DE1615135A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Widerstandsschweissen - Google Patents

Description

• 'Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Wider-o standssohweißen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor-M richtung zum elektrischen Widerstenddochweißen, insbesondere Widerstands-Stumpfschweißen, zaD#, für mit den Enden aneinander stoßende Drähte, Zu Beginn eines eierartigen Vorgangs darf des rrefl. druck zwßschen den Werkstücken nicht zu hoch sein., da sonst der elektrische - Widerstand der Grenzschicht fällt, was zu einer unerwünscht langen Heizdauer der Grenzschloht und einer nicht wünschenswerten Wärmeattcbrei tung führt. Bei kohlenstoffhaltigen Stühlen führt die lange Aufheizzeit zu übermäßigem K®hlen-®toffentzug und einer unbefriedigenden Schweißung. Nach Erreichen der SQhmiedetemperatur soll die Vor.-riohtung für den erforderlichen Solaidedruck zwir den Oberflächen-der Werkstücke sorgen. Normalerweise ist der Schmiededruck höher als der erforderliche Kontaktdruck.
• Im Hinblick auf kleine, für die Verwendung in der Draht-Induatrie bestimmte Maschinen, ist die übliche Praxis die, beide Druckzustände mit Hilfe einer einzigen Feder zu bewirken, so daß ein optimales Verhältnis zwischen den Druck-Phasen nicht erreicht werden kann. Darüberhinaus ist es, insbesondere bei großen Drahtdurchmessern, beispielsweise über etwa Beil 9,5 mm Durchmesser, schwierig, ausreichend hohe Schmiedekräfte und Festigkeit der Schweißstelle zu erreichen.
• Dementsprechend besteht die Erfindung in einem Ver. fahren zum Widerstandsschweißen, bei dem ein Schweiß. Strom durch stumpf aneinander stoßende, unter Eine wirkung eines Drucken stehenden Werkstücke fließt, und das sich dadurch auszeichnet, daß der Druck zwiA sehen den Werkstücken Während des Schweißvorganges erzielen. Eine Vorrichtung zum Wideretandeschweißen mit einer die Werkstücke gegeneinander drückenden Halterung weist erfindungsgemäß, Vorkehrungen zur Veränderung des während des Schweißvorganges angewendeten Druckes auf, um einen gegenüber dem beim Aufheizen wirkenden Kontaktdruck unterschiedlichen Schmiededruck zu er. halten.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein druckmittelbetriebener D.fferential@Stel1.. motor verwendet. Den Hohlräumen oder Kammern, die auf jeder Seite des Kolbens im Zylinder angeordnet sind, wird anfangs Druckluft verschiedenen Druckes zuge. führt., so daß als Kontaktdruck zum Widerstands-Beizen der Differenzdruck aus den in den beiden Abschnitten des Zylinders wirksamen Drücken auftritt. Wenn die Grenzfläche die erforderliche Temperatur erreicht hat, oder auch in einem bestimmten Augenblick während des Schmiedens, wird ein Teil des Zylinders belüftet, so daß der Kontaktdruck zum Schmieden erhöht wird. Dies beseitigt das Problem des ungenügenden Aufsetz. Druckes, das im allgemeinen beim üblichen Wider.-. standeschweißen oder bei größeren Drahtdurchmessern auftritt.
• Zusätzlich kann das Auspumpen der Luft aus einem Teil oder einer Kammer des Zylinders geregelt werden, um einen gesteuerten, niedrigen Kontaktdruck-während des Aufheizens zu erhalten. Ähnliche Steuereinrich@ tungen können auch vergesehen sein, um den Luftstrom mit Hilfe eines Ventils zu regeln# und so eine rela. tiv langsame Wirkung während eines Teils oder des ganzen Schmiedevorganges zu erreichen, was ein eicheres Herausdrücken des oxidierten Materials gewähr leistet.
• Das Ausblasen oder Auspumpen von Luft und die daraus resultierende Druckverminderung in einer Kammer des Zylinders kann mit Hilfe eines Mikroschalters eingeleitet werden, der schaltet, nachdem sieh der be@ weltliche Klemmbacken eine geringe Strecke, beispielsweise um einen Millimeter' verschoben hat. Diese Luftdruckverminderung kann auch mit Hilfe bekannter Vor. richtungen zur Messung des Drucks zwischen den zu schmiedenden Oberflächen, der ja fällt, wenn das Material erweicht ist, gesteuert.werden. Anderer. seits kann die Temperatur mit Hilfe einer photoelek. trisohen oder anderen temperaturempfindlichen, in der Schweißmaschine eingebauten Vorrichtung gemesen und das Belüften dadurch eingeleitet werden.
• In manäen Fällen, insbesondere bei größeren Durch messern und bestimmten Werkstoffen, kann es vorteil. haft sein, zwei verschiedene Schmiedrücke zur Ver. fügung zu haben - einen, der eine relativ langsame Bewegung erzeugt,- um Oxide herauszudrücken und, im Falle eines einem Kohlenstoffentzug ausgesetzten Kohlenstoffhaltigen Stahles, eine-zweite, schnellere Bewegung, um den Schmiedevorgang zu vollenden. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß das Belüftungs--Regel. Ventil entfernt oder überbrückt wird. Ein Verfahren besteht darin, eine große Belüftungsöffnung mit Hilfe einer elektrischen Steuerung freizugeben' die entweder in Abhängigkeit von der vog beweglichen PreaR senteil zurückgelegten Strecke oder der Schmiedezeit betätigt werden kann. An Stelle einer stufenweisen Erhöhung der Schmiedekraft ist es-vielfach vorteilhaft, diese ällmählioh zu erhöhen.
• Besonders bei größeren Drahtdurohmesaern kann es wünschenswert sein, die Dauer des Schweißstroms uh. Andererseits kann der Zeitschalter auch ein Zeit intervall vom Beginn der zweiten Schmiedebewegung an messen.
• Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigen jeweils schematisch: In Fig. 1 sind eine stationäre Klemmbacken-Elektrode 1 und eine bewegliche Klemmbacken-Elektrode 2 darge. stellt, die in den Sekundärkreis eines Schweißtransformators 3 eingeschaltet sind. Der Primärkreis des Transformators 3 ist an eine Weohselstromquelle von beispielsweise 400 Volt über ein Schaltschütz 4 angeschlossen. Das Schaltschütz 4 selbst wird von der gleichen Stromquelle über einen handbetätigten Druck. knopfeohalter 5 und einen Mikroschalter MS 2 gespeist, der durch eine Feder in die Schließstellung gedrückt und durch die Schließbewegung des beweglichen Klemm. @ backens 2 geöffnet wird. Der bewegliche Klemmbacken 2 ist mit einem Kolben 6 eines Differential-Stellmotors 7 verbunden, Pder die beiden Luftkammern 7a und 7b aufweist. Druckluft wird in die Kammern 7a und 7b von einer Quelle über die Reduzierventile 8a und Sb geleitet, die die Drücke P1 und P2 erzeugen, wobei P1 größer ist als 22. Mit :._ Hilfe der elektromagnetisch betätigten Ventile 9a und 9b können die entsprechenden Kammern an die Druckluftquelle oder an die Belüftungsöffnung B1, B2 angeschlossen werden. Die Steuerung erfolgt über vier Spulen 11, 12, 13 und 14, die von einer 230 Volt Wechselstromquelle gespeist werden. Die Spule 11 wird überreinen ersten Kontakt Sl/1 eines Druckknopfschal. ters S1 gesteuert. Die Spule 12 wird von einem ersten Kontakt S2/1 eines Druckknopfschalters S 2 gesteuert. Die Spule 13 wird über die zweiten Kontakte S1/2 und S2/2 der Schalter S1 und S2 geschalten während die Spule 14 von einem Mikroschalter MS1 gesteuert wird, der normalerweise geöffnet ist, jedoch durch die Schließbewegung des Klemmbackens 2 geschlossen wird. Eine Betätigung des einen der Druckknopfachalter St oder S2 löst den anderen aus.
• Beim Betrieb der Vorrichtung werden die Druckknopf. sehalter SZ und 5 gedrückt, so daB Luft in die Kammern 7a und 7b eintreten kann und das Schaltschütz 4 schließt. Die Druckdifferenz zwischen den Kammern 7a und 7b liefert den Kontaktdruck, während der Schweißstrom fließt. Erweichen die zu schweißenden Drähte, so bewegt sich die bewegliche Klemmbacke 2 und die Mikroschalter MS2 und MSß werden betätigt, wodurch der Sohwtißstrom abgeschaltet und die Kammer 7b belüftet- wird. So werden die Schmiedebedingungen automatisch erreicht. Nach dem Schmiedevorgang kann der Schmiededruck abgeschaltet und die bewegliche Elektrode 2 in die Ausgangsstellung dadurch zurückgebracht werden, daß der Druckknopf" S2 gedrückt wird, .um die Kammer 78 zu belüften und die Kammer 7b unter Druck zu setzen.
• Bei Verwendung einer derartigen Vorrichtung wird der Stumpfschweißdruck Während des Aufheizens gegebenenfalls unveränderlich und unabhängig steuerbar. Dies ist wichtig, da er die Duktilität der fertigen Schweiß naht zu bestimmen scheint.
• Wenn das Metall schrumpft, sinkt der Druck, und ein Teil des Schmiedevorgangs findet bei niedrigem Druck statt. Die Wirkung des Schalters MS2 verursacht dann, daß eine Seite den Zylinders belüftet wird; der Druck stei#t auf einte vorgegebene liähe an, wobei das Regulierventil 89 bzw. 8b den Schmiededruck bestimmt. , Dass Verhältnis zwischen den Zeiten niedrigen und hoben3@dQ@' Wiv dusch die Diastellung des: .den Etr®w, au^oaholden Bad eo begrenzaadon Sohltero bestimmt.
• Die Verbindung wird te.lwoize vio bei citzar Sawöhnliehen Widerstanasoohweignu;obildet ? da jodoch der abschließende@ioda höher s ot a traten die auf zu niedrigefod@$ zurückzuführenden Scseierikeiteng . euf dio 2@U. bolm gewöhnlichen WId$rstandeschweien diakär Stäbe tri fft p nicht aufs Gezogenes auf dio00 Arg ?@.@-.pe;@l:h,@o Irör4nGn Taeaeutli eh huh2Diil-#ti l i amten als konventionell hers`ll"co Dino iot in Pia. 2 e-. zeigte die die'a:r@a=w r ngt ° q dio nn m @s"cn solchencicl ln ax@L'A.ltfl a10-1a Sohweigd2Ihten Eg#4.t eiao@ll @nsf;h: von 0975#D und elno D@eyhasQA von 59305 @@o#,2 Zoll) arge. bracht tamtsadQn =A die tl ießnd mit ner 'g' alor Geschwindigkeit gonagon wvxdono Lee Geleno ton vc schiedenG Reisa2ü0Lo SV, n@;@ndun@ jedoch atets der gleichedseht@dduI@ Die raphieühe Doret-ellun zeigt eine @?nzwIscen den Aufheiobea:Lungen vor dem Schmieden Und der DuktlitKa Je niedrigerer der Duale während des Aflieizen5 istp doote höhe ist die Dukttll tüte Dieser Effekt scheint früher nicht erkannt worden zu sein. Er kann mit der Temperaturverteilung vor dem Schmieden zusammenhängen.
• Die obere Kurve bezieht sich auf einen End.*Durchmesser von 2,2 mm (=o,o865 Zoll)'; die untere -Üve gibt die Ergebnisse wieder, die man erhält, wenn der gleiche Schweißdraht zu einer größeren fläehenvermin.. derung gezogen wird. Beide Kurven zeigen die gleiche Tendenz und lassen erkennen, daß gezogene, zweistu" fige Widerstand®schweißungen, die mit niedrigem Stumpfpreßdruck während des Aufheizens hergestellt wurden,die doppelte Tßrsionefestigkeit gegenüber üblichau Sohweißungen haben.
• Nebenbei läßt diese Darstellung auch erkennen, wie ein bestimmtes Maß an in diesem Ball das Ziehen durch den Ziehstein, die Duktilität der Schweißstelle im Vergleich zu einem angeschweißten Draht erhöht.
• »ie mechanischen Eigenschaften einer Reihe solcher Schweißnähte., die vor dem Ziehen blei-patentiert wor@. den waren, wurden Die Ergebnisse lassen sich sehr gut mit nach anderexz Methoden hergestellten Schweißnähten vergleichen.
• Eine Erhöhung des Sohmiededrueks erhöht die Zugfestigo ket der gezogenen Schweißnaht, vermindert jedoch die Duktiltäts da sich .die Schweißdrücke hiohtbogen... sehweißbedingung®n mit einer stärkeren %rnetörnng nähern. Eine Reibe von solchen Schweißungene die an Schweißdrähten mit o, 759 Kohlenstoff und einen Durch. messsr von 5,385 mm (-®,232 Zoll) vorgenommen worden sind, benötigen nahezu die gleiche Zug#mEruchloet Wie das Ausgangsmetall. Nachdem der geht ohne nachfolgen--, des Patentieren auf 3,46 mm (= o,116 Zoll) Durchmesser gezogen worden war,.war die endgültige Zugfeetigkeit der Schweißnähte 94-97 % der date.» rials, Wideretandsheizung verhindert die Eildung von Kratern an den Oberflächen der stumpf aneinander stoßenden Enden mit der daraus resultierenden Fehlerhaftigkeit der fertigen Schweißstelle; eine solche Kraterbildung ist charakteristisch für das Lichtbogenschweißen und macht die Anwendung sehr hiher Schmiede°äfte nƒtwen. dige die für diese Methode kennzeichnend sind. Derartige hohe *Schmiedokräfte zerstören den onfluß und verringern die lhtktilität der Schweißnaht. Durch die getrennte Steuerung des Kontaktdrucks während. des Auf. heitens und der endgültigen Soi ede'kraftg kann für die letztere ein mittlerer Druokborelch %wisohen der Wderetandenehweißung (seE. 14 et) und Talchtbogen.. schweißen@a etwa 560 - 2100 at) gewählt werden. Das 'erfahren scheint besonders geeignet zu sein für die Herstellung von Drähten für verschlossene und andere Seile, wo Duktiltät und Plexiblität wichtige Erfordernisse sind. Es kann Drahtfabriken in die Lage versetzen) die Zahl der im fertigen Produkt verbleibenden Schweißstellen zu erhöhen, Dis erfindungsgemäße Vorrichtung ist wesentlich einfacher als Liehtbogenachweißgeräte und wird bei der gleichen Kapazität billiger sein. Das Verfahren viere inigt die Vorteile von Widemtands... und Lichtbogen.. sehweißung, jedoch ohne deren Bachteile.
• Pig. 3 ist Fig. 1 ähnlich., mit der Ausnahme, daß der Mikroschalter MS 1, der in Pig. 1 auf die Stellung des Klemmbeckens 2 anspricht, jetzt gegenüber dem vom Kolben 6 auf den Klemmbacken 2 auag"übten Druck empfindlich ist. Ein Druckumformer PT1, der gegenüber dem Druck in der Verbindungsstange zwischen dem Kolben 6 und dem Klemmbacken 2. anspricht, ist mit einem Druckumformer » Schaltverstärker PAi verbunden, der den Mikroschalter MS-1 betätigt, welcher die Spulen 14 steuert, so d®9 der Überdruck in der Kammer 7b aufgehogen wird und der Schmiededruck ansteigt, wenn der Kolben 6 sich zu bewegen beginnt. Fig. 4 ist wieder ähnlich, jedoch. mit der Ausnahme, daß ein beliebiger Temperaturumformer TI auf die Temperatur der Werksstücke anspricht, Bei Erreichen der Schmiedetemperatur wird ein-Signal ausgesendet und von einem Schaltverstärker TA1 verstärkt, um den Nikroschalter MM zu betätigen.
• Fig. 5 zeigt eine andere 4uqführungefarm der durch die Spule 4 gesteuerten Belüftungaöffnudg _ B2 der Kam.. mer 7b. Die Austritts6ffnung ist in, zwei parallele Durchlässe 1 6 und 17 geteilt' die Ventile aufweisen" um ein langsames DB und schnelles SB Belüften ent. sprechend zu steuern. Die Ventile werden von einem schnellere Bewegung des Kolbens & erfolgt. Während bei dieser Ausfihrungsforz die langsam>oßteurrung des Mikroschalters NS1 wie in Pig. 1 dargestellt ausgeführt ist, kann sie selbstverständlich such in der Anordnung gemäß Fig. 3 oder Pig.. 4. verwendet werden. Fig. 6 zeigt dass Blooksohaltbild bei, Verwendung eines oder mehrerer Druckumformer FT (f ig.3 ) , " Bewegungs# Umformer DT (Endeohalter von fig.fi) und Temperatur.... Umformer TT (fig. 4) ge$ebenenfalle in Verbindung mit einem Zeitschalter zur Steuerung der Drmakatauereinq# heit (Spulen 11,42,13 .und 14) für eine Krafteinheit (Stellmotor 6,7)v in Verbindung mit der Dauer des-Schweißstroata, mit Kilfe einer geeigneten Pragramm. einheit, die einen Zeitschalter zusätzlich zu dem Schalter zur Steuerung der Drucksteuereinheit ent# hält. Der seitliche Ablauf den-Schweiflstrone kann so teilweise durch die Schweißbedingung gesteuert werden, indem der aohweißetrQm für einen bestimmten Zeitabschnitt Weiter eingeschaltet bleibt# nachdem eine Er. weicahung den Verkstaffe durch den Umformer festge.. stellt worden ist.
• Verschiedene Abänderungen können innerhalb des durch die Erfindung gesteckten Rahmens vorgenommen werden. Die Erfindung kann ebenso vorteilhaft bei der Schweia.. nung von Litzen und Drahtseilen, wie bei werkstüoken anderer Fora und Ausführung, und nicht nur bei rundem Dreht und Stangen verwendet worden. .Außerdem bildet der besondere Behweißetromkreie keinen Teil der Br.# -findung, die sbeneo insbesondere für größere Schweiß.., gerät* mit relaisbetätigten Stromkreisen Verwendung finden. icäüno

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Wderstandesohweißenjinebesondere Widerstandsstumgfschweißen, bei dem ein Schweiß-.' Strom durch stumpf eneinanderstoßendei unter Ein. wirkung eines Drucken stehende Werkstücke fließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck zvieehen den Werkstücken während des Schweißvorgangs verändert wird, um einen gegenüber dem Kontaktdruck während des Aufheizens unterschiedlichen Schmiededruck zu erzielen. 2. Verfahren nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in Abhängigkeit von der Bewegung der Werkstücke beim Erreichen der Schmiedetemperatur verändert wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 *der 2, dadurch gekenn# zeichnet, daß der Schmiededruck verändert wird, um eine verhältniaipäßig langsame anfängliche Bohmiede-Bewegung und eine folgende raschere Bewegung zu er. reichen. _ 4. Verfahren -nach einen der Anaprüohe bis 3 # bei dem i ein zwischen den Werkstücken angevendeter Druok diel Druckdifferenz in einem doppelt wirkenden ätellmotor dient, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckänderung eine Zylinderseite belüftet wird. 5. Verfahren nach Anspruch. 3 und 4! dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftung zum Ifrzielen einer lang Samen Bewegung zuerst über eine Drosselvorrichtung vorgenommen wird, und diese Dromeelvorriehtung über. brüßkt oder entfernt wird, um die schnellere Bewegung zu ermöglichen. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Schweißstromes über einen am Ende des Aufheiz-Vorganges anlaufenden Zeitschalter gesteuert wird. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer dem Sohweißstromes über einen zu Beginn der schnelleren Bewegung anlaufen-. s den Zeitschalter gesteuert wird. B. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bie 7, iätt einer, die Werk. stücke gegeneinander. drückenden Halterung, dadurch gekennzeichnet, d®ß Einrichtungen zur Veränderung des während dem Schweißvorganges angewendeten Druckes vorgesehen eind, um einen gegenüber dem Kone taktdruck beim Aufheizen unterschiedlichen Schmiede. druck zu erhalten. 9. Vorrichtung nach. Anspruch ß, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur feetetellung der Relativbewegung 10. Vorrichtung nach Anspruch $ oder 9gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Anwendung enee unteraohieäliohen Sehmiederuoket um eines verhältnismäßig langsame anfängliche Sohmedebewefg gefolgt von einer rascheren Bewegung zu erzielen. 11, Vorrichtung nach einem der Anaprüohe 8 bis t0, bei welcher ein- Verkstüok fest und das andere auf eines beweglichen Teil eines doppelt wirksamen Stellmotors montiert ist$ und der während des Aufhezeng zur Anwendung kommende Druck dem Differenzärudk zwisohex den beiden Kamjaern des Stellmotors entspricht, dadurch gekennseiohnet, daß die zur Druckänderung dienendenEinrivhtungen eine Einrichtung zum Be## lüften einer der Kammern aufweisen. 13. Vorrichtung 4eoh einet der Ansprüche a bis 12, da. durch gekennzeichnet, deß zur Steuerung der Dauer des Bflhweißetromes ein Zeitschalter vorgesehen iat, der durch den Druck am Ende des Aufheigens. gestar.. tot wirAs. 1:4. Vorrichtung nach Anspruch !Q oder 12, dadurch ge.. itsnnseiohnet, daß zur Steuerung der Dauer des Oo%weigetrozes ein Zeitsehrllter vorgesehen ist, der Au Onde der relativ langsamen gohmiedebewegung anläuft*