DE2342575A1 - Widerstands-punktschweissverfahren - Google Patents

Description

Widerstands-Punktschweißverfahren

Die Erfindung betrifft ein Widerstands-Punktschweißverfahren, bei dem zu verschweißende blechartige Teile zwischen Elektroden aufeinandergepreßt und an der zwischen den Elektroden liegenden Berührungsstelle der Teile durch elektrischen Strom eine Schweißlinse erzeugt wird. Unter blechartigen Teilen im Sinne der Erfindung ist dabei unabhängig von seiner flächenmäßigen Erstreckung Material zu verstehen, das das Niederdrücken von in ihm vorgesehenen Ausbeulungen durch die angepreßten Elektroden zuläßt.

Zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems ist es zweckmäßig, von der während des Schweiß vor ganges durch die Elektroden und die zu verschweißenden Teile gebildeten Anordnung auszugehen. Sie ist in Figur 1 dargestellt, während Figur 2 das elektrische Ersatzschaltbild wiedergibt.

In bekannter Weise liegen die beiden zu verschweißenden Teile und 2 zwischen den Elektroden 3 und 4> die mit einer durch die Pfeile 5 und 6 angedeuteten Elektrodenkraft gegen die Teile 1 und 2 gedrückt werden. Durch den über die Elektroden 3 und 4

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zugeführten "bzw. abgeführten Schweiß strom bildet sich an der Berührungsstelle zwischen den Teilen 1 und 2 unterhalb der Elektroden 3 und 4 die Schweißlinse 7 aus.

Wichtig für die Ausbildung der Schweißlinse an dieser Stelle sind die verschiedenen Widerstände in der in Figur 1 dargestellten Anordnung, d.h. das in Figur 2 wiedergegebene Ersatzschaltbild. Die elektrischen Widerstände der Elektroden 3 und 4 sind vernachlässigbar klein, so daß sie in dem Ersatzschaltbild nicht berücksichtigt sind. Dagegen haben die Kontaktwiderstände E 1 und R 5 zwischen den Elektroden 3 und 4 einerseits und den ihnen jeweils zugekehrten Oberflächen der Teile 1 und 2 andererseits endliche Werte. Man ist bestrebt, diese Widerstandswerte durch möglichst großen Elektrodendruck (Pfeile 5 und 6) möglichst klein zu halten. Da nämlich die durch den Strom erzeugte Wärme nicht nur proportional dem Quadrat des Stromes, sondern auch proportional dem Widerstand an der betrachteten Stelle ist, wurden große Widerstandswerte E 1 und R 5 an den Kontaktstellen zu einer großen Wärmeentwicklung führen, die einerseits die Standzeit der Elektroden und andererseits die Oberflächengüte des Schweißmaterials 1,2 nachteilig beeinflussen würde. Beispielsweise beim Punktschweißen metallisch beschichteter Bleche kann in einem solchen Fall die Beschichtung schmelzen und an die Elektroden anlegieren. Insbesondere bei Stahlblechen, die mit einem niedrig schmelzenden Metall, wie Zink, Aluminium, Blei oder Zinn beschichtet sind, kann sich der Einfluß der Kontaktwiderstände E 1 und R 5 ^auf die Wärmeentwicklung an den Übergangsstellen sehr nachteilig bemerkbar machen.

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Die Materialwiderstände E 2 und R 4 der zu verschweißenden Teile 1 und 2 sind durch den Werkstoff der Teile und ihre Dicke vorgegeben.

Wesentlich für die Ausbildung der Schweißlinse 7 ist der Kontaktwiderstand R 3 zwischen den Teilen 1 und 2. Dieser Eontaktwiderstand muß relativ groß sein, damit an der Stelle, an der die Schweißlinse 7 sich ausbilden soll, die Wärmeentwicklung ihr Maximum besitzt. Ist dieser Widerstand zu klein, so kann sich die Schweißlinse bei unterschiedlich dicken zu verschweißenden Teilen innerhalb des dickeren der beiden Teile ausbilden, nämlich bei gleichen spezifischen elektrischen Widerständen der Teile in der geometrischen Mitte des Abstandes zwischen den beiden Elektroden 3 und 4· Demgemäß ist ein endlicher Widerstandswert für den Eontaktwiderstand R 3 Voraussetzung für die ordnungsgemäße Ausbildung der Schweißlinse 7.

Diese Bedingung widerspricht nun in der praktischen Durchführung des Schweißprozesses gerade den Maßnahmen, die zur Erzielung möglichst kleiner Übergangswiderstände R 1 und R 5 getroffen werden. Je größer nämlich die durch die Pfeile 5 und 6 angedeutete Elektrodenkraft gewählt wird, desto kleiner werden zwar in erwünschter Weise die Eontaktwiderstände R 1 und R 5» desto kleiner wird jedoch auch in unerwünschter Weise der Übergangswiderstand R 3 an der Stelle der späteren Schweißlinse.

Hier schafft die Erfindung eine Lösung. Ihr liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Widerstands-Punktschweißverfahren der oben definierten Art zu schaffen, bei dem bei durch die Elektrodenkraft erzielten kleinen Kontaktwiderständen an den Übergangsstellen zwischen den Elektroden einerseits und den

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zu verschweißenden Teilen andererseits der Kontaktwiderstand zwischen diesen Teilen die zur Ausbildung der Schweißlinse an der gewünschten Stelle erforderliche endliche Größe "besitzt. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß zuvor zumindest eines der Teile im Bereich der späteren Schweißlinse mit einer Ausbeulung versehen wird, die in die dem jeweils anderen Teil abgewandte Richtung weist, und daß die Ausbeulung durch die Elektroden zur Bildung der Berührungsstelle auf das jeweils andere Teil niedergedrückt wird.

Vie diese Elennzeichnung der Erfindung besagt, kommt es "bei den zu verschweißenden Teilen in der Tat nicht auf ihre flächenmäßige Ausdehnung, sondern darauf an, daß die Ausbeulung durch die Elektrodenkraft so weit niedergedrückt werden können, daß der zur Schweißlinsenbildung erforderliche Kontakt zwischen den zu verschweißenden Teilen dann hergestellt wird. Der Zweck der Ausbeulung besteht darin, daß durch sie eine der Elektrodenkraft entgegengerichtete Kraft erzeugt wird, die zwar im Bereich der Berührungsstellen zwischen der benachbarten Elektrode und diesem Teil eine erwünschte Verringerung des Übergangswiderstandes, dagegen aber an der Berührungsstelle zwischen den zu verschweißenden Teilen, d.h. dort, wo sich die Schweißlinse ausbilden soll, eine ebenfalls erwünschte Vergrößerung des Kontaktwiderstandes bewirkt. In einem gewissen Rahmen erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren also eine Entkopplung des Übergangswiderstandes zwischen den zu verschweißenden Teilen von den Übergangswiderständen zwischen den Elektroden und dem Schweiß-

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gut. Man kann also beispielsweise eine höhere Elektrodenkraft erzeugen, um die Übergangswiderstände zwischen den Elektroden und den zu verschweißenden Teilen zu verringern, ohne daß sich der Übergangswiderstand zwischen den zu verschweißenden Teilen, also der in Figur 2 mit R 3 bezeichnete Widerstand, so stark verringert, daß eine Vergrößerung des elektrischen Stromes zur Ausbildung der Schweißlinse notwendig wird, die ihrerseits wieder für den Elektrodenabdruck nachteilig wäre.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Ausbeulung Kalottenform. Zumal die Ausbeulung eine Erstreckung quer zur Anpreßrichtung der Elektroden besitzen kann, die über den !Durchmesser der Elektrodenspitzen hinausgehen kann, ist es zweckmäßig, dasjenige Teil mit der Ausbeulung zu versehen, das der "Gutseite", bezogen auf die Oberflächengüte, durch die verschweißten Teile gebildeten Anordnung gegenüberliegt.

Die Figuren 3 und 4 dienen der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei Figur 3 die Konfiguration der beiden wiederum mit 1 und 2 bezeichneten Teile vor dem Anpressen der Elektroden wiedergibt, die auch hier mit 3 und 4 bezeichnet sind, während Figur 4 diejenige Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, in der die Ausbeulung in dem Teil 1 bis zur Kontaktgabe mit dem Teil 2 durch die Elektrodenkraft 5» 6 herabgedrückt ist.

Erfindungsgemäß ist in diesem Ausführungsbeispiel nur das Blech 1 mit der kalottenförmigen Ausbeulung 8 an derjenigen Stelle versehen, an der sich später die Schweißlinse im Bereich der einander zugekehrten Oberflächen der Teile 1 und

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ausbilden soll. Auf den Scheitel der Ausbeulung 8 wird die Elektrode 3 aufgesetzt, so daß nach Aufbringen der Elektrodenkraft 5» 6 (siehe Figur 4) die Ausbeulung 8 in ihrem mitt 1 eren Bereich auf die zugekehrte Oberfläche des Teiles 2 gedruckt wird. Diesem Niederdrücken setzt das Material des Teils 1 im Bereich der Ausbeulung 8 einen Widerstand entgegen, die eine Gegenkraft 9 zu der Elektrodenkraft 5 erzeugt. Dies bedeutet einerseits eine Vergrößerung der Auflagekraft der Elektrode 3 auf dem Teil 1, wodurch in erwünschter Weise der in Figur 2 mit H 1 bezeichnete Übergangswiderstand verringert wird, andererseits aber eine erwünschte Verringerung der Kontaktkraft 10 zwischen den Teilen 1 und 2, so daß an dieser Stelle der zur Ausbildung der Schweißlinse 7 (siehe Figur 1) erforderliche Widerstandswert erhalten bleibt. Durch eine einzige Maßnahme, nämlich das erfindungsgemäße Vorsehen von Ausbeulungen in zumindest einem der zu verschweißenden Teile, wird also sowohl die für die Standzeit der Elektroden und die Oberflächengüte der zu verschweißenden Teile wichtige Wärme entwicklung an den Übergangsstellen zwischen Elektroden und zu verschweißenden Teilen verringert als auch eine starke Wärmeentwicklung an der für die Schweißlinsenbildung vorgesehenen Stelle sichergestellt.

Die Gegenkraft 9 beruht im wesentlichen auf der Elastizität des Materials des Teils 1. Sie wird mit zunehmender Erwärmung geringer werden, so daß auch der Übergangswiderstand zwischen den Teilen 1 und 2 trotz der ursprünglich vorhandenen Ausbeulung 8 kleiner werden wird. Dies hat auf die Ausbildung der Schweißlinse jedoch praktisch keinen Einfluß mehr, da dann der Kontaktwiderstand R 3 zwischen den

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zu verschweißenden Teilen bereits seine die Lage der Schweißlinse bestimmende Wirkung gehabt hat: sobald nämlich ein Strom über die Elektroden 3 und 4 durch die Teile 1 und 2 an der vorbestimmten Stelle fließt, erfolgt eine Erwärmung der miteinander in Berührung stehenden Oberflächenbereiche der Teile 1 und 2, wodurch der Widerstand an dieser Stelle erhöht wird. Diese Widerstandserhöhung spielt im Rahmen des resultierenden Widerstandes zwischen den Elektroden 3 und 4 praktisch keine Holle, so daß die Höhe des Schweißstromes unbeeinflußt bleibt. Mit fortschreitender Schweißzeit wird demgemäß die in die Schweißlinse eingespeiste Wärmeleistung immer größer, so daß eine Art "Lawineneffekt" eintritt. Dieser Effekt hat sich bereits vor der Verringerung der Gegenkraft 9 eingestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt seine Vorteile besonders deutlich beim Punktschweißen metallisch beschichteter Sieche oder beim Punktschweißen mit besonderen Anforderungen an die Punktoberfläche. Es kann angewendet werden beim Vielpunktschweißen über TJhterkupfer und beim Punktschweißen mit geringem Punktabstand·

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Claims (3)

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   ANSPRÜCHE

   Widerstands-Punktschweißverfahren, bei dem zu verschweißende blechartige Teile zwischen Elektroden aufeinandergepreßt und an der zwischen den Elektroden liegenden Berührungsstelle der Teile durch elektrischen Strom eine Schweißlinse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor zumindest eines (1) der Teile (1,2) im Bereich der späteren Schweißlinse (7) mit einer Ausbeulung (8) versehen wird, die in die dem jeweils anderen Teil (2) abgewandte Richtung weist, und daß die Ausbeulung (θ) durch die Elektroden (3,4) zur Bildung der Berührungsstelle auf das jeweils andere Teil (2) niedergedrückt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbeulung (8) Kalottenform besitzt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dasjenige Teil (1) mit der Ausbeulung (8) versehen wird, das der Gutseite der durch die verschweißten Teile (1,2) gebildeten Anordnung gegenüberliegt.

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