DE1303545B

DE1303545B - Schweißverbindung für Teile aus Titan und Stahl mit einer Zwischenlage

Info

Publication number: DE1303545B
Application number: DE19621303545D
Authority: DE
Inventors: Harold Daniel Steubenville Mitchell David Robert Wintersville Ohio Kessler (V St A )
Original assignee: CONTIMET GmbH
Current assignee: CONTIMET GmbH
Priority date: 1961-04-26
Filing date: 1962-02-13
Publication date: 1972-01-13
Also published as: US3038988A; GB941540A

Description

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wird eine Preßkrafl auf die Teile 10, 14, 12 übertragen. Tafel I

welche /wischen 50 und 1000 kp liegen soll. Hierdurch I'Iüisl· Knnnn-i linie

werden die beiden Teile stark zusammengepreßt und in ₍j.._m -^μ _hj_s -,χ,

thesem /usland wird der Seinseiüstrom für eine kurze, Tilan-Vanadium-Verhindungi . . 255 bis 272

jienau bemessene /eil durchgeleitet. I lierbei kommt die 5 V'iividium 164 hi-, I¹JH

Zwischenschicht 14, aber auch die Teile 10 und 12 teil- Kolilenstoflstahl-Vanadium-'

weise zum Schmelzen, und es bilden sich die Zonen 20 Verb' hin · ^Ί46 his VJO

und 22. Unter der Voraussetzung, daß IO ein Titan- KoMenstolTsiähl".'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 162 bis 202

riech, 14 die Zwischenlage aus Vanadium und 12 ein

Stahlblech ist, hildei sich in der Zone 20 eine Titan- io Es ist ersichtlich, daß die Schweißverbindung in sänit-

Vanadium-Legierung und in der Zone 22 eine Vana- liehen Z< men eine hinreichend gute Zähigkeu uulweisl.

liium-Eisen-Legierung. Dabei sollen die Sehweißver- . .

hältnisse, also der Strom, die Sehweiüzeit und auch der Beispiel .(

l'rel.idruck, so aufeinander abgestimmt sein, daß in der MileinarnJ-r verschweißt wurden Bleche aus Rein-

Mitie der Hinlage 14 eine nicht aufgeschmolzene und 15 titan mit einer Dicke von 0,16 cm und rostfreiem Stahl

nicht legierte Zone 24 stehenbleibt. (IK"/,, Chrom, S"/„ Nickel, Rest Hisen) mit einer Dicke

Um den Gegenstand der Windung weiter zu er- von 0,18 cm. Die Zwischenlage bestand in diesem

läutern and an Hand einiger Messungen auch die Fall aus einer reinen Molybdänfolie von 2.5 · 2,5cm-

rnechanischen Eigenschaften derart hergestellter Fläche und einer Stärke von 0,025 cm.

Schweißverbindungen zu zeigen, sollen im folgenden 20 Es wurde mit einem käuflic!':n lOO-kVA-60-Perio-

einige Ausführungsbeispiele angegeben sein. denschweißgerät geschweißt, wobei die äußeren Be-

. 11 dingungen folgende waren:

^ti ^e ' ^{s p} ' ^e ' Schweißstromstärke: 16 500 Amp. für 28 Perioden.

Es sollte eine Plattierung von Titanmetall u.." rost- Nach dem Aussetzen des Schweißstromes wurden die freiem Stahl hergestellt werden. Zu diesem Zweck 25 zu verschweißenden Teile noch 60 Perioden lang unter wurde eine 0.16 cm dicke Platte aus technisch reinem Druck gehalten. Die Anpreßkraft der Elektroden beTitan .'uif einf 0,17 cm dicke Platte aus rostfreiem trug 750 kp.

Stahl aufgelegt. Der rostfreie Stahl enthielt neben Eisen Nach dem Ausbauen wurde die Schweißstelle Zone

etwa 18 % Chrom und S "/0 Nickel. Zwischen die beiden für Zone mit einem Knoop-Härtemeßgcrät abgetastet,

Platten wurde ein 2.5 · 2.5 cm- großes Folienstück 30 und hierbei wurden bei 100 ρ Belastung folgende

Viiivwlium gelegt, welches eine Stärke von 0,05 cm aiii- Werte erhalten:

wies. Der so hergestellte Aufbau wurde in eine nor- Tafel 2

male lOG-kVA-oO-Hz-Aufpreßpunktschweißmaschinc Phase Knoop-Hiirte

eingebaut und dort mittels 5/8"-Elektroden mit kugel- Titan ' ~>~>7 bis ~>Π

förmiger Spitze geschweißt. Der Schweißstrom wurde 35 Titan-Molvbdän-Verbindung!'.'. 230 bis 265

im Primarstromkrcis des Transformators gemessen Molbvdän' ¹IH bis ^Ί41

und mit dem Übersetzungsverhältnis des Trafos multi- _{rostfrejcr Stah},._Molvbdän;_Ver: "'

rhziert um den sekundären, tatsächlichen Schweiß- _{bind etwa 3J4}

«rom festzustellen Er betrug 8)00 Amp. wahrend rostfreier Stahl 180 bis 182

30 Perioden. Die Elektroden wurden mit einer Kraft 4"

Von 338 kp gegen den Plattenaufbau gepreßt. Nach Es ist zu ersehen, daß auch hier die Zähigkeit völlig

Beendigung der Schweißung wurden die verschweißten einwandfrei ist.

Platten noch für eine Zeit von 60 Perioden zwischen Bei der Herstellung einer ciTindurgsgeniäßcn Wider-

den Elektroden stromlos gehalten wonach diese aus- standspunktschweißverbindung zwischen Teilen aus

einandcrgefdhren wurden. 45 den genannten Legierungen wird praktisch so ver-

Die Prüfung der Schweißstelle ergab, daß diese zäh fahren, daß die miteinander zu verschweißenden Teile

Und duktil war. in an sich bekannter Weise aufeinandergelegt werden.

B e i s ) i c 1 ~> Abgewichen wird von der bekannten Verfahrensweise

nur insofern, als die besagte Zwischenschicht zwischen

Es wurde ein ähnlicher Aufbau hergestellt, wie er im 50 diesen Teilen angeordnet wird. Anschließend hieran Beispiel 1 beschrieben ist. Die Stärke des Titanblcchs wird mit einer beliebigen bekannten Punktschweißbetrug 0.16 en, und die Stärke des Stahlblechs 0.64cm. maschine die eigentliche Schweißverbindung hcrgc-In diesem Fall wurde ein einfacher Kohlenstoffstahl stellt. Hierbei is', darauf ;v achten, daß der .Schweiß-Vc'W'jndet. Die Zwischenschicht :;i's reinem Vanadium strom und die Schweißzeit so eingestellt werden, daß hatte eine Größe von 1.9· 1.8 cm² iiinJ ei·«.: Stärke 55 nicht die gesamte Zwischenlage zum Aufschmelzen Von 0.025 cm. Geschweißt wurde mit einer 70-kVA- kommt. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Maschine, welche eine Eingangsspannung von 440 V Zwischenlage nur an ihren beiden Oberflächen aufaufwies und an einen 60-1 !/-Wechselstrom angesehlos- schmilzt und mit den dort angrenzenden Metallen sen wurde. Der Strom wurde auf dieselbe Weise ge- legiert, so daß im Innern der Zwischenlage eine reine messen wie im Beispiel!. Er betrug 10 300 Amp. für 60 unlegierte Vanadium-bzw. Molybdänschicht (gewisser-15 Perioden. Die geschweißten Bleche wurden nach maßen eine Kernschicht) übrigbleibt. Praktisch kann Abschluß der Schweißzeit noch 60 Perioden lang unter dies erreicht wenJen, wenn das Produkt aus dem Qua-Drtick gehalten. Die Anpreßkraft der Elektroden be- drat der Stromstärke und der Anzahl der Schweißtrug 188 kp. Perioden zwischen 5 · 10^s und 10'° beträgt. Diese

Nach dem Ausbau der Schweißstelle wurden die 65 Werte sind bezogen auf eine Frequenz des Schweißeinzelnen Zonen derselben mittels eines Knoop-Härte- stromes von 60 Hz. Wird eine andere Schweißstrommeßgerätes (100 ρ Belastung) gemessen. Die nachfol- frequenz angewandt, so verschieben sich die genannten gende Tabelle 1 zeigt die erhaltenen Werte. Zahlenwerte entsprechend nach oben oder unten.

on gewissem Einfluß auf die genaue Größe des weißstromes und der Schweißzeit ist auch die Kraft der die miteinander zu verschweißenden Teile immengepreßt werden. Diese Kraft soll bei der stellung der erfindungsgemäßen Ptinktschweißverbindung zwischen 50 und 1000 kp liegen. Hierbei soll so verfahren werden, daß den niedrigen Kräften dieses Bereichs die höheren Schweißleistungen und den höheren Kräften des Bereiches die niedrigen Schweißleistungen zugeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. l'imktschweißvcrbindiing zweier Teile, insbesondere Bleche, deren eines aus Titan oder Titanlegierungen und deren anderes ans Eisen, Stahl oder Stahllegieriingen besieht, bei der im Bereich der zu erstellenden Schweißverbindung zwischen die beiden Teile eine Zwischenlage aus einem anderen Metall gelegt ist, dadurch g ekennzeichnet, daß die Zwischenlage (14) aLis einem Metall der Gruppe Va oder VIa des Periodischen Systems der Elemente besteht und eine Stärke von 0,0025 bis 0,125 mm hat.

2. Punktschweißserbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (14) praktisch die gleiche Flächenausdehnung hat wie die Punktschweißverbindung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Punktschweißverbindung zweier Teile, insbesondere Bleche, deren eines aus Titan oder Titanlegierungen und deren anderes aus Eisen, Stahl oder Stahllegierungen besteht, bei der im Bereich der zu erstellenden Schweißverbindung zwischen die beiden Teile eire Zwischenlage aus einem anderen Metall gelegt ist.

Das Verschweißen von Metallteilen ode -körpern nach dem Widerstandspunktsclnveißvjrfahren ist an sich bekannt und geschieht durch Zusammenpressen derselben zwischen zwei Schweißelektroden und kurzzeitiges Mindurchlciten eines hinreichend starken elektrischen Stromes durch die zusammengepreßten Teile. Hierbei schmelzen die miteinander in Berührung stehenden Teile an den unter Druck stehenden Stellen kurzzeitig auf. wobei die gewünschte punktförmigc Schweißverbindung zustande kommt. Wesentlich für dieses Verfahren ist, daß der sehr hohe Schweißstrom auf eine verhältnismäßig kurze Zeit begrenzt wird, so daß tatsächlich nur cngbcgren/te Flächenbezirke auf Schweißtemperatur erhitzt werden und miteinander verschweißen. Die Erwärmungszeit beträgt nur Bruchteile von Sekunden bis höchstens wenige Sekunden. Sie richtet sich naturgemäß nach der Stärke der miteinander zu verschweißenden Teile, aber auch nach deren physikalischen Eigenschaften, insbesondere derWärmelcitfähigkeit.

Bei der Ausführung dieses bekannten Widcrslandspimktschwcißvcrfahrcns kann entweder so vorgegangen werden, daß die beiden miteinander zu verschweißenden Teile etwa Bleche aufeinandergelegt und von zwei stabförmigcn Elektroden, die sich auf beiden Seiten der miteinander zu verschweißenden Teile be finden, zusammengepreßt werden. Die Arbeitsspitze der beiden Elektroden kann hierbei die Form einer Kiigelkalotte haben und in den meisten Fällen werden die Elektroden von innen mit Wasser oder Gas gekühlt sein. Der elektrische Strom fließt hierbei von der Stromquelle kommend in die eine Elektrode, etwa die obere, dann durch die obere Blechlage in die untere Blechlagc und schließlich über die untere Elektrode in die Schweißstromquelle zurück. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß die beiden zu verschweißenden Teile aufeinandergelegt werden und daß als Unterlage eine Platin, etwa eine keramische Platte, dient. Die beiden

Schweißelektroden werden von einer Seite, etwa von

oben, auf das miteinander z.u verschweißende Paket aufgesetzt Lind mit Druck angeprel.it. In diesem Fall Hießt der Schweißstrom von der Stromquelle kommend durch die erste Elektrode in das obere Blech, von dort in das unter Blech, wird dort wiiitergeleitet und fließt zurück in das obere Blech und von dort in die zweite Elektrode und schließlich zum Generator zurück.

LJ !!abhängig von der Art des ge wähl ten Punk isehweiß-Verfahrens besteht beim Verschweißen von Teilen aus Titan oder Titanlegierungen einerseits mit Teilen aus Eisen, Stahl oder Stahllegierungen andererseits die Schwierigkeit, daß sich im Inn. ι en der Schweißverbindung spröde intermetallische Schichten bilden, die dazu führen, daß die Schweißverbindung eine nicht hinreichend große mechanische Festigkeit hat. Häufig ist es so, daß auch die Zähigkeit (Duktilität) der Schweißverbindung so gering ist, daß diese schon bei geringfügiger Biegebeanspruchung bricht.

Für die Verbindung von Metallen, die schwierig miteinander zu verschweißen sind, ist aus der britischen Patentschrift 493 741 der Vorschlag bekannt, zwischen die miteinander zu verschweißenden Teile eine Lage aus einem Metall anzuordnen, das einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand als die ?u verbindenden Metalle hat und eine Schmelzverbindung mit den zu verbindenden Metallteilen eingeht. Als Beispiel für ein Zwischenlagenmetall bei der Verbindung von Molybdänplatten durch Verschweißen wird Tantal angeführt. Diese bekannte Lehre läßt sich aber zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht verwerten, weil sie beim Verschweißen von Titan und Stahl miteinander nicht zu Verbindungen mit ausreichender Festigkeit und Zähigkeit führt.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung der eingangs geschilderten, beim Verschweißen von Teilen aus Titan oder Titanlegierungen mit Teilen ρ us Eisen, Stahl oder Stahllegieriingen aufgetretenen Schwierigkeiten und die Schaffung einer neuen Schweißverbindunj.· mit ausreichend großer Festigkeit und Zähigkeit.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß

vorgeschlagen, daß die Zwischenlage aus einem Metall der Gruppe Va oder VIa des Periodischen Systems der Elemente besteht und eine Stärke von 0.0025 bis 0.125 mm hat. Diese Zwischenlage hat. im Gegensatz zur Lehre der britischen Patentschrift 493 741. einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand als die zu verbindenden Metalle.

Eis ist nicht erforderlich, daß die Zwischenlage

5" dieselbe Flächenausdehnung hat wie die beiden miteinander zu verschweißenden Teile, sondern die Zweischenlage soll gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfinduii!· praktisch die gleiche Flächenausdehnung haben wie die Piinktschwcißverbindung. Dies ist insbesondere bei den verhältnismäßig teuren Metallen Vanadium und Molybdän als Material für die Zwischenlage von Vorteil.

Die Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Schweißverbindung nach der Erfindung.

Mit 10 und 12 sind die beiden miteinander zu verschweißenden Teile, also etwa die Bleche, bezeichnet. 10 kann beispielsweise ein Blech aus Titan oder einer Titanlegierung sein und 12 ein Blech aus Stahl, beispielsweise einem normalen Kohlenstoffstahl oder auch einem legierten Stahl. Zwischen den Teilen 10 und 12 liegt die Zwischenlage 14 aus Vanadium, Molybdän od. dgl.

Über die beiden Punktschweißelektroden 16 und 18