DE1029962B

DE1029962B - Clamping device for arc welding electrodes, preferably for drag welding electrodes, in the welding head using vibrations

Info

Publication number: DE1029962B
Application number: DEL25988A
Authority: DE
Inventors: Howard R Johnson; J Eugene Boyer
Original assignee: Lukens Steel Co
Current assignee: Lukens Steel Co
Priority date: 1955-11-22
Filing date: 1956-10-12
Publication date: 1958-05-14

Description

Einspann -Vorrichtung für Lichtbogen-Schweißelektroden, vorzugsweise für Schlepp-Schweißelektroden, im Schweißkopf unter Anwendung von Schwingungen Die Erfindung betrifft eine Einspann-Vorrichtung für Lichtbogen-Schweißelektroden, vorzugsweise für Schlepp-Schweißelektroden, im E'lektrodenhalter bzw. im Schweißkopf unter Anwendung von Schwingungen, und die Erfindung besteht darin, daß im -Elektrodenhalter bzw. im Schweißkopf ein Ultraschallerzeuger mit Übertragungsstab angeordnet ist, mit dem die Elektrode formschlüssig in einer Vertiefung verbunden ist, und daß die Elektrode an einem napfförmigen Gehäuse eingespannt ist, welches in an sich bekannter Weise in Achsrichtung schwimmend gelagert ist.Clamping device for arc welding electrodes, preferably for drag welding electrodes, in the welding head using vibrations Die The invention relates to a clamping device for arc welding electrodes, preferably for drag welding electrodes, in the electrode holder or in the welding head of vibrations, and the invention consists in that in the electrode holder or an ultrasonic generator with a transmission rod is arranged in the welding head, with which the electrode is positively connected in a recess, and that the electrode is clamped on a cup-shaped housing, which in a known manner is floating in the axial direction.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die auf den Schweißvorgang günstig wirkenden Ultraschallwellen in besonders einfacher und sicherer Weise auf dem Schweißstab und damit auf das Schweißbad übertragen werden.This arrangement ensures that the welding process favorably acting ultrasonic waves in a particularly simple and safe manner transferred to the welding rod and thus to the weld pool.

Es sind bereits schwimmende Einspann-Vorrichtungen für Punktschweißelektroden bekannt, welche eine Ultraschallvibration in Längsachse zulassen, z. f3. in Form von Membranen. Es ist weiterhin auch schon die Ultraschallbeaufschlagung des Schweißbades beim Lichtbogenschweißen bekannt, wobei jedoch entweder das Bad oder der Lichtbogen in Schwingungen versetzt werden; auch Vibrationen der Elektrode selbst sind bereits vorgeschlagen worden. Die erfindungsgemäß inITitraschallschwingungvibrierende Elektrode bewirkt jedoch erhebliche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren, wie später dargelegt wird.There are already floating fixtures for spot welding electrodes known, which allow an ultrasonic vibration in the longitudinal axis, z. f3. in shape of membranes. It is still the ultrasound exposure of the weld pool known in arc welding, but either the bath or the arc vibrated; There are also vibrations of the electrode itself has been proposed. The electrode vibrating inITitrasonic vibration according to the invention however, causes considerable advantages over the known methods, as later is set out.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schweißstab-Haltevorrichtung in ihrer Stellung zum Werkstück, Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 der Fig. 3, Fig. 3 eine Ansicht von unten auf die Schweißstab-Haltevorrichtung nach Fig. 1 und 2, Fig.4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung, Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie 5-5 der Fig. 4, Fig. 6 eine Ansicht von unten auf die Haltevorrichtung gemäß Fig. 4 und 5, Fig.7 einen Teilschnitt durch den unteren Teil eines bekannten Schweißstabes, Fig.8 einen Teilschnitt durch das untere Ende eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Schweißstabes.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. 1 shows a side view of a first embodiment of the invention Welding rod holding device in its position in relation to the workpiece, FIG. 2 shows a section according to line 2-2 of FIG. 3, FIG. 3 shows a view from below of the welding rod holding device 1 and 2, FIG. 4 shows a side view of a second embodiment of the device, FIG. 5 shows a section along line 5-5 of FIG. 4, FIG. 6 shows a view from below the holding device according to FIGS. 4 and 5, FIG. 7 a partial section through the lower one Part of a known welding rod, Figure 8 is a partial section through the lower end a welding rod used with the device according to the invention.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 und 3 bedeutet 2 den Elektrodenhalter bzw. Schweißkopf, der von einem Bügel 4 gehalten ist, der an irgendeinem horizontal beweglichen, nicht dargestellten Wagen befestigt sein kann. Der Kopf 2 ist mit einem Übertragungsstab 6 versehen, der sich vom Kopf aus nach unten erstreckt und an seinem unteren Ende mit einem Kupferschuh 7 versehen ist, an dem eine Aufnahmebohrung 8 angeordnet ist, in die das obere Ende einer Elektrode 10 paßt.In the embodiment according to FIGS. 1, 2 and 3, 2 means the electrode holder or welding head, which is held by a bracket 4, which at any one horizontal movable, not shown carriage can be attached. The head 2 is with a Transmission rod 6 provided, which extends from the head downwards and on his the lower end is provided with a copper shoe 7 on which a receiving bore 8 is arranged into which the upper end of an electrode 10 fits.

Um die Übertragung der Schallenergie vom Kupferschuh 7 zur Elektrode 10 zu verbessern, ist der Raum zwischen der Wand der Aussparung 8 und dem Stab 10 mit einem Stoff 8' von hohem spezifischem Gewicht ausgefüllt. Die so gebildete Verbindung ist bekannt unter dem Namen »Siliziumfettdichtung«. Der Ausdruck »Dichtung;< ist hier in dem Sinne gebraucht, daß ein Kontakt- und ein Übertragungsmedium vorhanden und nicht etwa irgendein Teil abgedichtet ist, um den Austritt einer Flüssigkeit oder eines Gases zu verhüten.About the transmission of the sound energy from the copper shoe 7 to the electrode 10 is the space between the wall of the recess 8 and the rod 10 filled with a fabric 8 'of high specific weight. The connection so formed is known under the name »silicon grease seal«. The expression "poetry;" is used here in the sense that there is a contact and a transmission medium and not some part is sealed to prevent a liquid from escaping or a gas.

Die Elektrode 10 ist an ihrem oberen Ende fest eingespannt mittels dreier Schrauben 30 in einem übertragungsnapf 12, der seinerseits schwimmend an drei sich nach unten erstreckenden Haltestangen 14 gehalten ist, die mit ihren oberen Enden im Schweißkopf 2 befestigt sind. Diese Stangen sind parallel zum Übertragungsstab 6 und im Winkelabstand von ungefähr 120° zueinander angeordnet. Eine Dreiecksplatte 16 erstreckt sich nach außen vom Rand des Übertragun; gsnapfes 12 aus und ist mit Öffnungen versehen, in denen die Stangen 14 gleiten können. Diese Platte dient als Anschlag für drei Buchsenpaare 18, und zwar ist auf jeder Stange ein Paar in der Art angeordnet, daß sich die Buchsen zu beiden Seiten der Platte befinden.The electrode 10 is firmly clamped at its upper end by means of three screws 30 in a transmission cup 12, which in turn is floating three downwardly extending support rods 14 is held, which with their upper Ends in the welding head 2 are attached. These rods are parallel to the transmission rod 6 and arranged at an angular distance of approximately 120 ° from one another. A triangular plate 16 extends outward from the edge of the transfer; gsnapfes 12 and is provided with openings in which the rods 14 can slide. These Plate serves as a stop for three pairs of sockets 18, on each rod a pair arranged in such a way that the sockets on either side of the plate are located.

Eine zweite, in ihrer Form der Platte 16 entsprechende Platte 20 ist oberhalb fest mit den Haltestangen 14 durch Paare von Muttern 22 verbunden, die auf die Stangen aufgeschraubt sind und die Platte zwischen sich festhalten, wie dies aus den Fig.1 und 2 erkennbar ist. Die unteren Muttern dieser Paare dienen als Anschlag für die oberen Enden von drei Schraubenfedern 24, von denen je eine auf einer Haltestange angebracht ist. Die unteren Enden dieser Federn stützen sich jeweils gegen eine der Buchsen 18 ab. Unterhalb der unteren Buchsen 18 ist auf den Haltestangen 14 jeweils eine weitere Feder 26 vorgesehen. Diese Federn stützen sich mit ihren oberen Enden gegen die Buchsen 18 und mit ihren unteren Enden gegen Muttern 28 ab, die auf die Haltestangen 14 aufgeschraubt sind. Die Federn sind zwischen den Buchsen 18 und den betreffenden Muttern, zwischen denen sie angeordnet sind, gespannt, und zwischen ihnen ist der Übertragungsnapf 12 und damit die Elektrode 10, die mit dem Übertragungsnapf durch drei radiale Schrauben 30 verbunden ist, in schwimmender Aufhängung gehalten.A second plate 20 corresponding in shape to plate 16 is above firmly connected to the support rods 14 by pairs of nuts 22, the are screwed onto the rods and hold the plate between them, like this can be seen from FIGS. The lower nuts of these pairs are used as a stop for the upper ends of three coil springs 24, one of which each is attached to a support rod. The lower ends of these springs are supported each against one of the sockets 18. Below the lower sockets 18 is on the Holding rods 14 each have a further spring 26 provided. These springs are supported with their upper ends against the sockets 18 and with their lower ends against nuts 28, which are screwed onto the support rods 14. The springs are between the bushings 18 and the relevant nuts between which they are arranged, tensioned, and between them is the transmission cup 12 and thus the electrode 10, which is connected to the transmission cup by three radial screws 30, held in floating suspension.

Die Federanordnungen des Halters dienen dazu, die Elektrode nachgiebig in bezug auf das Werkstück und den Übertragungsstab 6 zu halten, durch den die Ultraschallvibrationen auf die Elektrode- übertragen werden.The spring assemblies of the holder serve to make the electrode pliable with respect to the workpiece and the transmission rod 6, through which the ultrasonic vibrations to be transferred to the electrode.

Die Haltestangen 14 sind mit dem unteren Ende des Übertragungsgehäuses mit Hilfe einer mittels Schrauben 35 befestigten Platte 33 starr verbunden.The support rods 14 are connected to the lower end of the transmission housing rigidly connected by means of a plate 33 fastened by means of screws 35.

In Fig. 1 sind das Werkstück, an dem die Schweißung 32 vorgenommen werden soll, mit 34 und die Nahtfuge, in welcher der Schweißstab sich bewegt, mit 34' bezeichnet.In Fig. 1, the workpiece on which the weld 32 is made should be, with 34 and the seam in which the welding rod moves with 34 '.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, 5 und 6 ist mit 36 ein Schweißkopf und mit 38 ein Übertragungsstab bezeichnet, die in ihrem Aufbau den entsprechenden Teilen der Fig.1. und 2 ähnlich sind. Hier ist eine Platte 40 mit dem unteren Ende des Kopfes 36 durch Schrauben 42 verbunden und weist einen nach unten ragenden, mit Gewinde versehenen Ringansatz 44 auf, auf den eine ein Innengewinde aufweisende Haltehülse 46 aufgeschraubt ist. Diese beiden rohrförmigen Teile dienen zur Aufnahme des oberen Teils eines weiteren Übertragungsnapfes 48, der schwimmend zwischen den Federn 50 und 52 gehalten ist. Das obere Ende des Übertragungsnapfes 48 weist einen sich nach außen erstreckenden Ringflansch 54 auf, der gegen das untere Ende des Ringansatzes 44 anschlagen kann und so die Aufwärtsbewegung des Übertragungsnapfes 48 begrenzt.In the embodiment according to FIGS. 4, 5 and 6, 36 is a welding head and with 38 a transmission rod denotes, the corresponding in their structure Parts of Fig.1. and 2 are similar. Here is a plate 40 with the lower end of the head 36 connected by screws 42 and has a downwardly protruding, threaded ring shoulder 44, onto which one having an internal thread Holding sleeve 46 is screwed on. These two tubular parts are used for receiving of the upper part of another transmission cup 48 floating between the Springs 50 and 52 is held. The upper end of the transfer cup 48 has a outwardly extending annular flange 54, which against the lower end of the Ring shoulder 44 can strike and so the upward movement of the transmission cup 48 limited.

Das untere Ende des Übertragungsnapfes 48 ist durch eine Platte 56 befestigt, die ein Schweißstab 58 durchdringt. Dieser Schweißstab ist durch drei Schrauben 60 starr gehalten, die radial in einer mit der Unterseite der Platte 56 verbundenen Platte 62 angeordnet sind.The lower end of the transfer cup 48 is supported by a plate 56 attached, which penetrates a welding rod 58. This welding rod is through three Screws 60 are rigidly held radially in one with the underside of the plate 56 connected plate 62 are arranged.

Ähnlich wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, 2 und 3 ist das untere Ende des Übertragungsstabes mit einem Kupferschuh 64 versehen, der eine Aufnahmebohrung 66 für das obere Ende der Elektrode und für eine Siliziumfe:ttdichtung 66' aufweist.Similar to the embodiment of FIGS. 1, 2 and 3 is the lower one The end of the transmission rod is provided with a copper shoe 64 which has a receiving bore 66 for the upper end of the electrode and for a silicon seal 66 '.

Der Übertragungsnapf 48 ist mit Hilfe der zwei Schraubenfedern 50 und 52 schwimmend gehalten, wobei die Feder 52 zwischen der Platte 40 und der oberen Seite des Ringflansches 54 des Übertragungsnapfes 48 und die Feder 50 zwischen der entgegengesetzten Seite des Ringflansches 54 und einem den Übertragungsnapf 48 umgebenden Ring 67 gehalten ist, der gegen einen sich nach innen zu erstreckenden Ringflansch 68 am unteren Ende der Haltehülse 46 anliegt.The transmission cup 48 is secured with the aid of the two coil springs 50 and 52 held floating, with the spring 52 between the plate 40 and the upper Side of the annular flange 54 of the transmission cup 48 and the spring 50 between the opposite side of the annular flange 54 and a transfer cup 48 surrounding Ring 67 is held against an inwardly extending annular flange 68 rests against the lower end of the holding sleeve 46.

Die in Fig. 8 gezeigte Elektrode stellt eine Nickelschleppelektrode dar, wie sie gemäß der Erfindung -verwendet wird, und die Elektrode weist einen inneren Draht 70 und einen äußeren Flußmantel 72 auf, der ein schlechterer Wärmeleiter als der Schweißdraht 70 ist und auf die Oberfläche des Drahtes aufgebracht ist. Wie aus dieser Form des Schweißstabes klar hervorgeht, ist der am Ende des Schweißstabes sich beim Schweißen bildende Krater viel tiefer als bei den zur Zeit verwendeten Elektroden, und dies bedeutet, daß das geschmolzene Metall sofort nach seiner Bieldung entfernt wird und daß keine großer, durch Schwerkraft abfallenden Tropfen auftreten. Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei der Bildung von großen Tropfen Kurzschlüsse vorkommen können, durch die die Schweißung unterbrochen wird, was wiederum zu einem ungleichen Auftrag und zur Bildung von porösen Schweißraupen führt.The electrode shown in Fig. 8 is a nickel drag electrode as used in accordance with the invention, and the electrode has one inner wire 70 and an outer flux jacket 72, which is an inferior heat conductor than the welding wire 70 and is applied to the surface of the wire. As is clear from this shape of the welding rod, the one at the end of the welding rod Craters formed during welding are much deeper than those currently in use Electrodes, and this means that the molten metal immediately after its formation is removed and that there are no large drops falling by gravity. Experience has shown that short circuits occur when large droplets form can, by which the weld is interrupted, which in turn leads to an uneven Application and leads to the formation of porous weld beads.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Elektrode, die nicht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verschweißt wurde, ist das Schweißmetall bei 76 und der Flußmantel bei 78 dargestellt. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß der so gebildete Krater 80 im Vergleich zu dem Krater nach Fig. 8 nur eine geringe Tiefe aufweist.In the case of the electrode shown in FIG. 7, which is not used with the electrode according to the invention Device has been welded, the weld metal is at 76 and the river jacket is at 78 shown. From the drawing it can be seen that the crater 80 formed in this way is in the Compared to the crater according to FIG. 8, it has only a small depth.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung wird der Halter horizontal im Abstand von dem zu schweißendenWerkstück bewegt und trägt die Nickelschleppschweißelektrode, die das Werkstück berührt und über dieses unter einem Winkel von etwa 30° zur Oberfläche des Werkstückes-entlang bewegt wird. Während sich nun der Kopf über das Werkstück und entlang der Nahtfuge 34' bewegt, wird er Ultraschallwellen von einem in ihm angeordneten Übertrager von der Größenordnung von ungefähr 20000 Schwingungen pro Sekunde unterworfen. Diese Schwingungen verursachen in bekannter Weise eine erhebliche Verbesserung der Schweißung insofern, als kein Gas oder Flußmittel im Schweißbad. eingeschlossen wird, so daß eine Schweißnaht ohne poröse Stellen und von hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit infolge des viel feineren Korns entsteht. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer Nickelschleppschweißelektrode wurde festgestellt, daß das Korn um ungefähr 50% feiner wurde. Es wurde ferner festgestellt, daß Nickelschleppelektroden hängenbleiben können, wenn keime Schallwellen benutzt werden, während dies ei Verwendung von Schallwellen nicht eintritt. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist die Höhlung am unteren Ende des Stabes nahe dem Ende der Elektrode mehr oder weniger hohlkegelig ausgebildet, wenn kein Ultraschall auftritt, während bei Verwendung von Schall die Höhlung bis zu einer erheblichen Tiefe, vom Ende -der Elektrode an gerechnet, reicht und der Grund der Höhlung einen spitz zulaufenden, sich von der Mitte des Grundes aus nach vorn erstreckenden Ansatz gemäß Fig. 8 aufweist. Diese Ausbildung kommt daher, daß bei Anwendung von Schallwellen das Metall im Augenblick des Schmelzens entfernt wird, wodurch es weniger spritzt und mit größerer Gleichmäßigkeit aufgebracht wird. Die Einrichtung zum Zuführen des elektrischen Stroms zum Halter ist nicht dargestellt, und die Zuführung kann durch beliebige Mittel, beispielsweise Kabel, erfolgen.In practicing the present invention, the holder becomes horizontal moves at a distance from the workpiece to be welded and carries the nickel drag welding electrode, which touches the workpiece and over this at an angle of about 30 ° to the surface the workpiece is moved along. While now the head is over the workpiece and moved along the seam line 34 ', it becomes ultrasonic waves from one inside it arranged transducer of the order of approximately 20,000 oscillations per Second subject. In a known manner, these vibrations cause a considerable one Improvement of the weld insofar as there is no gas or flux in the weld pool. is included, so that a weld seam without porous areas and of high strength and corrosion resistance arises due to the much finer grain. Through the Use of the device according to the invention with a nickel drag welding electrode it was found that the grain became about 50% finer. It was also found that that towing nickel electrodes can get stuck if germs are used with sound waves while this does not occur when using sound waves. As in Fig. 7, the cavity is at the bottom of the rod near the end of the electrode more or less hollow conical if no ultrasound occurs while when using sound the cavity to a considerable depth, from the end of the Electrode counted, is enough and the bottom of the cavity has a tapering, from the center of the ground forward extending approach according to FIG. 8. This training comes from the fact that when sound waves are used, the metal is in the moment of the melt, making it less spattering and more uniform is applied. The device for supplying the electrical Current to the holder is not shown, and the supply can by any Means, for example cables, take place.

Claims

PATENT TANSPRIJCIIG: 1. Clamping device for arc welding electrodes, preferably for drag welding electrodes, in the electrode holder or in the welding head using vibrations, characterized in that an ultrasound generator with a transmission rod (6) is in the electrode holder or in the welding head (2) is arranged, with which the electrode (10) is positively connected in a recess (8), and that the electrode. is clamped on a cup-shaped housing (12, 30) , which is mounted in a known manner in an axial direction in a floating manner.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the cup-shaped housing (12) has a flange (16) against which at least one each from both sides Helical spring (24, 26) rests, the other ends of which extend in both axial directions against stops connected to the welding head (2) and adjustable in the axial direction (20, 28).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that On the welding head (2) axially parallel holding rods (14) are attached, on which the adjustable stop elements (22, 28) and the coil springs (24, 26) are led. Documents considered: German Patent No. 921765; U.S. Patent No. 2445177; Swiss patent specification No. 251946.