zu betreiben, daß mit geringem technischem Aufwand eine Überlastung der Antriebseinrichtung vermieden wird und zugleich weitgehend automatisch und ohne zusätzliche Energiequellen gewährleistet wird, daß die für den jeweiligen Stahl zulässige Abkühlgeschwindigkeit nicht überschritten wird.The invention has for its object to operate friction welding in the preheating so that with little technical effort overloading of the drive device is avoided and at the same time largely automatically and without additional energy sources ensures that the allowable for each steel cooling rate is not exceeded.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Vorwärmphase mindestens einmal, vorzugsweise periodisch, ein impulsförmiger Reibdruck bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur der Fügeflächen aufgegeben wird. Durch das impulsförmige Aufbringen des Reibdruckes kann die ,entstehende Reibwärme infolge Wärmeleitung in den Grundwerkstoff abfließen, der dadurch links und rechs neben der Stoßfläche aufgeheizt wird. Danach wird unter Verzicht auf eine gesonderte Drehzahl- bzw. Drehmoment-Regelung der Reibdruck reduziert oder vollständig aufgehoben und anschließend bei diesem reduzierten oder vollständig aufgehobenen Reibdruck die Abkühlgeschwindigkeit des Werkstückes an mindestens einem durch die kritische Abkühlgeschwindigkeit vorbestimmten Abstand von der Fügefläche befindlichen Ort gemessen, an dem die Umwandlungstemperatur erreicht oder überschritten wird. In Abhängigkeit vom gemessenen Wert der Abkühlgeschwindigkeit im Vergleich zur kritischen Abkühlgeschwindigkeit im Temperaturintervall der Umwandlung wird die Vorwärmphase durch Aufgabe eines erneuten Reibdruck-Impulses fortgesetzt oder beendet.This object is achieved in that during the preheating at least once, preferably periodically, a pulse-shaped friction pressure is given up to reach a predetermined temperature of the joining surfaces. Due to the pulse-shaped application of the friction pressure, the resulting frictional heat due to heat conduction can flow into the base material, which is thereby heated to the left and right next to the impact surface. Thereafter, dispensing with a separate speed or torque control of the friction pressure is reduced or canceled completely and then measured at this reduced or completely abolished friction pressure, the cooling rate of the workpiece at at least one predetermined by the critical cooling rate distance from the joint surface location at the transformation temperature is reached or exceeded. Depending on the measured value of the cooling rate compared to the critical cooling rate in the temperature interval of the conversion, the preheating is continued or terminated by abandonment of a new friction pressure pulse.
Die Kenngrößen der Reibdruck-Zeit-Ort-Funktion, wie z. B. die Impulsfrequenz, werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie, Werkstoffart, mittleren Drehzahl und Antriebsleistung festgelegt.The parameters of the friction pressure-time-place function, such. As the pulse frequency, are preferably determined depending on the workpiece geometry, type of material, average speed and drive power.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zusätzlich zur Messung der Abkühlgeschwindigkeit und der dadurch ermöglichten gezielten Beeinflussung der Temperaturverteilung das beim Reibschweißen auftretende Reibmomentenmaximum wesentlich reduziert wird und somit eine Überlastung der Antriebsanlage auch im Dauerbetrieb sicher vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese vorteilhaften Effekte ohne aufwendige und störanfällige Drehzahl- bzw. Drehmoment-Regelung der Antriebsanlage erreicht werden.The particular advantage of the invention is that, in addition to the measurement of the cooling rate and thereby enabling targeted influencing the temperature distribution occurring during friction welding Reibmomentenmaximum is substantially reduced and thus overloading of the drive system can be safely avoided even in continuous operation. Another advantage is that these advantageous effects are achieved without complex and trouble-prone speed or torque control of the drive system.
Ausführungsbeispiel , \Exemplary embodiment,
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
Durch eine geeignet gesteuerte Hydraulik wird ein impulsförmiger Reibdruck erzeugt. Dieser Reibdruck wird vorzugsweise vom nichtrotierenden, im allgemeinen die Vorschubbewegung ausführenden. Teil auf die Stoßfläche übertragen. Durch das impulsförmige Aufbringen des Reibdruckes kann die entstehende Reibwärme in den Grundwerkstoff abfließen, der dadurch links und rechts der Stoßfläche aufgeheizt wird. Die Höhe des maximalen (pmax) und des minimalen (pmjn) Reibdruckes und die Impulsfrequenz werden in Abhängigkeit von .' ' ; .By a suitably controlled hydraulics, a pulse-shaped friction pressure is generated. This friction pressure is preferably carried out by the non-rotating, generally the feed movement. Transfer part to the abutment surface. Due to the pulse-shaped application of the friction pressure, the resulting frictional heat can flow into the base material, which is thereby heated to the left and right of the impact surface. The height of the maximum (p max ) and the minimum (p m j n ) friction pressure and the pulse frequency are dependent on. ''; ,
— den Geometrieverhältnissen, -.· ..- the geometric relations, -. · ..
— dem Werkstoff sowie- the material as well
— der Drehzahl und Leistung der Reibschweißmaschinen .- The speed and power of the friction welding machines.
so eingestellt, daß an keiner Stelle der zu verschweißenden Teile die kritische Abkühlgeschwindigkeit erreicht wird und in der Stoßfläche noch keine oder nur eine geringe Stauchgratbildung stattfindet. Über die Werte von pmax und pmin, die Impulsfrequenz und die Impulsbeaufschlagung kann jede beliebige Erwärmungsstufe eingestellt werden. Die Impulsaufgabe wird unterbrochen, wenn eine solche Erwärmungsstufe erreicht ist, daß an keiner Stelle der zu verschweißenden Teile die kritische Abkühlgeschwindigkeit erreicht wird. .set so that at no point the parts to be welded, the critical cooling rate is reached and in the impact surface still no or only a small Stauchgratbildung takes place. Any heating level can be set via the values of p max and p min , the pulse frequency and the impulse impulse. The pulse task is interrupted when such a heating stage is reached that at any point of the parts to be welded, the critical cooling rate is reached. ,
Die notwendige Temperaturmessung erfolgt vorzugsweise bei vollständig aufgehobenem ReibdruckThe necessary temperature measurement is preferably carried out at completely abolished friction pressure
— entweder berührungslos am rotierenden und/oder nichtrotierenden Teil- either contactless on the rotating and / or non-rotating part
— oder unter Werkstückberührung am nichtrotierenden Teil. ·- or under workpiece contact on non-rotating part. ·
Die von der Temperaturmeßvorrichtung ausgehenden Signale steuern über ein geeignetes Rechnersystem die Reibschweißmaschine. Nach dem Abschalten des Pulsators erfolgt das Verschweißen derTeile wie beim konventioneilen Reibschweißen. ^The signals emanating from the temperature measuring device control the friction welding machine via a suitable computer system. After switching off the pulsator welding the parts takes place as in conventional friction welding. ^
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD26156484A DD222522A1 (en) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | METHOD FOR OPERATING FRICTION WELDING MACHINES |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD26156484A DD222522A1 (en) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | METHOD FOR OPERATING FRICTION WELDING MACHINES |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD222522A1 true DD222522A1 (en) | 1985-05-22 |
Family
ID=5555852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD26156484A DD222522A1 (en) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | METHOD FOR OPERATING FRICTION WELDING MACHINES |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD222522A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3638270A1 (en) * | 1986-11-12 | 1988-05-19 | Inst Elektroswarki Patona | FRICTION WELDING METHOD |
-
1984
- 1984-04-03 DD DD26156484A patent/DD222522A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3638270A1 (en) * | 1986-11-12 | 1988-05-19 | Inst Elektroswarki Patona | FRICTION WELDING METHOD |
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|---|---|---|---|
| VZ | Disclaimer of patent (art. 11 and 12 extension act) |