DE10134681C2 - Verfahren zum Verbinden von Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus unlegiertem Stahl mit 0.2 bis 0.6% C.

Schmiedbares Eisen mit weniger als 2.1% Kohlenstoff- Gehalt wird als Stahl bezeichnet. Dabei ist das im Hochofen-Prozess gewonnene Roheisen, z. B. Stahleisen (3,5 bis 4% C, bis 1% Si, 2 bis 3.5% Mn, bis 0,1% P, bis 0,005% S) aufgrund der hohen Gehalte an Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel sehr spröde und wird deshalb nur zu einem geringen Teil zu mechanisch nicht hoch beanspruchten Gegenständen vergossen. Schweissbar ist Stahl bis auf einen Gehalt von 0,28-0.32% C.

Die Umwandlung von Roheisen zu Stahl erfolgt im wesentlichen durch das sogenannte Sauerstoff-Frischen nach dem Sauerstoff-Blasverfahren sowie im Elektrostahlverfahren. Dabei wird der Kohlenstoff-Gehalt auf das gewünschte Mass herabgesetzt. Dennoch erlaubt der relativ hohe Kohlenstoff-Gehalt kein oder nur ein sehr erschwertes Schweissen. Dies führt dazu, dass in der Vergangenheit Bauteile, insbesondere Getriebebauteile, aus unlegierten Stählen mit 0.2 bis 0.6% C, wie beispielsweise C35, C45 usw., nicht verschweisst, sondern entweder vernietet oder formschlüssig mit Stiften oder Schrauben verbunden wurden.

In Pfeifer L.: Fachkunde des Widerstandsschweissens, Essen: Giradet, 1969, Seite 14 bis 15 und 43 bis 45 sind Grundlagen des Widerstandsschweissens beschrieben. Dabei wird unter anderem die Schweissbarkeit definiert und die verschiedenen Widerstandsschweiss-Methoden beschrieben. Für Kohlenstoffstahl wird ein Schweissbarkeitsfaktor von 9,3 angegeben, der bedeutet, dass die Schweissbarkeit ausgezeichnet ist. Bei Kohlenstoff-Stählen handelt es sich jedoch um einfache, härtbare Stahl-Sorten, deren wichtigster Nebenbestandteil 0,5% bis 1,7% Kohlenstoff ist. Im Gegensatz dazu enthalten die sogenannten unlegierten Stähle, aus denen bspw. Getriebeteile bestehen, noch weitere, zur Qualitätsverbesserung zugefügte Legierungselemente in grösseren Mengen. Die unlegierten Stähle sind nicht oder sehr schlecht schweissbar.

Ferner wird in der JP 55027461 A eine Schweissmaschine mit einem breiten Schweissdurchführungsbereich beschrieben, welche aus einer steuerbaren Hochfrequenz-Stromquelle besteht, die herkömmliche Frequenzen in Hochfrequenzen umwandelt, wobei der Hochfrequenz- Schweisstransformator den gewünschten Schweissstrom an den Pressmechanismus mit el. Leitern und Schweißelektroden über­ gibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem unlegierte, kohlestoffhaltige Stähle verbunden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass die Bauteile durch Widerstandspressschweissen im Buckelschweissverfahren mit Mittelfrequenz miteinander verbunden und im Bereich der Schweissnaht nach dem Schweissen nachgewärmt und dadurch gezielt abgekühlt werden.

Beim Widerstandspressschweissen erzeugt der elektrische Widerstand in der Schweisszone beim Stromdurchgang die zum Schweissen erforderliche Wärme. Die Bindung zwischen den zu verbindenden Bauteilen wird durch Zusammenpressen der Teile erzeugt.

Beim vorliegenden Verfahren wird das Buckelschweissverfahren mit Mittelfrequenz angewendet. Beim Buckelschweissverfahren werden die beiden flächig aufeinander liegenden Bauteile, von denen eines mit eingedrückten Buckeln bzw. geprägten Warzen versehen ist, oder zwischen denen geformte Einlegestücke angeordnet sind, durch plattenförmige Elektroden aufeinander gedrückt. Der Schweissstrom erwärmt die Teile an den Berührungsstellen auf die Schweisstemperatur dicht unter der Schmelztemperatur. Buckel und Warzen werden durch den Stauchdruck ganz oder teilweise eingeebnet.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Verfahrens ist das Vorsehen einer Nachwärmzeit nach dem Schweissvorgang. Durch diese gezielte Nachwärmzeit wird eine Schweissnahtaufhärtung verhindert. Dadurch wird die Abkühlung der Teile im Bereich der Schweissverbindung wesentlich beeinflusst bzw. reduziert.

Ausserdem soll eine Stromanstiegszeit, welche zwischen einer Pausenzeit und der Nachwärmzeit vorgesehen ist, möglichst niedrig gehalten werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch eine Invertersteuerung die 3-Phasen-Netzspannung gleichgerichtet und zu einer etwa 1000 Hz Wechselspannung umgeformt.

Hierdurch entsteht ein Schweissstrom, der sehr schnell und sehr genau (1 Millisekunde) geregelt werden kann.

Ein weiteres wesentliches Augenmerk der vorliegenden Erfindung ist auf die Ausgestaltung der Buckel zu richten. Zumindest einem Bauteil werden Ringbuckel und/oder langgezogene Buckel eingeformt. Diese langgezogenen Buckel können eine Höhe von 1.6 mm haben.

Durch das verbindungsgemässe Verfahren entsteht eine Schweissverbindung, die bezüglich der Festigkeit den Anforderungen entspricht. Ausführung, Haltbarkeit und Gefügebild sind vergleichbar mit den Schweissnähten von kohlenstoffarmen Werkstoffen. Ausserdem ist es mit diesem Verfahren möglich, die Teile ohne Schweissspritzer zu verschweissen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus unlegiertem Stahl mit 0.2 bis 0.6% C, wobei die Bauteile durch Widerstandspressschweissen im Buckelschweissverfahren mit Mittelfrequenz miteinander verbunden und im Bereich der Schweissnaht nach dem Schweissen nachgewärmt und dadurch gezielt abgekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Invertersteuerung die 3-Phasen-Netzspannung gleichgerichtet und zu einer etwa 1000 Hz Wechselspannung umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Bauteil Ringbuckel und/oder langgezogene Buckel eingeformt werden.