DD252334B1 - METHOD AND DEVICE FOR RESISTANCE ROLL STARTING WELDING - Google Patents
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Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen, insbesondere von rotationssymmetrischen Teilen, unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen zur Regenerierung verschlissener oder zur Panzerung neuer Bauteile.The invention relates to a method and apparatus for resistance roll seam deposition welding, in particular of rotationally symmetrical parts, using filler materials for regeneration worn or for arming new components.
Es ist bekannt, rotationssymmetrische Teile zwecks Panzerung oder Regenerierung mittels des Widerstandsrollennahtverfahrens unter Zusatz von Metallpulvern aufzuschweißen, wobei zwei Rollenelektroden aus gleichem Elektrodenwerkstoff verwendet werden und der Schweißstrom das Werkstück radial durchfließt. Die Temperaturen beider Elektrodenaufsatzpunkte sind etwa gleich.It is known to weld rotationally symmetrical parts for the purpose of armor or regeneration by means of resistance roll seam method with the addition of metal powders, wherein two roller electrodes are used from the same electrode material and the welding current flows through the workpiece radially. The temperatures of both electrode attachment points are about the same.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß sich trotz Wasserkühlung mit zunehmender Auftragslänge das Bauteil immer mehr aufheizt und durch die sich bildenden Oxidschichten die Gefahr von Bindefehlern zunimmt.This method has the disadvantage that, despite water cooling, the component heats up more and more with increasing application length, and the risk of binding defects increases as a result of the oxide layers that form.
Es hat sich deshalb ein zweilagiger Auftrag mit unterschiedlicher Stromstärke als vorteilhaft erwiesen. Die erste mit geringer Stromstärke geschweißte Lage verhindert eine Oxidation bei der zweiten mit hoher Stromstärke geschweißten Lage. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei Teilen, wo nur eine kleine Schichtdicke erforderlich ist, die einlagig realisierbar wäre, trotzdem zwei Lagen geschweißt werden müssen.It has therefore proved to be a two-layer order with different amperage advantageous. The first low-current welded layer prevents oxidation at the second high-current welded layer. This method has the disadvantage that in parts where only a small layer thickness is required, which would be realized in one layer, still two layers must be welded.
Weiterhin haben beide Varianten den Nachteil, daß eine gewisse Restporosität vorhanden ist.Furthermore, both variants have the disadvantage that a certain residual porosity is present.
Es ist auch bekannt, beim Punkschweißen mit Elektroden aus verschiedenen Elektrodenwerkstoffen zu arbeiten, wenn beim Verbinden zweier Bleche unterschiedlicher Dicke die Linse sonst asymmetrisch liegt. Dabei sollen nicht unterschiedliche Temperaturen, sondern gleiche Temperaturen beidseits der Fügeebene erreicht werden.It is also known to work with electrodes made of different electrode materials in the case of spot welding, when the lens is otherwise asymmetrical when connecting two sheets of different thicknesses. It should not be achieved different temperatures, but the same temperatures on both sides of the joining plane.
Eine Anwendung verschiedener Elektrodenwerkstoffe beim Widerstandsauftragsschweißen ist bisher nicht bekannt. Es ist auch bekannt, nicht oder nur schlecht beidseitig zugängliche Bauteile mittels Widerstandspunktoder -rollennahtschweißen zu verbinden, indem die Elektroden auf der einen gut zugänglichen Seite angeordnet sind. Dabei existieren verschiedene Varianten. Das Grundprinzip ist, daß der Strom von der einen Elektrode über die Schweißstelle in eine aus Kupfer bestehende Kurzschlußbrücke fließt und von dieser unterhalb der zweiten Elektrode durch das Blech der zweiten Elektrode zugeführt wird.An application of various electrode materials in resistance deposition welding is not yet known. It is also known to connect non-accessible or only poorly accessible components by means of resistance point or roll seam welding by the electrodes are arranged on the one hand easily accessible side. There are different variants. The basic principle is that the current flows from the one electrode via the weld into a copper short-circuiting bridge and is supplied from below the second electrode through the plate of the second electrode.
Wenn das untere Blech dicker als das obere ist, kann auch auf die Kurzschlußbrücke verzichtet werden, so daß der Strom das untere dicke Blech zur Stromrückleitung zwischen beiden Elektroden benutzt.If the lower plate is thicker than the upper, can also be dispensed with the shorting bridge, so that the current uses the lower thick plate to the power return line between the two electrodes.
Der Nachteil beider Varianten ist, daß die erzeugte Wärmemenge gegenüber dem Gegenelektrodenschweißen nicht kleiner sondern größer wird.The disadvantage of both variants is that the amount of heat generated compared to the counter-electrode welding is not smaller but larger.
Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die beim Widerstandsrollennahtauftragsschweißen mit Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise Metallpulvern, die Haftfestigkeit der aufgetragenen Schicht erhöht wird und die Porosität verringert wird.The aim of the invention is to provide a method and a device by which the adhesion of the applied layer is increased during resistance roll seam deposition welding with filler metals, preferably metal powders, and the porosity is reduced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwärmeeintrag in das Bauteil zu senken und gleichzeitig einen Vorlauf der Anlauffarben auch bei einlagiger Auftragstechnologie zu vermeiden.The invention has for its object to reduce the total heat input into the component while avoiding a flow of tarnishing colors even with single-layer application technology.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen mit Zusatzwerkstoffen, vorzugsweise Metallpulvern, wobei erfindungsgemäß eine derartige Temperaturführung an den durch Rollenelektroden gebildeten Kontaktpunkten erfolgt, daß der Zusatzwerkstoff am 1. Kontaktpunkt bei einer Temperatur von 100 K bis 200 K unterhalb seiner Solidustemperatur auf das Bauteil aufgesintert und am 2. Kontaktpunkt bei einer Temperatur oberhalb seiner Solidustemperatur mit dem Bauteil verschweißt wird.The object is achieved by a method for resistance roll seam deposition welding with filler metals, preferably metal powders, according to the invention such a temperature control at the contact points formed by roller electrodes that the filler material at the 1st contact point at a temperature of 100 K to 200 K below its solidus temperature on the component is sintered and welded to the component at the 2nd contact point at a temperature above its solidus temperature.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung mit indirekter Stromeinleitung unter Verwendung von Rollenelektroden, wobei erfindungsgemäß bei beiden Rollenelektroden 2; 3 die gleiche oder unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen, in Schweißrichtung hintereinander auf das Bauteil 1 aufsetzen, derart, daß der von den Kontaktpunkten der Rollenelektroden und der Symmetrieachse des Bauteiles 1 eingeschlossene Winkel kleiner als 90° ist (Fig. 1).To carry out the method is a device with indirect current introduction using roller electrodes, according to the invention in both roller electrodes 2; 3 have the same or different conductivity, successively put on the component 1 in the welding direction, such that the included by the contact points of the roller electrodes and the axis of symmetry of the component 1 angle is less than 90 ° (Fig. 1).
Durch Verkürzung des Stromweges durch das Bauteil wird die thermische Belastung gering gehalten. Auf der Oberfläche bilden sich weniger Anlauffarben, so daß die Schichthaftung verbessert wird.By shortening the current path through the component, the thermal load is kept low. On the surface, less tarnish forms, so that the layer adhesion is improved.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann an Stelle der Rollenelektroden jeweils ein Rollenelektrodenpaar verwendet werden. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, daß die beiden Temperaturstufen unabhängig voneinander einstellbar sind.According to a further feature of the invention, a roller electrode pair may be used instead of the roller electrodes. An advantage of this variant is that the two temperature levels are independently adjustable.
Zur Durchführung des Verfahrens dient ferner eine Vorrichtung unter Verwendung von zwei diametral auf das Bauteil aufsetzenden Rollenelektroden, wobei erfindungsgemäß beide Rollenelektroden unterschiedliche Leitfähigkeit aufweisen (Fig.2).For carrying out the method, a device is also used by using two roller electrodes placed diametrically on the component, wherein according to the invention both roller electrodes have different conductivity (FIG. 2).
Beide Rollenelektroden sind mit der Sekundärwicklung eines Schweißtrafos verbunden. Mittels Dosiereinrichtung wird der aufzuschweißende Zusatzwerkstoff zugeführt. Der zwischen beiden Rollenelektroden durch das Bauteil fließende Schweißstrom erzeugt auf Grund der unterschiedlichen elektrischen bzw. thermischen Leitfähigkeit der beiden Rollenelektroden unterschiedliche Temperaturen an ihren Kontaktpunkten mit dem Bauteil. Bei optimal eingestelltem Schweißstrom wird das Metallpulver an der Berührungsstelle zwischen der ersten gut leitfähigen Elektrodenrolle und dem Bauteil nur auf das Bauteil aufgesintert. Während des Schweißprozesses schützt die aufgesinterte Pulverschicht die Bauteiloberfläche vor Oxidation. Nach Bewegung des Bauteiles vom Kontaktpunkt der ersten zum Kontaktpunkt der zweiten schlechter leitfähigen Rollenelektrode erfolgt auf Grund der dort vorhandenen höheren Temperatur ein teilweises Verflüssigen und Verdichten der Schicht.Both roller electrodes are connected to the secondary winding of a welding transformer. By means of metering the aufzuschweißende filler material is supplied. Due to the different electrical or thermal conductivity of the two roller electrodes, the welding current flowing through the component between the two roller electrodes generates different temperatures at their contact points with the component. With optimally adjusted welding current, the metal powder is sintered at the point of contact between the first well-conductive electrode roller and the component only on the component. During the welding process, the sintered powder layer protects the component surface from oxidation. After movement of the component from the contact point of the first to the contact point of the second poorly conductive roller electrode is due to the higher temperature there is a partial liquefaction and densification of the layer.
Für Schweißaufgaben an der Innenfläche von Stahlzylindern wird zweckmäßigerweise die gemäß Fig.3 beschriebene Vorrichtung eingesetzt. Durch einen Hydraulikzylinder werden die Rollenelektrodenpaare gegen die aufzuschweißende Fläche gepreßt.For welding tasks on the inner surface of steel cylinders, the device described in FIG. 3 is expediently used. By a hydraulic cylinder, the roller electrode pairs are pressed against the surface aufzuschweißende.
Ein besonderer Vorteil dieser Variante der Verfahrensdurchführung ist die aufzuwendende geringe Energiemenge infolge des beträchtlich verkürzten Stromweges.A particular advantage of this variant of the process implementation is the expended small amount of energy due to the considerably shortened current path.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen durch Beispiele erläutert. Es zeigen:The invention will be explained with reference to drawings by way of examples. Show it:
Fig. 1: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Wellen Fig.2: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Wellen mit bekannter Elektrodenanordnung Fig.3: eine Vorrichtung zum Widerstandsrollennahtauftragsschweißen von Bohrungen.1: a device for resistance roll seam welding of shafts FIG. 2: a device for resistance roll seam welding of shafts with known electrode arrangement FIG. 3: a device for resistance roll seam welding of bores.
Das aufzuschweißende Bauteil 1 befindet sich zwischen einem Rollenelektrodenpaar 2; 3 und einer stromlosen Stützrolle 4, die die von den beiden Rollenelektroden 2; 3 auf das Bauteil, eine Welle 1, aufgebrachte Elektrodenkraft kompensiert (Fig. 1). Die beiden Rollenelektroden 2; 3 sind mechanisch durch einen Bügel 5 verbunden, aber elektrisch isoliert gelagert. Die Sekundärwicklung 6 des Schweißtrafos ist mit je einer Rollenelektrode 2; 3 verbunden. Rotationsantrieb der Welle 1 und Axialverschiebung der die Rollenelektroden 2; 3 und die Stützrolle 4 tragenden und mit Elektrodenkraft beaufschlagenden Zange erfolgen in bekannter Weise und sind deshalb in der Fig. 1 nicht dargestelltThe aufzuschweißende component 1 is located between a roller electrode pair 2; 3 and a de-energized support roller 4, which the of the two roller electrodes 2; 3 on the component, a shaft 1, applied electrode force compensated (Fig. 1). The two roller electrodes 2; 3 are mechanically connected by a bracket 5, but stored electrically insulated. The secondary winding 6 of the welding transformer is each with a roller electrode 2; 3 connected. Rotary drive of the shaft 1 and axial displacement of the roller electrodes 2; 3 and the support roller 4 bearing and acted upon by electrode force pliers in a known manner and are therefore not shown in FIG
Die Zufuhr des Metallpulvers 7 erfolgt mittels bekannter Dosiereinrichtung 8. The supply of the metal powder 7 takes place by means of a known metering device 8.
Die Welle 1 hat einen Durchmesser von 100 mm. Die Durchmesser der Rollenelektroden 2; 3 betragen 40 mm und der Rollenelektrodenabstand 50mm, so ergibt sich für α = 42°.The shaft 1 has a diameter of 100 mm. The diameters of the roller electrodes 2; 3 are 40 mm and the roller electrode distance 50mm, the result is for α = 42 °.
Der Weg des Schweißstromes 11 beträgt damit nur etwa 35 mm gegenüber 100 mm bei konventioneller Elektrodenanordnung. Etwa in gleichem Maße verringert sich der Stoffwiderstand. Damit wird die thermische Belastung gering gehalten. Besonders groß ist der Effekt, wenn es sich um eine Hohlwelle handelt. Gegenüber konventioneller Rollenanordnung beträgt dann der Stromweg nur noch 20%.The path of the welding current 11 is thus only about 35 mm compared to 100 mm in conventional electrode arrangement. About the same extent, the material resistance decreases. This keeps the thermal load low. Especially big is the effect, if it is a hollow shaft. Compared to conventional roller arrangement then the current path is only 20%.
An Hand von Fig.2 wird nachfolgend eine weitere Variante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Die aufzuschweißende Welle 1 befindet sich zwischen einer aus einer Kupfer-Chrom-Legierung mit einer Leitfähigkeit von 81 % IACS bestehenden unteren Rollenelektrode 2 und einer aus einer Kupfer-Cobalt-Beryllium-Legierung mit einer Leitfähigkeit von 50% IACS bestehenden oberen Elektrodenrolle 9. Beide Rollenelektroden sind mit der Sekundärwicklung des Schweißtrafos 6 verbunden.With reference to Figure 2, a further variant for carrying out the method according to the invention is explained below. The shaft 1 to be welded is located between a lower roller electrode 2 made of a copper-chromium alloy having a conductivity of 81% IACS and an upper electrode roller 9 consisting of a copper-cobalt-beryllium alloy having a conductivity of 50% IACS Roller electrodes are connected to the secondary winding of the welding transformer 6.
Mittels bekannter Dosiereinrichtung 8 wird das aus einer Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung mit einer Solidustemperatur von 118O0C und einer Liquidustemperatur von 1 2200C bestehende aufzuschweißende Metallpulver? der unteren Rollenelektrode 2 zugeführt. Der zwischen den Rollenelektroden 2; 9 radial durch die Welle 1 fließende impulsförmige Strom 11 von 4,2 kA erzeugt auf Grund der unterschiedlichen thermischen bzw. elektrischen Leitfähigkeiten und der damit verbundenen unterschiedlichen Wärmeableitung der beiden Rollenelektroden unterschiedliche Temperaturen an ihren Kontaktpunkten mit der Welle 1. An der Berührungsstelle zwischen der unteren aus der Kupfer-Chrom-Legierung bestehenden Rollenelektrode 2 mit der aufzuschweißenden Welle 1 stellt sich bei dieser Stromstärke ein Temperaturmaximum von etwa 10000C ein. Unter dieser Temperatureinwirkung und der gleichzeitigen Einwirkung der Elektrodenkraft (von 2,2 kN) wird das Metallpulver 7 auf die aufzuschweißende Welle 1 aufgesintert. Während der Bewegung zum Berührungspunkt mit der oberen Rollenelektrode 9By means of a known metering device 8 is made of a nickel-chromium-boron-silicon alloy with a solidus temperature of 118O 0 C and a liquidus temperature of 1 220 0 C existing aufzuschweißende metal powder? the lower roller electrode 2 is supplied. The between the roller electrodes 2; 9 impulsive current 11 of 4.2 kA flowing radially through the shaft 1 generates different temperatures at their points of contact with the shaft 1 at the contact point between the lower one due to the different thermal or electrical conductivities and the different heat dissipation of the two roller electrodes consisting of the copper-chromium alloy roller electrode 2 with the shaft 1 aufzuschweißenden arises at this current a temperature maximum of about 1000 0 C a. Under this temperature effect and the simultaneous action of the electrode force (of 2.2 kN), the metal powder 7 is sintered onto the shaft 1 to be welded. During the movement to the point of contact with the upper roller electrode 9
schützt das aufgesinterte Metallpulver die Oberfläche der Welle 1 vor Oxidation. Nach einer halben Umdrehung der Welle 1 erfolgt an ihrem Berührungspunkt mit der aus der Kupfer-Cobalt-Beryllium-Legierung bestehenden oberen Rollenelektrode 9 auf Grund der zyklisch mit einer der Impulsförmigkeit des Stromes 11 entsprechenden Frequenz von etwa 5Hz auftretenden Temperaturmaxima von 12000C ein weitgehendes Verflüssigen und Verdichten der Schicht.protects the sintered metal powder, the surface of the shaft 1 from oxidation. After half a revolution of the shaft 1 takes place at its point of contact with the consisting of the copper-cobalt-beryllium alloy upper roller electrode 9 due to the cyclic with one of the pulse shape of the current 11 corresponding frequency of about 5Hz temperature maxima of 1200 0 C a far-reaching Liquefying and compacting the layer.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend an Hand von Fig.3 beschrieben.Another variant of the method according to the invention will be described below with reference to FIG.
Die Schweißaufgabe besteht im Aufschweißen der Bohrung eines rotierenden Bauteils 1 unter Verwendung von Metallpulver als Zusatzwerkstoff. Zwei Doppelrollenschweißköpfe, bestehend aus je einem Rollenelektrodenpaar 2; 3 bzw. 2'; 3' und einem Bügel 5 bzw. 5' befinden sich im aufzuschweißenden Bauteil 1. Durch einen Hydraulik-Zylinder 10 werden die Rollen 2; 3; 2'; 3' gegen die aufzuschweißende Fläche gepreßt. Die Rollenelektroden 2; 3 sind mit der Sekundärwicklung 6 eines Schweißtrafos, die Rollenelektroden 2'; 3' sind mit der Sekundärwicklung 6' eines zweiten Schweißtrafos verbunden. Die Zufuhr des aufzuschweißenden Metallpulvers 7 erfolgt über eine bekannte Dosiereinrichtung 8.The welding task consists in welding the bore of a rotating component 1 using metal powder as a filler material. Two double roller welding heads, each consisting of one pair of roller electrodes 2; 3 or 2 '; 3 'and a bracket 5 and 5' are located in the component to be welded 1. By a hydraulic cylinder 10, the rollers 2; 3; 2 '; 3 'pressed against the surface aufzuschweißende. The roller electrodes 2; 3 are connected to the secondary winding 6 of a welding transformer, the roller electrodes 2 '; 3 'are connected to the secondary winding 6' of a second welding transformer. The supply of the aufzuschweißenden metal powder 7 via a known metering device. 8
Rotationsantrieb des aufzuschweißenden Bauteiles 1 und Axialvorschub der Schweißeinheit erfolgen in bekannter Weise und sind deshalb nicht dargestellt.Rotary drive of the aufzuschweißenden component 1 and axial feed of the welding unit done in a known manner and are therefore not shown.
Der Strom 11 durchfließt das Bauteil 1 zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2 und 3, der Strom 11'durchfließt das Bauteil zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2' und 3'. Der Strom 11 hat die Aufgabe, ein Aufsintern des Metallpulvers 7 auf die Bauteiloberfläche zu erzielen, wodurch ein Schutz des Bauteiles vor Oxidation erreicht wird. Der Strom 11'wird höher als der Strom 11 eingestellt.The current 11 flows through the component 1 between the contact points of the roller electrodes 2 and 3, the current 11 'flows through the component between the contact points of the roller electrodes 2' and 3 '. The current 11 has the task of achieving a sintering of the metal powder 7 on the component surface, whereby protection of the component from oxidation is achieved. The current 11 'is set higher than the current 11.
In Bereichen zwischen den Kontaktpunkten der Rollenelektroden 2' und 3' mit dem Bauteil 1 erfolgt dann auf Grund der höheren Temperatur ein teilweises Verflüssigen und Verdichten der Schicht.In areas between the contact points of the roller electrodes 2 'and 3' with the component 1, a partial liquefaction and densification of the layer takes place due to the higher temperature.
Der Durchmesser der aufzuschweißenden Bohrung ist 130mm, der Durchmesser der Rollenelektroden 40mm und der Achsabstand eines Rollenelektrodenpaares 60 mm. Damit ergibt sich für α = 80°. Der Stromweg beträgt damit weniger als 50% gegenüber konventioneller Rollenanordnung.The diameter of the hole to be welded is 130mm, the diameter of the roller electrodes 40mm and the center distance of a roller electrode pair 60mm. This results in α = 80 °. The current path is thus less than 50% compared to conventional roller arrangement.
Die Einstellung der Schweißströme erfolgt durch bekannte Steuerungseinrichtungen.The adjustment of the welding currents is carried out by known control devices.
Der besondere Vorteil dieser Lösung ist, daß die beiden Temperaturstufen unabhängig voneinander einstellbar sind.The particular advantage of this solution is that the two temperature levels are independently adjustable.
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1986
- 1986-09-04 DD DD29412886A patent/DD252334B1/en active IP Right Grant
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