DE2166650A1 - SPOT WELDING PROCESS - Google Patents

SPOT WELDING PROCESS

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Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges PunktschWeißverfah-The invention relates to a novel spot welding process

Gegenwärtig wird bei verschiedenen Verfahren zum Formen von Metall im wesentlichen Energie in. Form von einer von außen aufgebrachten Kraft oder von Wärme angewendet. Ein Beispiel dafür ist das Formschmieden, bei dem eine äußere Kraft oder ein Aufschlag auf ein Metallwerkstück ausgeübt wird, das warm oder kalt sein kann, um es in die gewünschte Form zu bringen. Ein anderes Beispiel besteht darin, daß Metall bis zur Schmelze aufgeheizt und dann als Flüssigkeit in eine Gußform gegossen wird, wo es abkühlen kann. ·At present, various methods of forming metal essentially employ energy in the form of an externally applied force or heat. An example of this is die forging, in which an external force or an impact is exerted on a metal workpiece, which can be hot or cold, in order to bring it into the desired shape. Another example is that metal is heated until it melts and then poured as a liquid into a mold, where it can cool down. ·

Der Unterschied zwischen Kaltverformung und Warmverformung von Metall liegt in der Beziehung der Verarbeitungstemperatur zu der Rekristallisierungstemperatur des Metalls. Die The difference between cold working and hot working of metal lies in the relationship between the processing temperature and the recrystallization temperature of the metal. the

509814/0405509814/0405

/WSPECTED/ WSPECTED

-χ--χ- 21t>üb5ü21t> ü5ü

Rekristallisierungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine markante Erweichung des gerade bearbeiteten Metalles auftritt. Die Kaltbearbeitung von Metall ist eine Verformung des Metalles bei einer Temperatur unterhalb des Rekristallisierungspunktes. Für das Kaltverformen wird mehr Leistung benötigt, da das Metall härter und weniger formbar als das Metall bei dem Warmverformen ist.Recrystallization temperature is the temperature at which there is a marked softening of the metal being processed occurs. Cold working of metal is deformation of the metal at a temperature below the recrystallization point. More power is required for cold forming because the metal is harder and less malleable than is the metal being hot worked.

Beim Metallschmieden ist eine große Energie notwendig, um die Arbeit bei der Metallverformung zu leisten, wodurch große und unhandliche Maschinen notwendig werden. Dies gilt sowohl für das Kaltverformen von Metall als auch für das Warmverformen, obwohl beim Warmverformen von Metall weniger Kraft notwendig ist. Solche Maschinen sind beispielsweise Hochleistungspressen, hydraulische Pressen, Fallhämmer und Dampfhämmer.In metal forging, a great deal of energy is required to do the work of metal deformation, whereby large and unwieldy machines become necessary. This applies to both the cold forming of metal and the Hot working, although less force is required when hot working metal. Such machines are for example Heavy duty presses, hydraulic presses, drop hammers and steam hammers.

Ein anderes Verfahren zur Metallverformung besteht in der Verwendung eines sich ausdehnenden Magnetfeldes (US-PS 2 976 907). Dabei wird ein magnetisches Feld, das von einer Wicklung aufgebaut wird, zur Erzeugung eines Druckes oder einer Kraft auf das Metallwerkstück verwendet, um dadurch das Werkstück in die gewünschte Form zu verformen.Another method of metal deformation is through the use of an expanding magnetic field (U.S. Pat 2 976 907). A magnetic field that is built up by a winding is used to generate a pressure or a Force is used on the metal workpiece, thereby deforming the workpiece into the desired shape.

Neuerdings haben Laboruntersuchungen gezeigt, daß Metalle verformtwerden können, wenn sie Spannungswellen unterworfen werden ("dynamische Plastizität mit großer Verformung bei einer Elastisch-Plastisch-Grenzflache" von J.F.BELL, J. Mech.Phys.Solids, 1968, Band 16, Seite 295). In diesem Bericht wird gezeigt, daß der Zustand der Plastizität in einem Metall durch eine Spannungswelle hergestellt werden kann, die durch Zusammenschlagen zweier gehärteter Metallstangen erzeugt wird.Recently, laboratory studies have shown that metals can be deformed when subjected to stress waves ("dynamic plasticity with large deformation at an elastic-plastic interface" by J.F.BELL, J. Mech.Phys.Solids, 1968, Volume 16, Page 295). In this report it is shown that the state of plasticity in a metal can be produced by a tension wave created by striking two hardened metal rods together.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, die eine elektromagnetische Abstoßung zweier magnetischer Felder und den dadurch erzeugten Schock verwendet, um ein Metallwerkstück inThere is also a device known that an electromagnetic repulsion of two magnetic fields and thereby generated shock used to put a metal workpiece in

5098U/0A055098U / 0A05

seiner Lage zu halten, während es durch andere Mittel verformt wird (US-PS 3 108 325; Fig.1). Diese Technik verwendet jedoch keine Spannungswelle, um das Metall plastisch zu machen, um auf diese Weise die Verformung zu erreichen.to hold its position while it is deformed by other means (US Pat. No. 3,108,325; Fig. 1). Used this technique however, no stress wave to make the metal plastic in order to achieve the deformation in this way.

Es ist bisher nicht möglich gewesen, metallische Gegenstände durch Verwendung einer durch das Metall, verlaufenden Spannungswelle zu verschweißen. Es gibt keine kommerziellen Verfahren, die dieses Konzept verwenden. Ferner gibt es keine kommerziellen oder wissenschaftlichen Verfahren, die elektromagnetische Kräfte verwenden, um eine Spannungswelle zu erzeugen, die ausreicht, um das Metall momentan plastisch zu machen.It has not previously been possible to create metallic objects by using a through the metal Weld stress wave. There are no commercial practices that use this concept. Furthermore there are none commercial or scientific processes that use electromagnetic forces to create a voltage wave, which is sufficient to make the metal plastic at the moment.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Punktschweißverfahren unter Verwendung von Spannungswellen zu schaffen. Dazu kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die im wesentlichen aus einer Energiequelle, die mit einer Flachspule verbunden ist, einem scheibenförmigen Aluminium- oder Kupfertreiber neben der Spule, einem Verstärker oder einer Fokussiereinrichtung neben dem Aluminiumtreiber und einer Stoßdämpfervorrichtung auf der Rückseite der Spule besteht. Vorzugsweise ist eine Gegenmasse an einem Ende der Metallwerkstücke vorgesehen. The invention is therefore based on the object of a spot welding process using stress waves to create. For this purpose, a device can be provided which is im essentially from an energy source connected to a flat coil, a disc-shaped aluminum or copper driver next to the coil, an amplifier or a focusing device next to the aluminum driver and a shock absorber device on the back of the spool. Preferably a counter mass is provided at one end of the metal workpieces.

Der Ausgang der Energiequelle baut ein magnetisches Feld um die Spule auf. Dieses Magnetfeld induziert seinerseits einen Strom in dem Aluminium- oder Kupfertreiber. Der induzierte Strom baut ein magnetisches Feld um den Treiber auf. Die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder bewirkt, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, die dann durch die Fokussiereinrichtung in das Metallwerkstück überführt wird, um das Metallwerkstück momentan plastisch zu machen.The output of the energy source creates a magnetic field around the coil. This magnetic field induces itself a current in the aluminum or copper driver. The induced current builds up a magnetic field around the driver. The interaction of the two magnetic fields causes a voltage wave to be generated, which then passes through the focusing device is transferred into the metal workpiece to make the metal workpiece momentarily plastic.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, welcheEmbodiments of the invention are described with reference to the accompanying drawing, which

5098U/04055098U / 0405

-4:-· i ; 216665G-4: - · i; 216665G

eine schematische Seitenansicht einer Punktschweißvorrichtung zeigt.shows a schematic side view of a spot welding device.

Ein einziges Werkstück kann mit geringen Änderungen dazu verwendet werden, verschiedene Punktschweißverfahren durchzuführen. Die notwendigen Änderungen können in einem Austausch der Energiequelle und/oder in verschieden großen oder geformten Verstärkern bestehen. Die Gemeinsamkeit bei jedem Bearbeitungsvorgang besteht darin, daß eine Spannungswelle auf die Metallobjekte übertragen wird, die die Energiedichte in dem Metall erhöht, um dadurch die Eigenschaften des Metalles zu transformieren und die Durchführung des Punkten Schweißens zu gestatten. A single workpiece can be used for various spot welding processes with minor modifications perform. The necessary changes can be in an exchange of the energy source and / or in different sizes or molded reinforcements. The common feature in every machining process is that a voltage wave is transmitted to the metal objects, which increases the energy density in the metal, thereby transforming the properties of the metal and allowing spot welding to be performed.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Metallwerkstücke bei einer Temperatur unterhalb ihrer Rekristallisier ungs temperatur geschweißt. Die beiden Metallobjekte werden so angeordnet, daß die zu schweißenden Punkte auf jedem der Objekte miteinander in Kontakt stehen. Eine Spannungswelle wird durch eine elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder mit hoher Intensität erzeugt. Diese Spannungswelle wird auf eines der Metallobjekte fokussiert. Der Kontaktpunkt zwischen den beiden metallischen Objekten wirkt als Energiesenke, wo die auf das Metall durch die SpannungswelleAccording to the method according to the invention, the metal workpieces are recrystallized at a temperature below their temperature temperature welded. The two metal objects are arranged so that the points to be welded on each the objects are in contact with each other. A voltage wave is created by an electromagnetic repulsion of two Generates high intensity magnetic fields. This stress wave is focused on one of the metal objects. The point of contact between the two metallic objects acts as an energy sink, where the voltage wave hits the metal

»' aufgegebene Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Die an l»'Abandoned energy is converted into thermal energy. The on l

dem Kontaktpunkt erzeugte Wärme ist groß genug, um die beiden Metallobjekte an dieser Stelle zu schmelzen und sie dadurch zusammenzuschweißen. Es hat sich bei dieser Schweißung als vorteilhaft erwiesen, eines der Metallwerkstücke zu erwärmen, so daß eine leichtere Durchführung der Schweißung möglich ist.The heat generated at the point of contact is large enough to melt the two metal objects at that point and thereby melt them weld together. With this weld it has proven to be advantageous to heat one of the metal workpieces, so that the welding can be carried out more easily.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist im· wesentlichen eine Leistungsquelle 8, einen Spannungswellengenerator 6, eine Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung t6 für die Spannungswelle und eine Einrichtung 20 zum Reflektieren der durch das Werkstück 18 geschickten Spannungswelle auf.To carry out the method according to the invention The device provided essentially has a power source 8, a voltage wave generator 6, a focusing or amplifier means t6 for the voltage wave and a Means 20 for reflecting the sent through the workpiece 18 Tension wave on.

.509814/0405.509814 / 0405

Die Leistungsquelle 8 weist eine Energiequelle 32 und eine Schaltereinrichtung 30 auf, die parallel zu einer Kondensatorbatterie 28 geschaltet sind, die ihrerseits durch eine Schaltereinrichtung 26 mit dem Spannungswellengenerator 6 verbunden ist. Der Generator 6 weist eine Flachspule 12 und einen Treiber 14 auf, die Seite an Seite angeordnet sind. Der Treiber 14 kann entweder aus Aluminium oder aus gehärtetem Kupfer sein. Die durch den Treiber 14 erzeugte Spannungswelle setzt sich durch die Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung 16 und einen Kopf 24 und daher an der Stelle 18 durch die zu schweißenden Werkstücke 1,2 fort. Das Werkstück 2 ist in vollem Kontakt mit der gehärteten Fläche 22 der Gegenmasse 20 zur Reflexion der Spannungswelle, die durch die Werkstücke übertragen wird. ■The power source 8 has an energy source 32 and a switch device 30, which are parallel to a capacitor bank 28 are switched, which in turn by a switch device 26 with the voltage wave generator 6 is connected. The generator 6 has a pancake coil 12 and a driver 14 which are arranged side by side. The driver 14 can either be made of aluminum or hardened Be copper. The voltage wave generated by the driver 14 propagates through the focusing or amplifying device 16 and a head 24 and therefore at the point 18 through the workpieces to be welded 1,2 continue. The workpiece 2 is in full contact with the hardened surface 22 of the counter mass 20 to reflect the stress wave transmitted through the workpieces. ■

Im Betrieb wird die Kondensatorbatterie 28 durch die Energiequelle 32 aufgeladen, wenn der Schalter 30 geschlossen ist. Nachdem die Kondensatorbatterie aufgeladen ist, wird der Schalter 30 geöffnet und die Schaltereinrichtung 26 geschlossen, so daß ein Stromimpuls hoher Amperezahl und kurzer Dauer durch die Flachspule 12 fließt, wobei die Dauer des Stromimpulses in der Größenordnung von Mikrosekunden liegt. Ein Magnetfeld hoher Intensität wird um die Spule 12 herum aufgebaut. Dieses Feld tritt in Wechselwirkung mit dem Treiber 14, der als sekundäre Wicklung mit einer Windung eines Transformators wirkt, wobei dadurch ein Strom induziert wird. Der durch den Treiber 14 fließende induzierte Strom baut ein Magnetfeld hoher Intensität um den Treiber 14 herum auf. Die elektromagnetische Abstoßung aufgrund der Wechselwirkung der beiden Magnetfelder hoher Intensität erzeugt eine Spannungswelle in dem Treiber 14, die durch den Verstärker 16 und den Kopf 24 und daher durch die Werkstücke geschickt wird.In operation, the capacitor battery 28 is charged by the energy source 32 when the switch 30 is closed is. After the capacitor battery is charged, the switch 30 is opened and the switch device 26 is closed, so that a current pulse of high amperage and short duration flows through the flat coil 12, the duration of the current pulse in on the order of microseconds. A magnetic field high intensity is built up around coil 12. This Field interacts with driver 14, which acts as a secondary winding with one turn of a transformer, thereby inducing a current. The induced current flowing through driver 14 builds a high intensity magnetic field around the driver 14. The electromagnetic repulsion due to the interaction of the two magnetic fields high intensity creates a voltage wave in the driver 14 which is passed through the amplifier 16 and the head 24 and therefore through the Work pieces is sent.

Die oben beschriebene Vorrichtung wurde mit Erfolg zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke verwendet. Die Vorrichtung kann in einem Rahmen, fest angeordnet werden, wobei die Werkstücke zugeführt werden, oder sie kann als tragbareThe apparatus described above has been used with success to spot weld two metallic workpieces. the Device can be fixed in a frame, whereby The workpieces can be fed or they can be used as portable

S098U/0405S098U / 0405

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Einheit verwendet und von einem Benutzer gehalten werden. Der einzige bauliche Unterschied, der für die beiden Verwendungsarten benötigt wird, besteht darin, daß bei der tragbaren Vorrichtung ein Bolzen in die Mitte des Hauptteiles des Verstärkers 16 eingeschraubt wird und sich durch die Rückstoßvorrichtung oder den Stoßdämpfer 10 erstreckt und eine Mutter aufweist, um die Bauteile eng beiehander zu halten. Wenn die Vorrichtung in einem Rahmen angeordnet verwendet wird, erstreckt sich .ein Zapfen durch den Stoßdämpfer 10 und in den Verstärker 16, um die Bauteile zentriert zu halten.Unit used and held by a user. The only structural difference that applies to the two types of use is required is that in the portable device, a bolt in the center of the main part of the booster 16 is screwed in and extends through the recoil device or shock absorber 10 and has a nut to keep the components close together. When the device is used arranged in a frame a pin extends through the shock absorber 10 and into the amplifier 16 to keep the components centered.

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Claims (3)

P atentansprüchePatent claims 1. Verfahren zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke aus ähnlichen Materialien, die miteinander in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, und daß die Spannungswelle an eines der Werkstücke angelegt wird, und daß die Intensität und Dauer der Spannungswelle gesteuertwird, wobei die Energiedichte an der Grenzfläche der Werkstücke genügend hoch ist, um die zum Zusammenschweißen der beiden Werkstücke notwendige Wärme zu erzeugen.1. Method of spot welding two metallic workpieces made of similar materials that are together are in contact, characterized in that a voltage wave is generated, and that the voltage wave is applied to one of the workpieces, and that the intensity and duration of the Voltage wave is controlled, the energy density at the interface of the workpieces is high enough to allow the two workpieces to be welded together to generate the necessary heat. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenmasse vorgesehen wird, wodurch die metallischen Werkstücke zwischen der Gegenmasse und der Spannungswellen-Beaufschlagungseinrichtung gehalten werden.2. The method according to claim 1, characterized in that a counter mass is provided, whereby the metallic Workpieces between the counterweight and the stress wave application device being held. 3. Verfahren zum Punktschweißen zweier in Berührung stehende metallischer Werkstücke aus gleichartigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer hohen Teilchengeschwindigkeit versehene Spannungswelle elektromagnetisch erzeugt wird, daß diese Spannungswelle zwecks Erhöhung von deren Stärke und Zeitdauer behandelt wird und daß die so behandelte Spannungswelle an eines der Werkstücke angelegt wird, wodurch die Energiedichte an der Berührungsfläche der Werkstücke ausreicht, um genügend zum Zusammenschweißen dienende Wärme zu erzeugen.3. Process for spot welding two metal workpieces in contact and made of similar materials, characterized in that a voltage wave provided with a high particle velocity is electromagnetic is generated that this voltage wave is treated for the purpose of increasing its strength and duration and that the stress wave treated in this way is applied to one of the workpieces, thereby increasing the energy density at the contact surface the workpieces are sufficient to generate enough heat to weld them together. 509814/0405509814/0405 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED LeerseiteBlank page
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