DE1952888A1

DE1952888A1 - Verfahren zum Herstellen gleichfoermiger Widerstandsschweissverbindungen

Info

Publication number: DE1952888A1
Application number: DE19691952888
Authority: DE
Inventors: Erlandson Paul M
Original assignee: Continental Can Co Inc
Current assignee: Continental Can Co Inc
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-10-21
Publication date: 1970-08-20
Also published as: GB1251636A; US3597574A; NL7000886A; BE745044A

Description

DIPL.-INQ. F. THIELEKE DR..._Na. R-DoRlNa D.PL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Continental Can Company, Inc., New York 17/USA,633 Third Aven.

"Verfahren zum Herstellen gleichförmiger Widerstandsschweißverb indungen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen gleichförmiger Widerstandsscbweißverbindungen zwischen Metallgegenständen, "bei dem an den Gegenständen angepaßte Oberflächen geschaffen und mit gesteuerter Druckbelastung zusammengebracht werden, bevor die Gegenstände mit einer elektrischen Energiequelle verbunden und deren angepaßte Oberflächen durch elektrische Widerstandsschweißung erwärmt und verschweißt werden.

Verfahren der eingangs genannten Art _y auf welche die vorliegende Erfindung Bezug nimmt, betreffen vornehmlich die Widerstandsschweißung der Kanten von vergleichsweise dünnen Metallblechen mit dem Ziel, kontinuierliche Schweißnähte zu erstellen. Dabei wird mit Rollelektroden gearbeitet.

Außer den bekannten Problemen, die sich der Erzielung befriedigender kontinuierlicher Schweißnähte entgegenstellen, ergibt sich die Schwierigkeit der Energieverluste sowie/auch

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der begrenzten Elektrodenlebenszeit; denn diese Schwierigkeiten beeinträchtigen die Wirtschaftlichkeit des Schweißverfahrens. Es ist leicht einzusehen, daß die Drücke, die im Bereich der Kontaktfläche zwischen Elektrode und Werkstück ausgeübt werden, in bestimmten Grenzen gehalten werden müssen, damit unerwünschte Elektrodenschäden bzw. Oberflächenzerstörungen vermieden werden. Andererseits ist aber die Toraussetzung für eine einwandfreie Widerstandsscbweißung von zur Scbweißung vorbereiteten angepaßten Oberflächen darin zu sehen, daß die geeignete Kombination zwischen Druck und Wärme erzeugt wird. Es ist dabei darauf zu achten, daß ein Schmelzfluß des Metalles vermieden wird. Stattdessen muß die Metalloberfläche unter Beibehaltung ihres festen Zustandes so dicht wie möglich durch Erwärmung an den Schmelzbereich angenähert werden.

In der Vergangenheit wurden die angepaßten Oberflächen durch Schleifung oder Behandlung mit rotierenden Maschinenwerkzeugen vorbereitet. Durch solches Vorgehen ergibt sich aber weder die gewünschte Gleichförmigkeit noch die notwendige Glätte und Güte der Oberflächen. Außerdem erzeugen derartige Behandlungen kleine Vertiefungen in der Metalloberfläche, die sich mit Staub füllen, der bei dem Schleifen oder der Maschinenbehandlung erzeugt wird. Das wiederum hat zur Folge, daß der gewünschte Kontakt zwischen den angepaßten Oberflächen der Metallgegenstände nicht erzielt werden kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, daß-

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die angepaßten Oberflächen vor dem Zusammenbringen mit einer einheitlichen Oberflächenrauhigkeit versehen werden, welche beispielsweise durch eine Preßbehandlung erreicht wird. Durch diese Behandlung, die sich wenigstens auf die angepaßten Oberflächen erstreckt, welche miteinander verschweißt werden sollen, werden Oxydhäute und dgl, aufgebrochen, während zugleich eine Steigerung der Glätte der Oberfläche erzielt wird. Es ergibt sich außerdem eine erheblich bessere und gleichförmigere Oberflächengüte als bei anderen Behandlungen. Es wird vorgezogen, die Preß-* oder Prägebehandlung der angepaßten Oberflächen in Form eines Metallhochenergieformvorganges durchzuführen, um einerseits die bestmögliche Steuerung der Druckbehandlung, andererseits auch eine möglichst rasche Behandlung des Metallbleches zu gewährleisten.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die erläuternden Barstellungen in den Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung einer Präge- oder Preßbehandlung der Kantenbereiche einer metallischen Dosenrumpfzarge bei Anwendung einer Metallhochenergieformbearbeitung.

Fig« 2 zeigt eine Draufsicht auf die Dosenrumpfzarge und die Ausdehnung der behandelten Kantenbereiche, wobei diese zu Erlauterungszwecken breiter als in der Praxis dargestellt sind.

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Fig. 3 zeigt eine im Maßstab vergrößerte Schnittansicht der Dosenrumpfzarge gemäß Mg. 2 bei längs der Linie 3-3 verlaufender Schnittebene und erläutert die Oberflächengüte der behandelten Kantenbereiche der Rumpfzarge.

Pig. 4 zeigt eine Schemaschnittansicht, in welcher erläutert ist, wie die vorbehandelten Kantenbereiche der Rumpfzarge kontinuierlich mittels rollender Elektroden verschweißt werden.·

In der Pig. 2 ist eine Dosenrumpfzarge 5 gezeigt, welche in eine etwa zylindrische Porm gerollt werden soll. Danach wird aus dieser zylindrisch geformten Dosenrumpfzarge dadurch ein Dosenrumpf geschaffen, daß die in Längsrichtung der Zarge verlaufenden Kanten im Zuge eines kontinuierlichen Schweißverfahrens in Überlapplage verschweißt werden.Dieser Schweißvorgang wird dadurch eingeleitet, daß die einander überlappenden Kanten der Rumpfzarge 5 zunächst geheftet und alsdann zwischen einem Paar Ro.llelektroden 6 und 7 (Pig«4) hindurchgeleitet werden.

Aus der Pig. 4 geht deutlich hervor, daß die Dosenrumpfzarge vier kritische Kantenoberfläcben besitzt. Bei diesen handelt es sich um eine innere Kontaktfläche 8, die mit der Innenelektrode in Berührung tritt, eine innere angepaßte Oberfläche 9, eine äußere angepaßte Oberfläche 10 und eine äußere Kontaktfläche 1 1 , welche mit der äußeren Rollelektrode in Berührung

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gebracht werden muß. Es ist offensichtlich, daß zwischen den beiden Elektroden 6 und 7 bzw. der Dosenrumpfzarge 5 drei elektrische Verbindungsstellen liegen. Es handelt sich dabei um die Verbindung zwischen der Elektrode 7 und der inneren IContaktfläche 8, die Verbindung zwischen den beiden angepaßten Überflächen y und 10 sowie die Verbindung zwischen der äußeren Eontaktfläche 11 und der Elektrode 6. Es ist einleuchtend, daß bei einer gegebenen elektrischen Widerstandsschweißeinrichtung diese Verbindungen allein die veränderlichen Parameter bei der Schweißarbeit darstellen. Wenn eine bessere, d.h. wirtschaftlichere und zu höherer Qualität führende Steuerung der Schweißarbeit erwünscht ist, dann kann dieses Ergebnis nur durch Kontrolle bzw. Beeinflussung' der Widerstände erfolgen, die von diesen Verbindungen gebildet werden. Das bedeutet, daß die .Beeinflussung dieser drei Verbindungen nicht nur höchst erwünscht, sondern notwendig ist.

Die Erfindung schlägt vor, die Beeinflussung der elektrischen Widerstände der drei genannten Verbindungen, insbesondere der Verbindung zwischen den beiden angepaßten Oberflächen 9 und 10, dadurch vorzunehmen, daß eine sehr genaue Steuerung bzw. Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit der Kantenoberflächen der Rumpfzarge vorgenommen wird. Es wurde gefunden, daß eine solche Steuerung und Beeinflussung der Oberflächenraubigkeit am geeignetsten durch eine Preßbehandlung der Oberflächen erreicht werden kann. Obwohl zwar geeignete Präge- und

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Preßbehandlungen, welche gleichförmige und einheitliche Steuerungen erlauben, angewendet werden können, wird eine Preßbehandlung vorgezogen, bei welcher eine Hochenergiemetallformung durchgeführt wird.

Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Vorrichtung zur Durchführung einer Hochenergiemetallformbehandlung schematisch dargestellt ist. . ■

Eine Vorrichtung 12 zur Durchführung einer Hochenergiemetallformbehandlung weist eine Grundplatte 13 mit aufrecht stehenden Kantenfübrungsteilen 14 auf, die zur Steuerung und Überwachung der Lage der Dosenrumpfzarge 5 oder auch eines anderen Metallblechteiles dienen, dessen Kanten mittels der Vorrichtung 12 behandelt werden sollen. Die Grundplatte 13 ist mit einem Paar gehärteter Einsatzstücke 15 und 16 versehen, deren Oberflächen so gestaltet sind, daß sie die Kantenbereiche, d.h. also die angepaßten Oberflächen 9 und 11 der Dosenrumpfzarge 5 die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit verleihen.können. Die Dosenrumpfzarge 5 kann durch geeignete Fördereinrichtungen 14 zur Grundplatte 13 zugeführt, dort in der richtigen Lage angeordnet und auch wieder entfernt werden. Die zu diesem Zweck dienenden Förderer können die gleichen sein,die gegenwärtig in der Dosenherstellerindustrie Anwendung finden.

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Die Vorrichtung 12 weist einen Hammer bzw. Stempel 18 auf, der längs seiner beiden gegenüberliegenden Kanten oder Seiten gehärtete und auswechselbare Formstücke 20 und 21 trägt, die in Höhenrichtung mit den Einsatzstücken 15 und 16 der Grundplatte 13 fluchten. Der Hammer oder Stempel 18 wird in Höhenrichtung hin- und hergehend bewegt. Hierzu kann bevorzugt eine .Hochenergieantriebseinrichtung, wie beispielsweise ein elektrohydrauliscbee Arbeitsglied, Verwendung finden.

Es ist aus der Fig. 1 erkennbar, daß bei in der Vorrichtung 12 angeordneter Dosenrumpfzarge 5 zunächst der Hammer oder Stempel 18 nach unten bewegt wird, so daß alle vier Kantenbereiche der DosenrumpfBarge 5 zugleich behandelt werden. Die Arbeitsweise der Vorrichtung 12 kann dabei mit der Arbeitsgeschwindigkeit der Zuführeinrichtung für die Dosenrumpfzargen 5 synchronisiert werden und auf diese Weise auch den Ruropfformeinrichtungen sowie der Schweißeinricbtung zeitlich angepaßt werden. Die Prägebehandlung kann in fliegendem Takt durchgeführt werden, wenn mit einer sehr hoben Geschwindigkeit gearbeitet werden soll und ein entsprechendes elektrohydrauliscnes Hochgeschwindigkeitssystem verwendet wird.

Es ist hervorzuheben, daß das von der vorliegenden Erfindung angestrebte Ziel darin besteht, Oberflächen einheitlicher Oberflächengüte an den Kantenbereichen der Rumpfzarge 5 zu schaffen, daß es jedoch trotz dieser Tatsache nicht unbedingt

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erforderlich Ist, daß die beiden Kontaktflächen 8 und 11 der Dosenrumpfzarge in der gleichen Weise behandelt werden wie die angepaßten Oberflächen. Es wird jedoch vorgezogen, alle vier Oberflächen in der genannten Weise zu behandeln und diese Behandlung in einem einzigen Arbeitsgang durchzuführen. . .

Unter besonderer Bezugnahme auf die Pig. 3 und allgemeiner Bezugnahme auf die Pig. 4 ist zu erkennen, was unter der Schaffung von Oberflächen einheitlicher Güte im Bereich der Kanten der Dosenrumpfzarge 5 zu verstehen ist. Dabei wird an den angepaßten und zu verschweißenden Oberflächen 9 und 10 eine Oberflächengüte überdurchschnittlich hoher Qualität erzeugt. Es hat sich herausgestellt, daß eine Oberflächengüte mit einer höchst zulässigen Raubtiefe von 1 Mikron, bevorzugt jedoch weniger als 1 Mikron, zu den besten Ergebnissen der Kombinationswirkung von Druck und Hitze und damit zu den besten Schweißergebnissen bei vorteilhafter maximaler Ausnutzung und Wirkung der Energie führt. Wenn irgend möglich, dann sollte die Oberflächengüte so hoch getrieben werden, daß die angepaßten Oberflächen und 10 eine höchste Rauhtiefe in der Größenordnung von 0,2 Mikron besitzen.

Wenn es als vorteilhaft gilt, auch die Kontaktflächen 8 und 11 einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise Präge-

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oder Preßbehandlung, zu unterziehen, dann sind hierbei größere Rauhigkeitsgrade zu erzielen, damit ein geringerer Kontaktwiderstand zwischen den Kontaktflächen 8 und 11 und den zugehörigen Rollelektroden 7 und 6 gewährleistet ist.

Es ist an dieser Stelle hervorzuheben, daß keine spezifischen. Präge- oder Preßmuster dargestellt und auch keinerlei derartige Muster erforderlich sind. Es ist lediglich notwendig, daß das gewählte Muster gewährleistet, daß eine einheitliche und gleichförmige Größe des Widerstandes erreicht wird.

Es wird erneut auf die Tig. 3 besonders Bezug genommen; denn es ist zu erkennen, daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Dosenrumpfzarge 5 mit geeigneten Überzügen 22 und 23 versehen sind. Es handelt sich dabei um Schutzüberzüge, die sich nicht bis in die der Präge- oder Preßbehandlung zu unterziehenden Bereiche erstrecken. Ist dies hingegen der Fall, dann müssen die Überzüge in diesen Bereichen entfernt werden, bevor die Präge- oder Preßbehandlung ausgeführt wird.

Es ist hervorzuheben, daß es in einigen iällen möglich ist, eine andere Oberflächenbehandlung als beispielsweise die Präge- oder Preßbehandlung durchzuführen, um die gewünschte Oberflächengüte zu erzeugen. So sind beispielsweise auch chemische Oberflächenbehandlungen denkbar. Es ist offen-

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sichtlich, daß alle losen, dicken, geringfügigen oder auch zahlreichen Oberflächenanlagerungen, hei denen es sich sowohl um Oxyde, Öl, Späne und dgl. handeln kann,entfernt werden müssen. Es kann auch vorteilhaft sein, eine chemische Oberflächenbehandlung durchzuführen, durch die Bedingungen geschaffen werden, die eine größere Gleichförmigkeit des Widerstandes der Kontaktflächen der Dosenrumpfzarge erreicht wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung im vorstehenden ausschließlich anhand schematiscber Darstellungen erläutert und beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß das Ausmaß und die Güte sowie die Art der Durchführung der Präge- oder Preßbehandlung variiert werden kann, um eine Anpassung an die jeweiligen speziellen Erfordernissei vorzunehmen und daß infolgedessen auch keine diesbezügliche weitere Beschreibung erforderlich ist. Obwohl nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter spezieller Bezugnahme auf die zeichnerischen Darstellungen beschrieben wurde, ist jedoch hervorzuheben, daß gewisse Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Inhalt der Erfindung abzuweichen, die durch die anhängenden Patentansprüche zum Ausdruck gebracht wird. i

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen gleichförmiger Widerstandsechweißverbindungen zwischen Metallgegenständen, bei dem an den Gegenständen angepaßte Oberflächen geschaffen und mit gesteuerter Druckbelastung zusammengebracht werden, bevor die Gegenstände mit einer elektrischen Energiequelle verbunden und deren angepaßte Oberflächen durch elektrische Widerstandserhitzung erwärmt und verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die angepaßten Oberflächen vor dem Zusammenbringen mit einer einheitlichen Oberflächenrauhigkeit versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die angepaßten Oberflächen einer Preßbehandlung unterzogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichne t, daß die angepaßten Oberflächen einer Metallhoctaenergieformbebandlung unterzogen werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß an den angepaßten Oberflächen eine Oberflächengüte mit weniger als 1 Mikron Rauhtiefe erzeugt wird.

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Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e Ic e η η ζ e i e h η e t , daß an den angepaßten Oberflächen eine Oberflächengüte mit einer Durchschnittsmittellinienrauhtiefe von etwa 0,2 Mikron erzeugt wird.

6. Verfahren nacb einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der angepaßten Oberflächen Kontaktflächen geschaffen werden, die eine größere Rauhigkeit als die angepaßten Oberflächen aufweisen und miir Elektroden in Berührung überfäbarbar sind.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dad u χ c b g e k e η η ζ e ich η et, daß die angepaßten Oberflächen und die Kontaktflächen zugleich geformt werden.

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