DE1156185B - Lichtbogen-Bolzenschweissverfahren mit Kondensatorentladung und Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Lichtbogen-Bolzenschweissverfahren mit Kondensatorentladung und Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1156185B
DE1156185B DEJ21075A DEJ0021075A DE1156185B DE 1156185 B DE1156185 B DE 1156185B DE J21075 A DEJ21075 A DE J21075A DE J0021075 A DEJ0021075 A DE J0021075A DE 1156185 B DE1156185 B DE 1156185B
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DE
Germany
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arc
wire
yoke
capacitor discharge
workpiece
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Application number
DEJ21075A
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English (en)
Inventor
Herbert Kenneth Hazel
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/20Stud welding
    • B23K9/201Stud welding of the extremity of a small piece on a great or large basis

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

  • Lichtbogen-Bolzenschweißverfahren mit Kondensatorentladung und Gerät zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Lichtbogen-Bolzenschweißverfahren mit Kondensatorentladung sowie ein Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Es sind bereits Bolzenschweißverfahren mit Kon densatorentladung bekannt, die vorwiegend zum Anschweißen von Drähten oder Drahtstücken an flächige Werkstücke dienen. Dabei wird an Draht und Werkstück, die zunächst einen größeren Abstand voneinander haben, die Spannung eines Kondensators gelegt. Sodann wird der Draht bzw. Bolzen, gewöhnlich durch die Kraft einer Feder, gegen das Werkriück geschnellt. Kurz bevor der Bolzen auf das Werkstück schlägt, springt ein Lichtbogen über, der aus dem Kondensator gespeist wird und der die zusammentreffenden Flächen von Bolzen und Werkstück so weit anschmilzt, daß eine Schweißverbindung zwischen Bolzen und Werkstück entsteht. Dies.-s Verfahren wird auch als Perkussionsschweißen bezeichnet.
  • Nachteilig ist bei diesem bekannten Verfahren, daß der Bolzen beim überschlagen des Lichtbogens bere_,ts eine unter Umständen beträchtliche Geschwindigkeit hat und daß -- besonders, wenn der Lichtbogen sich spät bildest, d. h. der Spalt klein ist - die Zeit zum Aufschmelzen der Kontaktflächen sehr kurz isi. Man muß dann entweder mit einer hohen Kondznsatorspannung arbeiten, oder die Form der Drahtspitze muß besonderen Anforderungen genügen; denn bei zu dünner Spitze besteht die Gefahr, daß diese durch den Lichtbogen zurückschmilzt, und bei zu stumpfer Spitze kann es vorkommen, daß Draht und Werkstück nicht genügend geschmolzen werden. Im ersten Fall werden die beiden Werkstücke wieder hart, bevor sie aufeinandergepreßt werden, und in beiden Fällen entstehen fehlerhafte Schweißungen.
  • Durch das Bolzenschweißverfahren nach der Erfindung werden diese Nachteile, daß eine bestimmte Geschwindigkeit der beweglichen Elektrode eingehalten werden und die Drahtspitze eine bestimmte Ausbildung haben muß, beseitigt, indem der im Kon densatorentladekreis angeordnete Bolzen zunächst durch einen Handhebel auf einen durch einen Anschlag einstellbaren, den Überschlag eines Lichtbogens zulassenden Abstand an das Werkstück herangebracht wird, daß sodann durch den zwischen Bolzen und Werkstück überschlagenden Lichtbogen der Kondensatorentladekreis geschlossen wird, in dem ein Elektromagnet für den Bolzenvorschub liegt, und daß schließlich der durch den Schweißstrom aus der Kondensatorentladung erregte Elektromagnet den Bolzen gegen das Werkstück drückt. Dabei ist nach einer vorteilhaften Ausbildung eines Gerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Elektromagnet als ein mit einer Wicklung versehenes Joch ausgebildet, an, dem ein die Bolzenhalterung tragender Anker um eine waagerechte Achse schwenkbar gelagert ist.
  • Durch den Lichtbogen wird hierbei der Stromkreis über den Bolzen, den Anker, die Magnetwicklung des Joches, den Kondensator, der durch einen Handschalter an eine Aufladestromquelle anschließbar is"I, und das Werkstück schließbar.
  • Zweckmäßigerweise ist das Joch an dem Handgriff mittels eines waagerechten Stiftes schwenkbar gelagert und seine mit Entstehung des Lichtbogens erfolgende Schwenkbewegung durch einen Anschlag einstellbar.
  • Für eine Maschine nach der Erfindung ist die Annäherungsgeschwindigkeit der Elektroden im wesentlichen durch Einstellen des freien Ankerweges wählbar, und die Drahtspitze kann beliebig geformt sein, ohne, daß die Güte der Schweißung davon beeinflußt ist.
  • Insbesondere ist von Vorteil, daß das Schweißen mit der erfindungsgemäßen. Maschine auch durch eine Isolierung hindurch ausgeführt werden kann, indem der Draht durch die Isolierung gedrückt wird, bis ein Lichtbogen entsteht; anschließend erfolgt dann. in der beschriebenen Weise der Stoß der beweglichen Elektrode. An Hand der Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt die Seitenansicht eines Bolzenschweißgerätes zur Verbindung eines Drahtendes mit einer Klemme mit der schematisch dargestellten elektrischen Schaltung, und Fig. 2 ist die vergrößerte Darstellung der Drahthalterung nach Fig. 1, von unten gesehen.
  • Fig. 1 stellt die Maschine in. der Lage dar, in der der Abstand zwischen der Klemme und dem Draht ausreicht, um zwischen beiden einen Lichtbogen entstehen zu lassen. Ein. Handgriff .5 ist mit Schrauben 6 und 8 am Joch 7 befestigt und bildet mit diesem eine geschlossene, um einen am Rahmen (nicht gezeigt) befestigten Stift 9 drehbare Einheit. Das Joch 7 ist aus elektrisch leitendem Material und als Elektromagnet ausgebildet, dessen Wicklung 19 einerseits an den Anker 11 angeschlossen und andererseits mit einem Kondensator 45 verbunden ist. Der Anker 11 ist drehbar auf dem am Joch 7 befestigten Stift 13 gelagert. Eine Druckfeder 21 ist zwischen Anker 11 und Joch 7 wirksam. Bei Erregung des Magneten zieht das Joch 7 den Anker 11 an und bewirkt dessen Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn. Durch eine Stellschraube 15 kann der Abstand zwischen Anker und Joch bei abgeschaltetem Erregungsstrom verändert und damit der Weg des Ankers beim Ein- bzw. Ausschalten des Elektromagneten bestimmt werden.
  • Die Drahthalterung 27 am Anker 11 hält das nichtisolierte Ende des Drahtes 25 fest. Eine verstellbare Drahtsperrschraube 29 ist so an eine biegsame Welle 31 angeschlossen, daß durch Drehen der Schraube die Welle einwärts oder auswärts bewegt werden kann, um den Draht 25 zu arretieren oder freizugeben. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Draht 25 in einem hakenförmigen Ende der Drahtsperre durch die Welle 31 festgehalten wird.
  • Der Amboß 43 aus harten, elektrisch leitendem Material ist auf einem feststehenden Rahmen gelagert. Die Anschlußklemme 39 ist an ihm mit einem Bügel 38 befestigt und stellt den Kontakt mit dem Amboß her.
  • Anschließend wird die Wirkungsweise der Maschine beschrieben.
  • Wenn der Draht 25 arretiert ist, hat er elektrischen Kontakt mit dem Anker 11 und über die Wicklung 19 mit dem Kondensator 45. Der Amboß 43 ist ebenfalls mit dem Kondensator 45 verbunden. Der Kondensator 45 wird über den Schalter 47 durch eine Stromquelle aufgeladen und bleibt aufgeladen, wenn der Schalter geöffnet wird.
  • Beim Schwenken des Griffes 5 im Uhrzeigersinn wird die ganze, aus Anker 11, Joch 7 und Griff 5 bestehende Einheit im Uhrzeigersinn um den Stift 9 gedreht bzw. im umgekehrten Drehsinn, wenn der Griff 5 nach links (Fig. 1) geschoben wird. In Fig. 1 ist der Griff nach links geschoben, bis der Abstand zwischen der Klemme 39 und dem Drahtende 25 zur Erzeugung eines Lichtbogens ausreicht. Dabei ist die durch das Vorwärtsschrieben des Griffes 5 ausgeübte Kraft ohne Einfluß auf den Schweißvorgang, da das Joch 7 an einer Stellschraube 33 zur Anlage kommt. Die Stellschraube 33 ist relativ zum Rahmen 37 so justierbar, daß die aus Anker, Joch und Griff bestehende Einheit entsprechend dem erforderlichen Abstand zwischen der Klemme 39 und dem Drahtende 25 arretiert wird. Dieser Abstand ist so bemessen, daß nach dem Anhalten der Einheit zwischen dem Draht 25 und der Klemme 39 gerade. noch ein Lichtbogen entsteht. Würde dieser Abstand nicht eingehalten, so entstünde zwischen Draht und Klemme ein unmittelbarer Kontakt, dünne Drähte würden sich krümmen, und eine ordnungsgemäße Schweißung wäre nicht möglich.
  • Es ist zu bemerken, daß die Länge des aus der Drahthalterung 27 herausragenden nichtisolierten Drahtes einheitlich sein muß, damit nach dem Anschlagen des Jochs an der Stellschraube 33 der Abstand zwischen dem Ende des Drahtes und der Klemme für das Entstehen eines Lichtbogens ausreicht. Eine solche einheitliche Länge, kann erzielt werden, indem von jedem Draht dieselbe Länge der Isolierung abgestreift und der Draht in die, Drahthalterung eingeführt wird, bis der Vorsprung der Isolierung an der Oberseite der Drahthalterung anliegt.
  • Beim Zurückziehen des Griffs 5 wird die aus Anker 11, Joch 7 und Griff 5 bestehende Einheit, wie beschrieben, im Uhrzeigersinne geschwenkt und die Drahthalterung aus ihrer dem Amboß gegenüberliegenden Lage entfernt. Der Draht und die Klemme, die zusammengeschweißt werden sollen; werden ausgewählt, die Klemme wird am Amboß befestigt, die Isolierung wird vom Draht abgestreift, und der Draht wird in die Halterung 23 eingeführt und festgeklemmt. Nun wird der Schalter 47 geschlossen, wodurch der Kondensator 45 auflädt, und dann wieder geöffnet. Danach wird der Griff 5 nach vorn geschoben, bis das Joch 7 an der Stellschraube 33 anliegt. Durch den nun entstehenden Lichtbogen werden das Ende des Drahtes und der Bereich der Klemme, zu dem der Lichtbogen verläuft, geschmolzen. Nach dem Schließen des Stromkreises durch den Lichtbogen fließt Strom in der Wicklung 19, das Joch 7 wird elektromagnetisch erregt und zieht den Anker 11 an. Der Anker 11 dreht sich entgegen dem Uhrzeigersinne um den Stift 13 und überträgt die elektromagnetische Kraft zum Ende des Drahtes 25, wodurch das geschmolzene Drahtende in den geschmolzenen Bereich der Klemme gedrückt und die Klemme mit dem Draht verschweißt wird.
  • Nach dem Verschweißen werden die Klemme und der Draht nach Lösen der Spannschraube 29 herausgenommen., der Griff 5 wird nach hinten gezogen und dadurch die ganze Einheit im Uhrzeigersinne gedreht, und der gleiche Vorgang wiederholt sich für dien nächsten Schweißvorgang.
  • Mit Hilfe eines Bolzenschweißgerätes der beschriebenen Art kann. ein Draht auch an eine isolierte Klemme angeschweißt werden. In Fig. 1 sei nun angenommen, daß die Klemme 39 eine isolierte Klemme ist. Zunächst wird - damit die Stärke und Eigenart der Isolierung berücksichtigt werden - die Schweißmaschine zum Schweißen durch die Isolierung hindurch folgendermaßen eingestellt: Der Griff wird nach hinten gezogen, eine Probeklemme wird am Amboß 43 und ein Probedraht in der Drahthalterung 27 befestigt. Die Stellschraube 33 wird vor der Justage ganz zum Rahmen 37 hin zurückgeschraubt. Der Griff 5 wird nach vorn geschoben und dreht dabei die Einheit um den Stift 9 und bewegt den Draht 25 auf die Klemme 39 zu. Der Draht wird durch die Isolierung hindurch zu der Stelle gedrückt, wo der Abstand zwischen Draht und Klemme einen Lichtbogen entstehen läßt. Nach Feststellung des Abstandes zwischen Joch und Rahmen wird die Stellschraube 33 so justiert, daß das Joch 7 anliegt. Nun können die normalen Schweißvorgänge. stattfinden. Der Draht und die Klemme werden herausgenommen, der Griff wird nach hinten gezogen, und ein neuer Draht mit Klemme wird eingesetzt. Der Griff 5 wird nach vorn geschoben und drückt den Draht 25 in die Isolierung, bis das Joch 7 an der Stellschraube 33 anliegt. Es entsteht ein Lichtbogen zwischen dem Draht 25 und der Klemme 39. Dadurch wird: der Elektromagnet erregt, der Anker 11 bewegt sich zum Joch 7, und durch die Druckwirkung gelangt der Draht 25 in Berührung mit der Klemme 39. Beim Schweißen durch die Isolierung hindurch ist dabei die vom Griff ausgeübte Kraft wichtig, damit die Klemme 39 und der Draht 25 nahe genug zueinander gebracht werden, um einen Lichtbogen durch die Isolierung hindurch entstehen zu lassen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Lichtbogen- Bolzenschweißverfahren mit Kondensatorentladung, dadurch gekennzeichnet, daß der im Kondensatorentladekreis (45, 19, 11, 25, 39, 38, 43) angeordnete Bolzen (25) zunächst durch einen Handhebel (5) auf einen durch einen Anschlag (33) einstellbaren, den Überschlag eines Lichtbogens zulassenden Abstand an das Werkstück (39) herangebracht wird, daß sodann durch den zwischen Bolzen und Werkstück überschlagenden Lichtbogen der Kondensatorentladekreis geschlossen wird, in dem ein Elektromagnet (19) für den Bolzenvorschub liegt, und daß schließlich der durch den Schweißstrom aus der Kondensatorentladung erregte Elektromagnet den Bolzen gegen das Werkstück drückt. z. Bolzenschweißgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet als ein mit einer Wicklung (19) versehenes Joch (7) ausgebildet ist, an dem ein die Bolzenhalterung (27, 31) tragender Anker (11) um eine waagerechte Achse (13) schwenkbar gelagert ist. 3. Bolzenschweißgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißstromkreis durch den Lichtbogen über den Balzen (25), den Anker (11), die Magnetwicklung (19) des Joches (7), den Kondensator (45), der durch einen Handschalter (47) an eine Aufladestromquelle anschließbar ist, und das Werkstück (39) schließbar ist. 4.. Bolzenschweißgerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (7) an dem Handgriff: (5) mittels eines waagerechten Stiftes (9) schwenkbar gelagert ist und daß seine mit Entstehung des Lichtbogens erfolgende Schwenkbewegung durch einen Anschlag (33) einstellbar ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 660 523, 962 361; USA.-Patentschriften Nr. 2 797 302, 2 843 724, 2870322.
DEJ21075A 1960-12-29 1961-12-23 Lichtbogen-Bolzenschweissverfahren mit Kondensatorentladung und Geraet zur Durchfuehrung des Verfahrens Pending DE1156185B (de)

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