DE1946359A1 - Widerstands-Schweissvorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwälte

r. fng R Negendank D,p|. Ing. H. Hauck

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The Welding Institute

Abington Hall, Abington

Cambridge, England Io. September 1969

Anwaltsakte M-8So

Widerstands-Schweißvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Widerstands-Schweißvorrichtung mit zwei Elektroden, zwischen denen das zu schweißende Werkstück einklemmbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Schweißen schwerer, weicher Metalle geeignet, kann jedoch auch in vorteilhafter Weise zum Schweißen anderer Metalle unter bestimmten Bedingungen verwendet werden.

Die bewährte Zuverlässigkeit des Widerstandschweißens für viele Metalle, bei denen es normalerweise angewendet wird, und unter den normalen Betriebsbedingungen legt nahe, daß das Verfahren auch bei anderen Metallen oder unter anderen Betriebsbedingungen angewandt werden könnte, ohne daß Schwierigkeiten beim Erreichen der gewünschten Qualität auftreten, und daß die Qualitätsprüfungen nicht schärfer durchgeführt werden müssen als bei den Metallen, bei denen Widerstandsschweißen üblicherweise angewendet ι wird. Diese Annahme ist leider im Falle von Blei und anderen

_ ι .
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Metallen vergleichbaren Gewichtes und vergleichbarer Weichheit ι falsch, selbst wenn der Widerstandsschweißstrom und seine Dauer, : die Elektrodenbelastung, die Elektrodengröße, deren Form und ihr Oberflächenzustand sorgfältig gesteuert werden. Wenn Widerstandsschweißen beispielsweise bei dxspersxonsgehärtetem Blei angewendet wird, ergibt sich eine erstaunlich hohe Zahl von

Festigkeit
Schweißungen geringer / und, wenn dieses außergewöhnliche Verhalten nicht beachtet und korrigiert wird, kann ein Bruch in dem Gefüge auftreten.

Offenbar gibt es nicht nur eine einzige Ursache, die das häufige Auftreten schwacher Schweißungen erklärt. Vielmehr gibt es mehrere Faktoren, die dazu beitragen und miteinander in Wechselwirkung treten.

Es hat sich gezeigt, daß bei den Schweißbedingungen für schwere weiche Metalle viel geringe:« Toleranzen als für andere Metalle zulässig sind. Dies beruht weitgehend auf der Empfindlichkeit der Schweißung bei schweren, weichen Metallen gegenüber jeglichen Einflüssen, die bewirken, daß die normale Verteilung der Unterstützungsdrucke gestört wird. Faktoren, die die Druckverteilung stören, sind Hebelkräfte aufgrund des Gewichtes des Materials, Hebelkräfte aufgrund einer geringen Schräglage bei dem Einlegen des Werkstückes zwischen die- Elektroden oder aufgrund des Einführens des Werkstückes bei einer falschen Höhe, so daß die Elektroden das Material anheben müssen und dadurch eine Torsion hervorrufen. Bei dxspersxonsgehärtetem Blei ergibt sich die weitere Schwierigkeit, daß das Dispersionshärtemittel

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schäumt, wenn das dispersionsgehärtete Blei übermäßig aufgeschmolzen oder zum Fließen gebracht wird, so daß das Material

porös wird und Schweißungen geringer Stärke entstehen. Daher . müssen solche Schweißbedingungen verwendet werden, die ein über-

mäßiges Schmelzen vermeiden. Weil die Schmelzzone relativ schnell wächst, wenn sie erst gebildet ist, können geringe Änderungen der Schweißbedingungen dazu führen, daß die Schweißzone stark verkleinert wird oder sich sogar nicht bildet. Daher führt die Notwendigkeit, übermäßiges Schmelzen zu vermeiden, zu einer weiteren Einschränkung der Toleranzen bei den Schweißparametern (beispielsweise der Stromamplitude), als dies beispielsweise beim Schweißen von Flußstahl der Fall ist. Bevorzugt wird daher im allgemeinen die kleinsfe Schweißung, die die benötigte Stärke und Leck-Dichtigkeit ergibt. Bei Metallen, die im heißen Zustand

Festigkeit

eine geringe / : haben, sind jedoch die verwendbaren Elektrodenkräfte erheblich geringer als bei Stahl, so daß ohne die erfindungsgeaäße Einrichtung die oben erwähnten Hebelkräfte eine größere Wirkung als bei anderen Metallen haben. Da solche Metalle ein hohes spezifisches Gewicht haben, sind diese Hebelkräfte größer als es die Größe des Werkstückes vermuten läßt. Um diesen Hebelkräften entgegenzuwirken, wäre es wünschenswert, eine größere Schweißzone zu erzeugen. Dies kann jedoch nicht in befriedigender Weise durch Erhöhen des Stromes erreicht werden, da in der Praxis der benötigte !Compensationsstrom sich stark mit kleinen Änderungen in den Hebelkräften oder kleinen Änderungen in der Größe der Teile ändert. Ferner kann ein erhöhter Strom bei dispersionsgehärtetem Blei zu einer Porosität führen, wie oben erklärt wurde.

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Festigkeit

Die Zahl der Schweißstellen geringer / kann auf verhältnismäßig einfache Weise durch die erfindungsgemäße Einrichtung ! stark reduziert werden. Erfindungsgemäß ist eine Widerstands-SchweißVorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden einen Teil einer Elektrodeneinrichtung bildet, die zusätzlich eine nicht leitende Hilfs-Klemmeinrichtung auf-' weist, die die Elektrode einschließt, um bei der Arbeitsfläche , der Elektrodeneinrichtung eine nachgiebige Stützfläche zu schaffen, die die Arbeitsfläche der Elektrode flankiert. Die gesamte Elektrodeneinrichtung schafft eine Unterstützung über einen großen Bereich, wobei der Strompfad oder der Bereich, in dem die Elektrode in Kontakt mit dem Werkstück steht, unverändert bleibt. Durch die Angabe, daß die Hilfs-Klemmeinrichtung die Elektrode "einschließt¹¹, soll die Erfindung nicht auf solche Einrichtungen beschränkt werden, bei denen die Hilfs-Klemmeinrichtung die Elektrode vollständig wie eine Buchse umgibt, vielmehr sollen auch solche Einrichtungen eingeschlosaen sein, bei denen die Hilfs- J Klemmeinrichtung zwei Scheiben oder Ringe aufweist, von denen

einer auf jeder Seite einer rollenförmigen Elektrode zum Herstellen von Schweißnähten angeordnet ist.

Die zusätzliche Halterung in der erfindungsgemäßen Einrichtung entlastet die Beanspruchung aufgrund der Hebelkräfte und ermöglicht kleine,aber feste Schweißungen bei Schweißbedingungen herzustellen, die innerhalb der zulässigen Grenzen liegen«

Zum Widerstands-Nahtschweißen kann die Hilfs-Klemmeinrichtung Rollen auf jeder Seite jeder Elektrodenrolle aufweisen. Die

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Hilfsrollen biden dabei eine größere Trag- und Richtfläche für das Werkstück und schließen die Elektrodenrolle zwischen sich ein. Die Hilfsrollen können unabhängig von den Elektrodenrollen oder, wenn der Platz begrenzt ist, in Form von isolierten Scheiben an jeder Seite der Elektrodenrollen befestigt sein.

Diese Scheiben können aus Nylon hergestellt sein, so daß sie I
! sich elastisch verformen und eine Unterstützung für das Blei

bilden, ohne daß sie übermäßige Spuren verursachen, während sie

ermöglichen, daß die Elektrode ungehindert ihre volle Kraft aus-

übenkann. BeimWiderstands-Punktschweißen können zylindrische Klemmteile vorgesehen sein, die die Elektrode umgeben und unabhängig unter Druck gesetzt oder durch Federn oder elastisches Nylon und Gummiteile von der Elektrodeneinrichtung selbst getragen werden können. Im letzteren Fall ist die Kraft zwischen den Elektroden die Differenz zwischen der angewendeten Kraft und der von den zusätzlichen Klemmen ausgeübten Kraft.

Obwohl die erfindungsgemäße Einrichtung zur Verbesserung der Qualität von Schweißungen bei Werkstücken aus weichen schweren Metallen entwickeli: wurde, kann die erfindungsgemäße Einrichtung auch in vorteilhafter Weise unter einigen Bedingungen verwendet werden, wenn andere Metalle geschweißt werden sollen. Beispielsweise kann eine tragbare Schweißpistole mit der Hilfs-Klömmein- i richtung ausgestattet sein, um die Gefahr zu vermeiden, daß kleine Schweißungen in Flußstahl hergestellt werden, beispielsweise, wenn der Bedienungsmann die Schweißpistole nicht ruhig ' j und unter einem gleichbleibenden Winkel zu dem Werkstück halten _; kann.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

; Fig. 1 eine Widerstands-Schweißvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Elektrodeneinrichtung, Fig. 3 die Form der Umfangsflache der Elektrodenräder, und

Fig. H eine graphische Darstellung, die die erhöhte Festigkeit zeigt, die bei Verwendung der Erfindung erzielt wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Widerstands-Schweißvorrichtung ist mit Ausnahme der Elektrodeneinrichtung in herkömmlicher Weise aufgebaut. Die obere Elektrodeneinrichtung 10 ist ein Rad, das drehbar in einer Gabel 12 angeordnet ist. Die Gabel 12 ist gleitbar in einem Gehäuse 14 befestigt. Dadurch kann die obere Elektrodeneinrichtung bezüglich der unteren Elektrodeneinrichtung 16 hin- und herbewegt werden, die ein drehbar auf einer festen Halterung 18 montiertes Rad ist.

_;Wie in Fig. 2 gezeigt ist, besteht jede Elektrodeneinrichtung 10 jund 12 aus einem Elektrodenrad^w20 ausKupfer, das auf jeder Seite

!einen Nylonring 22 hat.

Das Kupferelektrodenrad (Fig. 3) hat eine gewölbte Kante,und die Kanten der Nylonringe liegen geringfügig hinter dem äußersten Punkt der Elektrodenkante. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel

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beträgt der Abstand χ 0,3 mm.

Fig. 4 zeigt in graphischer Form die Vorteile, die durch die erfindungsgemäße Einrichtung erzielt werden. Die Zugfestigkeit der Naht wurde bei Nahtschweißungen an Werkstücken gemessen, die iwährend der Schweißung verschieden großen Torsionsbelastungswerten unterworfen wurden. Zum Erzeugen der Torsion wurden Gewichte auf eine Rolle gehängt, die auf die Oberkante der übereinanderliegenden, zu schweißenden Bleche drückt. Die geschweißten Bleche wurden in Streifen geschnitten, so daß jeder Streifen eine quer verlaufende Schweißlinie nahe bei einem Ende aufwies. An dem anderen Ende wurden die freien Abschnitte der Werkstücke zurückgebogen und auseinandergezogen. -Die Zugfestigkeit der Naht ist in kg/cm Länge angegeben. Die Kurve A bezieht sich auf eine Schweißung, die mit einem Strom von 10,2 kfl mit herkömmlichen Nahtschweißrollen hergestellt wurde. Es ist zu ersehen, daß die Aufbruchfestigkeit schnell mit wachsender Torsionsbelastung abfiel und daß an dem oberen Ende des Torsionsbelastungsbereiches keine wirksame Schweißung mehr vorhanden war. Die Kurve B zeigt, welche Verbesserung erzielt werden kann, wenn die erfindungsgemäßen Elektrodeneinrichtungen verwendet werden. In diesem Fall war die Festigkeit der Naht im wesentlichen in dem gesamten Bereich der Torsionsbelastung konstant. Wenn der Strom auf 11 kA erhöht wurde, wurde bei einer Nahtschweißung mit herkömmlichen Schweißrollen das in der Kurve C gezeigte Resultat erzielt. Wiederum fällt die Aufbruchfestigkeit mit steigender Torsionsbelastung stetig ab, obwohl die Steigung des Abfalles kleiner als in dem Fall der Schweißung A. Schließlich zeigt die Kurve D die Auswirkung der Verwendung der

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erfindungsgemäßen Elektrodeneinrichtung bei dem höheren Strom, der auch bei der Kurve C verwendet wurde. Wiederum ist die Festigkeit im wesentlichen über den gesamten Bereich der Torsionsbela- , stung konstant.

Die Ringe 22, die die seitliche Unterstützung für die Elektrodenrollen 20 bilden, können unabhängig von den Elektrodenrollen belastet werden oder die Ringe können nachgiebig gegenüber der Elektrodenrolle vorbelastet sein. Die Ringe oder anderen Hilfs-Klemmeinrichtungen sollten eine gleiche oder geringer Kraft ausüben als die, die von den Elektroden ausgeübt wird.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel betrifft das Nahtschweißen, die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise bei Punktschweißungen anwendbar. Bei einem Versuch wurde eine Kupferelektrode mit einem Durchmesser von 1,9 cm verwendet, um Blei nach dem Widerstands-Schweißverfahren zu schweißen. Die Elektrode hatte eine Kuppe von 7,6 cm Radius an ihrem Ende.Die Schweißungen wurden mit und ohne Nylonbuchse ausgeführt, die eine Dicke von 9,5 mm aufwies. Die Elektrodenbelastung war etwa 227 kg in jedem Fall und zusätzlich j zu der normalen Torsion auf die Schweißstelle aufgrund des Ge- | wichtes der gerade geschweißten Teile wurde eine zusätzliche Toräonsbelastung durch Anhängen von Gewichten an die Teile ausgeübt. In jedem Fall wurde anfänglich eine Schmelzzone mit einem Durchmesser von 6,3 mm erzeugt, wobei keine zusätzliche Torsion angewendet wurde. Wenn jedoch eine zusätzliche Torsion ausgeübt wurde, hat es sich gezeigt, daß die Stärke der ohne die Nylonbuchse hergestellten Schweißungen-unverhältnismäßig geringer als

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die Stärke der Schweißungen war,die hergestellt wurden, nachdem die Buchse in ihre Lage gebracht war. In extremen Fällen hatte diese Schwäche einen Oberflächenbruch zur Folge.

Wie oben ausgeführt wurde, wären die Schwierigkeiten bei einer Herstellung guter Schweißungen weniger erheblich, wenn die Schweißparameter weniger kritisch wären, wie es bei gewöhnlichen Werkstoffen, beispielsweise Flußstahl, der Fall ist. In solchen Fällen würden die oben beschriebenen Effekte nur eine Verkleinerung der Schweißzone und nicht die sehr große Festigkeitsabnahme

j der Schweißung bewirken, der sich beispielsweise bei Blei ergibt.

In einigen Fällen kann die Hilfs-Klemmeinrichtung aus einem

; starren Weik stoff bestehen, wobei sie jedoch federnd angeordnet

! ist. Dies kann beispielsweise bei Punktschweißelektroden nützlich sein, wo die Hilfs-Klemmeinrichtung eine Buchse ist, die das stabförmige Ende der Elektrode umgibt.

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Claims (1)

1. Patentanwälte
   Dr.lng. H. Negendank

   Dipl. Ing. H. Hauck
   Dipl. Phys. W. Schmitz
   «München 15,M<»arfsfr.23 The Welding Institute ™. 5380586

   Abington Hall, Abington

   Cambridge,England 10. September 1969

   Anwaltsakte M-850

   Patentansprüche

   I^ Widerstands-Schweißvorrichtung mit zwei Elektroden, zwischen denen das zu schweißende Werkstück einklemmbar ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Elektroden
   einen Teil einer Elektrodeneinrichtung bildet, die zusätzlich eine nicht leitende Hilfs-Klemmeinrichtung aufweist, die die Elektrode einschließt, um bei der Arbeitsfläche der Elektrodeneinrichtung eine nachgiebige Stützfläche zu schaffen, die die Arbeitsfläche der Elektrode flankiert.

   , 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende jeder Elektrode stabförmig ist, und daß die Hilfsklemmeinrichtung eine das stabförmige Ende umschließende Buchse
   aufweist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
   Hilfs-Klemmeinrichtung federnd gelagert ist.

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   4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode die Form einer Rolle (20) hat und daß die Hilfs-Klemmeinrichtung für jede Elektrode (20) zwei Ringe oder Scheiben (22) aufweist, die auf jeder Seite der Elektrodenrolle (20) in Kontakt mit der letzteren angeordnet sind und sich im wesentlichen bis zu dem Umfang der Elektrodenrolle (20) erstrecken.

   5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-Klemmeinrichtung elastisch verformbar ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfs-KLemmeinrichtung aus Nylon besteht.

   7. Verfahren zum Widerstands-Schweißen von Werkstücken aus Blei, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schweißenden Werkstücke zusammen zwischen zwei Elektrodeneinrichtungen· eingeklemmt werden, die jeweils aus einer Elektrode und einer die Elektrode umschließenden Hilfs-Klemmeinrichtung bestehen, und daß ein elektrischer Strom durch das Werkstück von einer Elektrode zur anderen geschickt wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Blei dispersionsgehärtetes Blei ist.

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