DE2433648C2 - Buckelschweißverfahren - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Buckelschweißverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-AS 11 38 707 Ist ein Buckelschwelßverfahren der vorgenannten Art bekannt, bei weichem das auf
eine Unterlage aufzuschweißende Werkstück auf seiner Unterseite einen Buckel trapezförmiger Gestalt aufweist,
der in eine an der Schweißstelle In der Unterlage eingesetzte Vertiefung, deren Höhenabmessung geringer als
die des Buckels Ist, eingesetzt wird. De» Durchmesser der
Vertiefung Ist etwas größer als der des Buckels, so daß das beim Zusammendrücken des Buckels während
des Schweißens seitlich wegfließende schmelzflüssige Buckelmaterlai Fiatz findet, ohne von außen sichtbar zu
sein.
Das Buckelschweißen Ist aus dem Punktschweißen heraus entstanden. Durch die Ausbildung von Buckeln
an wenigstens einer der einander gegenüberstehenden Werkstücksflächen erreicht man eine lokale Stromkonzentration, die zu einem raschen Temperaturanstieg führt
und es erlaubt, Werkstücke ohne größere Allgemelnerwärmung miteinander zu verschweißen. Infolge der
großen Wärmekonzentration Im Schweißpunkt Ist es möglich, auch Teile mit großem Massenunterschied
miteinander zu verschweißen (Sudasch, Schweißtechnik, 2. Auflage, Seite 417).
Die Buckel werden beim Schweißen unter der
Wirkung des Schweißdrucks flachgedrückt, sofern sie In Blechen durch Drücken hergestellt sind, teilweise auch
zurückgedrückt. Um die Maßhaltigkeit des Produktes durch die Buckel und das beim Schweißen seitlich
weggedrückte Buckelmaterial nicht zu beeinträchtigen, macht man die Buckel nicht höher, als zur Stromkonzentration notwendig ist. In der Praxis arbeitet man daher
mit Buckeln, die Im Verhältnis zu Ihrer Höhe relativ
orelt sind. Insgesamt somit als flach bezeichnet werden
können.
Die vielfältigsten Geräte und Maschinenteile sind aus
unterschiedlichen metallischen Materlallen zusammengesetzt, um Ihre Eigenschaften zu verbessern. Da solche
Geräte oder Maschinenteile oft aus miteinander verschweißten Teilen bestehen. Ist es daher notwendig,
unterschiedliche Metalle miteinander zu verschweißen.
Bekanntlich lsi es jedoch sehr schwierig, unterschiedliche Metalle miteinander zu verschweißen, wofür die
Unterschiede In den Schmelzpunkten, den Wärmeleitfähigkeiten und Ausdehnungskoeffizienten verantwortlich
sind. Weitere Schwierigkeiten sind darin begründet, daß
sich manche Arten voneinander verschiedenen Metallen
nicht miteinander verbinden oder eine Intermetallische
Verbindung eingehen.
ren verwendet, um den Großteil von einander verschiedenen Metallen miteinander zu verschweißen oder zu
verbinden. Das Diffusionsverfahren hat jedoch den Nachteil, daß es Industriell nur begrenzt Anwendung
finden kann, da beim Schweißen mit diesem Verfahren speziell eingerichtete Umgebungsbedingungen, wie z. B.
Vakuum, Inerte Gase, hohe Temperatur und hoher Druck, geschaffen werden müssen und die Diffusion eine
verhältnismäßig lange Zeltdauer In Anspruch nimmt. Weiterhin Ist es notwendig, daß die metallische Materlallen
an Ihren Oberflächen chemisch rein sein müssen, damit sie zu einem Festkörper verbunden werden
können, und daß die Umgebungsatmosphäre, in der sie
miteinander verbunden werden, ganz spezifisch, je nach der Art der verwendeten Materialien, ausg2sucht sein
muß. Gewöhnlich erfordert die Herstellung eines Diffusionskontaktes
auch die Anwendung hoher Temperatur und hohen Drucks.
Es ist auch schon gelungen, mit Hilfe des Buckelrecht zu den einander berührenden Oberflächen und schmilzt Metall nur an der Berührungsflache des Bukkels. Das Metall des Buckels In geringer Entfernung von dessen Stirnfläche bewegt sich unter dem Einfluß des Schweißdrucks kontinuierlich in Richtung auf die Schmelzstelle. Das geschmolzene Metall wird nach außen an den Rand der zu verschweißenden Oberflächen gequetscht und das feste metallische Material wird in einem Reibungskontakt sich stumpf berührender Oberflächen gedrückt. Es 1st daher ausgeschlossen, daß hler wiederverfstigtes Material zurückbleibt. Fremdstoffe, wie Verunreinigungen, die ehedem an den Berührungsstellen gegebenenfalls vorhanden waren, werden an die Peripherie der Schweißstelle gequetscht oder sie sind In dem
Es ist auch schon gelungen, mit Hilfe des Buckelrecht zu den einander berührenden Oberflächen und schmilzt Metall nur an der Berührungsflache des Bukkels. Das Metall des Buckels In geringer Entfernung von dessen Stirnfläche bewegt sich unter dem Einfluß des Schweißdrucks kontinuierlich in Richtung auf die Schmelzstelle. Das geschmolzene Metall wird nach außen an den Rand der zu verschweißenden Oberflächen gequetscht und das feste metallische Material wird in einem Reibungskontakt sich stumpf berührender Oberflächen gedrückt. Es 1st daher ausgeschlossen, daß hler wiederverfstigtes Material zurückbleibt. Fremdstoffe, wie Verunreinigungen, die ehedem an den Berührungsstellen gegebenenfalls vorhanden waren, werden an die Peripherie der Schweißstelle gequetscht oder sie sind In dem
is Randsaum eingeschlossen, der von spratzendem und
wieder erstarrendem Metall am Rand der Schweißzone notwendigerweise ausgebildet wird.
Das erfindungsgemäße Schweißverfahren erfordert weder die Anwendung einer speziellen Schutzatmosphäre
V
Schweißens Werkstücke aus verschiedenartigen Werk- 20 oder Vorreinigung der Schweißstellen noch einen großen
stoffen miteinander zu verschweißen. Man Ist dabei davon ausgegangen, daß dies gelingt, wenn ..Ie Werkstoffe
miteinander legierungsfählg sind (Sudasch, a. a. O. Seite 416).
Zeitaufwand.
Eine Schweißverbindung, die mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens hergestellt worden ist, weist die folgenden Vorteile auf. Erstens weist sie im geschweißten
dung der herkömmlichen Widerstandsschweißverfahren gewöhnlich ausbilden. Zweitens veiicstlgt sich das
geschmolzene Material an der Peripherie der verschweiß-
Tatsächlich bleiben beim Buckelschweißen aber auf- 25 Gegenstand keinerlei KJumpen auf, die sich durch die
grund der relativ flachen Buckel und besonders dann, Verfestigung von geschmolzenem Metall bei Anwenwenn
diese in das eine Werkstück teilweise zurückgedrückt werden, In der Schweißzone Einschlüsse von
intermetallischen Verbindungen der an der Schweißverbindung teilnehmenden Werkstoffe zurück, die mitunter 30 ten Flächen, wo die Beanspruchungen während der sehr spröde sind und daher die Festigkeit der Schweiß- Abkühlzelt minimal sind. Wie bereits beschrieben, wird verbindung nachteilig beeinflussen. das geschmolzene Material gegen den äußeren Rand
intermetallischen Verbindungen der an der Schweißverbindung teilnehmenden Werkstoffe zurück, die mitunter 30 ten Flächen, wo die Beanspruchungen während der sehr spröde sind und daher die Festigkeit der Schweiß- Abkühlzelt minimal sind. Wie bereits beschrieben, wird verbindung nachteilig beeinflussen. das geschmolzene Material gegen den äußeren Rand
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Buckel- gedrückt, das geschmolzene Metall verfestigt sich
schweißverfahren der eingangs genannten Art, das es daher nicht an den Schweißflächen. Drittens weist die
erlaubt, Werkstücke aus unterschiedlichen Werkstoffen 35 Schweißverbindung eine hohe Festigkeit auf, weil die
sonst üblicherweise In der Schmelze entstehenden spröden Einschlüsse nicht an den Schweißflächen verbleiben.
Die Höhe (h) und der Winkel (α) des Vorsprungs, der
Die Höhe (h) und der Winkel (α) des Vorsprungs, der
miteinander zu verschweißen, ohne daß In der Schweißzone
intermetallische Verbindungen der miteinander verschweißten Werkstoffe zurückbleiben.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk-
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk-
male des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und 40 Schweißstrom (/), der Schweißdruck (P) und die
Anwendungsbeispiele der Eflndung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit relativ hohen Buckeln. Die Zone, In der Metall schmilzt, hat Im
Vergleich zur Buckelhöhe kleine Abmessungen. Hierdurch und üurch das Im Buckel erzeugte Temperaturgefälle
wird erreicht, daß das Metall aus dem Buckel unter dem Einfluß der Temperatur und des Schweißdrucks
plastisch fließt und das geschmolzene Metall an die Peripherie des zu verschweißenden Flächenteils quetscht, bis
schließlich feste metallisches Material in einen Reibungskontakt sich stumpf berührender Oberflächen gedrückt
wird.
Das genannte Temperaturgefälle im Buckel wird maßgeblich
von der Gestalt des Buckels bestimmt, die unverzlchtbar trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Es wird
auf diese Welse erreicht, daß sich Im Stirnflächenbereich
des Buckels die größte Schweißstromdichte ergibt. In der US-PS 35 98 952 Ist Im Zusammenhang mit solchen
Buckelformen bereits beschrieben, daß sich mit Ihnen die μ
Aufheizung durch den elektrischen Strom auf die Stirnfläche
des Buckels konzentrieren läßt.
Mit dem Ausdruck »plastischer Fluß« wird hler ein
Metallfluß bezeichnet, der unter dem Einfluß einer die Formänderungsfestigkeit übersteigenden Schubbeanspruchung
hervorgerufen wird.
Der durch die Werkstücke geleitete elektrische Strom
erzeugt ein Temperaturgefälle In den Werkstücken senk-Sch
velßzelt 0) liegen bei den nachfolgend aufgeführten Verschweißungen unterschiedlicher Metalle in den nachfolgend
angegebenen Bereichen:
1. Aluminium mit Stahl, A = 2mm, α= 12 bis 30%
/=1,5 bis 3,6 kA/mm2, vorzugsweise /,8 bis
2.3 kA/mm2, V= 30 bis 100 kg/mm2, vorzugsweise
48 bis 83 kg/mm2 und / = 0,5 bis 10 Perloden;
2. Gußelsen mit Stahl, h = 2 mm, α = 12 bis 35% / = 0,75
bis 2 kA/mm2, vorzugsweise 1,10 bis 1,65 kA/mm2,
P= 15 bis 90 kg/mm2, vorzugsweise 34 bis 71
kg/mm2 und / = 0,5 bis 10 Perloden;
3. Aluminium mit Kupfer, A=2mm, α= 12 bis 3ö%
1-7,9 bis 3,4kA/mm2, vorzugsweise 3,0 bis
3.4 kA/mm2, P= 20 bis 50 kg/mm2, vorzugsweise 28
bis 32 kg/mm2, und 60,5 bis 3 Perloder.;
4. Kupfer mit Stahl, /i*=2mm, α =15 bis 25% /=2,3
bis 2,9 kA/mm2, vorzugsweise 2,5 bis 2,7 kA/mm2,
P =20 bis 80 kg/mm2, vorzugsweise 35 bis
65 kg/mm2 unJ /= 1 bis 5 Perloden;
5. Stahl m'.t Titan, /i = 2mm, * =7 bis 25% /=1,4 bis
2,0 kA/mm2, vorzugsweise 1,6 bis 1,8 kA/mm2, P= 30 bis 100 kg/mm2, vorzugsweise 48 bis
83 kg/mm2 und / = 0,5 bis 3 Perloden.
Unter Perloden werden hler die Perlodendauern der
Nptzfrequenz verstanden.
Die Erfindung sei nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen, In denen bevorzugte Ausführungsbeispiele
dargestellt sind, näher eräutert. Es zeigt
Flg. 1 einen Buckel, wie j In einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung einer Schweißverbindung verwendet wird;
Flg. 2 die Festigkeit einer Schweißverbindung In Abhängigkeit vom Erhebungswinkel des Buckels;
Flg. 3 eine mikroskopische Darstellung des Inneren Gefüges einer Schweißverbindung von Stahl und Aluminium;
Flg. 4 das mikroskopische Gefüge am Gratrand;
Flg. 5 die Festigkeit der Schweißverbindung In
Abhängigkeit von der Schweißzelt;
Flg. 6 eine mikroskopische Darstellung des Gefüges
von Stahl und Gußelsen, die an einem Buckel miteinander
verschweißt sind;
Flg. 7 die Festigkeit einer Schweißverbindung In
Abhängigkeit von Schweißdruck.
In den Ausfuhrungsbeispielen 1 bis 5 Ist der Buckel auf uei Gticifläche cicä einen der rnc;s!!ischcri Werk
stücke vorgesehen, das bei Stromdurchfluß nur schwer zum Schmelzen zu bringen Ist. Die Abmessungen des
Buckels von gleichschenklig trapezförmigem Queschnltt, wie In Flg. 1 gezeigt, sind durch die Bre'te der oberen
Stirnseite (w), die Höhe (It) und den Winkel (2a) bestimmt,
den die Schenkel des Trapezes miteinander elnschließen.
Obgleich In diesen Ausfuhrungsbeispielen Wechselstrom Verwendung fand. Ist es auch möglich.
Gleichstrom zu verwenden.
Eine scheibenförmige Stahlplatte war mit einem
gleichschenklig trapezförmigem Buckel rings um den gesamten Umfang ausgestattet. Sie wurde auf einen
kubischen Aluminiumblock gelegt und gegen diesen gepreßt, so daß die obere Stirnseite des Buckels In Berührungskontakt
mit der einen Oberfläche des Aluminiumblocks gebracht war.
Die Schweißparameter, wie z. B. die Stahl- und AIufniniumart,
die Abmessungen des Rni-ksk dip. Stromstärke,
der Schweißdruck und die Schweißzelt, sind In Tabelle 1 dargestellt.
Stahlscheibe | Materialart | 1 2 |
Einsatzgehärteter Stahl JIS-SCr 15 (AISI 5115) |
Durchmesser | M mm | ||
Buckel | Höhe (h) | 2 mm | |
Breite (w) | 0,5 mm | ||
Winkel (α) | 10 -45°* | ||
Aluminiumblock | Materialart | JIS-AC4C ASM-43 | |
Länge | 50 mm | ||
Breite | 50 mm | ||
Dicke | 10 mm | ||
Flächenstromstärke | 1,485 kA/mm2 bzw. 1,740 |
||
Schweißdruck | 47 kg/mm2 ** | ||
Schweißzeit | 50 ms | ||
Der Winkel (o) wurde jeweils als Einzelwert aus diesem Bereich ausgewählt, die übrigen Parameter
blieben konstant.
Der Schweißdruck tntspricht einer aufgebrachten Kraft pro Flächeneinheit an der oberen Stirnfläche
des Vorsprungs.
Der Schweißvorgang wurde mit verschiedenen Schweißparametern wiederholt. Die geschweißten
Gegenstände wurden nachfolgend einer Messung der Festigkeit der Schweißverbindung unterzogen.
Fig. 2 veranschaulicht die Abhängigkeit der Schweißfestigkeit
vom Flankenwinkel des Buckels. In dieser Figur sind zwei Kurven 1 und 2 dargestellt, die mit den
vorgenannten Flächenstromstärken ermittelt wurden.
Fig. 2 zeigt, daß die Schweißfestigkeit bei einem Winkel α von 20°, den die Flanke des Buckels mit der
Senkrechten bildet, einen Maximalwert hat und daß in einem Bereich zwischen 12° und 30° befriedigende
Schweißfestigkeiten zu erzielen sind. Die Schweißfestigkeit nimmt unterhalb von 20° mit dem Winkel ab. Es
besteht die Vermutung, daß diese Abnahme mit der Tatsache zusammenhängt, daß der mittlere Teil des Buckels
auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird als die obere
Stirnseite, wenn der Winkel kleiner wird als 20°. Die Temperaturverteilung innerhalb des Buckels ist dann so,
daß dieser dazu neigt, sich Im mittleren Bereich zu verwerfen, wodurch der erwünschte plastische Fluß nicht
auftritt. In einem solchen Fall kann das geschmolzene Metall nicht ausreichend vom Buckel gegen dessen äußeren
Umfang gequetscht werden, wodurch die Schweißfestigkeit beeinträchtigt Ist.
Es wurde herausgefunden, daß die Breite (w) des Bukkels
die geeignete Schweißstromstärke bestimmt und daß die Schweißfestigkeit in hohem Maße von den Abmessungen
des Buckels, speziell der Breite (w) und der Höhe (h) abhängen.
Die Mikrostruktiir der Verbindungsstelle von Stahlplatte
und Aluminiumblock Im Mlttelberelch der
Schweißzone wurde bei 2OOfacher Vergrößerung betrachtet.
Dies Ist In Fig. 3 dargestellt.
Die MikroStruktur des Grates wurde In gleicher Welse
betrachtet, diese Darstellung zeigt Flg. 4.
In den Fl g. 3 und 4 sind Stahl mit 1, Aluminium mit 2
und ' iermetalllsche Verbindungen aus Stahl und Aluminium
mit 3 bezeichnet.
Wie aus diesen Figuren klar hervorgeht, sind aus Stahl
und Aluminium bestehende Intermetallische Verbindungen 3 an der Schweißstelle zwischen Stahl I und Aluminium
2, die In rig. 3 dargestellt Ist, auch unter dem
Mikroskop nicht zu erkennen. Solche Intermetallische Verbindungen sind jedoch Im Grat neben Stahl 1 und
IO
15 Aluminium 2 enthalten, wie Flg. I zeigt. Hieraus läßt
sich schließen, daß das geschmolzene Metall entlang der Berührungsfläche zu dem äußeren Grat gequetscht
wurde.
Eine scheibenförmige Stahlplatte war mit einem
gleichschenklig trapezförmigen Buckel rings um den gesamten Umfang ausgestattet. Sie wurde auf einen
kubischen Gußelsenblock gelegt und gegen diesen gepreßt, so daß die obere Stirnfläche des Buckels
In Berührungskontakt mit der Oberfläche des Blocks gebracht war. Das Schweißen wurde mit den Parametern
durchgeführt, die In Tabelle 2 dargestellt sind.
Tabelle 2 | Vl.fori.ll..rl | 1 | JIS-SCr 15 (AISI 5115) |
S'.äh!n!ai!e | Durchmesser | 2 | 30 mm |
Höhe (h) | 3 | 2 mm | |
Buckel | Breite (w) | 0,7 mm | |
Winkel (α) | 30' | ||
Materialart | Grauguß JIS-FC 20 (ASTM. A48-64, No30B) |
||
Gußeisenblock | Länge | 50 mm | |
Breite | 50 mm | ||
Dicke | 10 mm | ||
0,50 | |||
Flachenstromstärke | 0,79 kA/mm3 | ||
1,14 | |||
23 kg/mm2 | |||
Schweißdruck | 0 <~ S 333 ms * | ||
Schweißzeit | |||
' Die Stromstärke und die Schweißzelt wurden bei diesen Versuchen verändert, während die anderen Bedingungen konstant blieben.
Der Schweißvorgang wurde wiederholt, wobei einige der Schweißparameter verändert wurden. Die geschweißten
Gegenstände wurden einer Messung hinsichtlich der Schweißfestigkeit unterzogen.
Flg. 5 zeigt die Abhängigkeit der Schweißfestigkeit von der Schweißzelt. In dieser Darstellung sind drei
Kurven 1, 2 und 3 enthalten, die mit den vorgenannten
Flächenstromstärken ermittelt wurden.
Aus Fig. 5 geht hervor, daß die Schweißfestigkeit extrem groß wird, wenn das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung mit hohem Strom und kurzer
Schweißdauer ausgeführt wird, d. h. mit 0,79 kA/mm2
bei einer Schweißdauer von 4 bis 6 Perioden oder mit 1,14 kA/mm2 bei einer Schweißzelt von 2 bis 5 Perioden.
Es ist auch beachtlich, daß die Schweißfestigkeit von der Schweißdauer mit zwei verschiedenen Tendenzen
abhängt. So ist zu beobachten, daß die Schweißfestigkeit bei einer Stromstärke von 0,5 kA/mm2 (Kurve 1) kontlnuierlich mit der Schweißzeit zunimmt, wobei jedoch
nur verhältnismäßig geringe Festigkeiten erreicht werden. Andererseits steigt die Schweißfestigkeit bei den
beiden anderen, höheren Stromstärken (Kurven 2 und 3) sehr schnell mit der Schweißzelt an und erreicht jeweils
beachtlich hohe Maximalwerte. Jenseits dieses Maximums Ist dann wieder ein schneller Abfall der Schwelßfestlgkelt mit zunehmender Schweißzelt festzustellen.
Die Stirnfläche des Buckels, der mit der Oberfläche des
Gußelsenblocks während des Schweiß Vorgangs In Verbindung steht, wurde mit el.iem Mikroskop bei 6facher
Vergrößerung betrachtet.
Um zu beachten, wie der Buckel das geschmolzene Material zur Seite quetscht, wurde der Schweißvorgang
mit einer Schweißstromstärke von 75 000 Ampere durchgeführt und nach einer Schweißdauer von nur einer
Perlode unterbrochen. Sodann wurde mit der mikroskopischen Betrachtung begonnen. Das Ergebnis ist In
Fig. 6 dargestellt. In dieser Figur 1st Stahl mit 4, Gußelsen mit 5, geschmolzenes Metall mit 6 und der
Vorsprung mit 7 bezeichnet.
Man sieht aus dieser Figur, daß das geschmolzene Metall 6 von der Stirnfläche des Buckels 7 durch die Plastizität des Stahls zur Seite gequetscht wurde, während
ίο
der Bereich, der dem Fußpunkt des Vorsprungs benachbart Ist, nicht wesentlich deformiert worden Ist. Hieraus
laßt sich schließen, daß das geschmolzene Metall (6) In
Form eines Pilzes vom Buckel 7 während des Schweißvorgangs entlang der Berührungsflächen der beiden zu
verschweißenden Gegenstände zur Seite gequetscht wird.
Eine scheibenförmige Stahlplatte war mit einem
Tabelle 3
gleichschenklig '."apezförrnlgen Buckel rings um den
gesamten Umfang ausgestattet. Sie wurde auf einen kubischen Alumlnlumblock gelegt und gegen diesen
gedrückt, so daß die obere Stirnfläche des Buckels In
Berührungskontakt mit der Oberfläche des Blocks gebracht war. Die Schweißung wurde mit den Parametern
durchgeführt, die In Tabelle 3 angegeben sind.
10
Stahlplatte
Materialart
Durchmesser
Kohlenstoffstahl
JIS-S15C (AISI 1015)
JIS-S15C (AISI 1015)
22 mm
Schweißdruck
10- 100 kg/mm- *
Schweißzeit
33.3 ms
Der Schweißdruck wurde während des Tests in dem angegebenen Bereich variiert.
Der Schweißvorgang wurde unter Veränderung der Schweißparameter wiederholt.
Flg. 7 zeigt die Abhängigkeit der Schweißfestigkeit
vom Schweißdruck. Man sieht aus dieser Figur, daß die Schweißfestigkeit In einem direkt proportionalen Verhältnis
mit dem Schweißdruck zunimmt. Sie nimmt mit
dem Schweißeruck Insoweit zu, als dieser zwischen 30 und 100 kg/mm2 Hegt, so daß der Buckel nicht plastisch
verformt oder verzogen wird, bevor elektrischer Strom
durch Ihn hlndurchflleßt.
Die gleichen Schlußfolgerungen lassen sich unter Heranziehung
der Schweißphänomene In der vorliegenden Erfindung hler ziehen. Namentlich, wenn der Schweißdruck
nicht extrem hoch Ist und gesteigert wird, dann führen die Quetsch- und Bindungsphänomene zu einer
festen Verschweißung der einander berührenden Oberflächen.
Beim Beispiel 3 waren unterschiedliche Metalle miteinander verschweiß worden. Wenn im Gegensatz hierzu
zwei gleiche M;talle miteinander verschweißt werden, dann nimmt die Schweißfestigkeit Im allgemeinen bei
steigendem Schweißdruck ab, da in diesem Fall der Bukkel, der den Berührungskontakt herstellt, sich plastisch
deformiert und seinen Kontaktwiderstand herabsetzt, wenn der Schweißdruck einen bestimmten Wert übersteigt
und auf diese Welse die im Buckel erzeugte Hitze nicht ausreichend ist, um ein befriedigendes Schmelzen
des Metalls sicherzustellen.
Die Abhängigkeit der Schweißfestigkeit von der so
Schweißzeit stellt sich bei diesem Ausführungsbelspie!
als konform zu einer der Tendenzen heraus, die im Beisoiel
2 beschrieben wurden, d. h. die Schweißfestigkeit nimmt mit der Schweißzelt sehr schnell zu und erreicht
ein beachtliches Maximum bei relativ kurzen Schweißzelten.
Mit großer werdenden Schweißzelten nimmt die Schwelßfestlgkeit nach diesem Maximum wieder ab, da
der Buckel deformiert wird.
Wenn dann der Schweißvorgang weitergeht, dann verbreitert sich der obere Bereich des gleichschenklig trapezförmigen
Buckels, während der mittlere Bereich Im wesentlichen seine ursprüngliche Gestalt beibehält. Das
Ergebnis Ist ein Buckel, der in Form eines Stabes deformiert ist. der eine konkave laterale Fläche aufweist. In
diesem Zustand wird die Aluminiumfläche, die in Kontakt
mit dem vergrößerten oberen Teil des Buckels steht. In dem breiten Bereiche ungünstig beeinflußt. Das vorteilhafte
Temperaturgefalle kann sich nicht länger entlang der Achse des Vorsprungs ausbilden.
Wenn daher die Schweißzeit über einen Punkt hinaus verlängert wird, von dem an der trapezförmige Buckel zu
einem Stab mit einer konkaven Lateralfläche deformiert wird, dann wird keine Steigerung der Schweißfestigkeit
erreicht.
Eine scheibenförmige Kupferplatte war mit einem gleichschenklig trapezförmigen Buckel rings um den
Umfang ausgestattet. Sie wurde auf eine scheibenförmige Aluminlumplatte gelegt und gegen diese gepreQt, so daß
die obere Stirnfläche des Buckels in Berührungskontakt mit der Oberfläche der Aluminiumscheibe gebracht war.
Der Schweißvorgang wurde mit den Parametern durchgeführt, die in Tabelle 4 angegeben sind.
Buckel | Höhe (h) | 2 mm I |
Breite (wj | 0.5 rnm | | |
Winkel (α) | 20° I | |
Aluminiumblock | Materialart | J1S-AC4C (ASM-43) |
Länge | 50 mm | |
Breite | 50 mm | |
Dicke | 10 mm | |
Flächenstromstärke | 1,74 kA/mm2 |
11 Tabelle 4 |
24 33 | 648 | 12 |
Kupferscheibe | Matprialarl Durchmesser |
J '3 CuP! (ASi\i 22 mm |
-EiH) |
Buckel | Höhe (h) Breite (w) Winkel (α) |
2 mm 0,5 mm 20° |
|
Aluminiumscheibe | Materialart Durchmesser Dicke |
JIS-AIPi (ASM 50 mm 10 mm |
-1050) |
Flächenstromstärke | 3,1 kA/mm2 | ||
^jhweißzeit | 16,7 Tis |
Es wurde eine Schweißfestigkeit von 0,8 t erreicht. gesamten Umfang ausgestattet. Sie wurde auf eine qua-
derförmlge Titanscheibe gelegt und gegen sie gepreßt, so
25 daß die obere Stirnfläche des Buckels In Berührungskon-
belsplel 5 takt mit der einen Oberfläche der Titanscheibe gebracht
Eine scheibenförmige Stahlplatte war mit einem war. Der Schwelßvorgang wurde mit den Parametern
gleichschenklig trapezförmigen Buckel rings um den ausgeführt, die In Tabelle 5 angegeben sind.
Stahlplatte | Materialart | Kohlenstoffstahl J1S-S15C (AISI 1015) |
Durchmesser | 22 mm | |
Buckel | Höhe (h) | 2 mm |
Breite (w) | ü,5 mm | |
Winkel (a) | 20° | |
Titanscheibe | Materialart | kommerzielles, reines Titan |
Durchmesser | 50 mm | |
Dicke | 10 mm | |
Flächenstromstärke | 1,78 kA/mm2 | |
Schweißdruck | 66,6 kg/mm2 | |
Schweißzeit | 8,3 ms |
Es wurde eine Scheelßfestigkelt von 4,5 t erreicht. bindung gebracht und gegen dieses gedrückt in der
Weise, daß die Endfläche des Rohres In Berühningskon-
beisplel 6 55 takt mit dem Buckel kam. Der Schweißvorgang wurde
Eine Stahlplatte mit einem Buckel rings um den mit Parametern ausgeführt, die in Tabelle 6 angegeben
gesamten Umfang wurde mit einem Kupferrohr In Ver- sind.
Stahlscheibs | Materialart | Kohlenstoffstahl |
JIS-S15C (AISI 1015) | ||
Durchmesser | 22 mm | |
Buckel | Höhe Ce) | 2 mm |
Breivi (w) | 0,5 mm | |
y-inkei (a) | 20° |
13 14 ν Ι
Fortsetzung
Kupferrohr Materialart Elektrolytzähkupfer
JIS-CuPl (ASM-ETP)
Außendurchmesser 25 mm
Innendurchmesser 20 mm
Flächenstromstärke | 2,6 kA/mm2 |
Schweißdruck | 46,4 kg/mm2 |
Schweißzeit | 33,3 ms |
Es wurde eine Schweißfestigkeit von 2,11 erreicht.
Die i.i den Tabellen gegebenen Abkürzungen für die
Materialarten beziehen sich teils auf japanische, teils auf amerikanische Normen.
Claims (11)
1. Widerstands-Buckelschweißverfahren zum Verschweißen zweier Werkstücke aus verschiedenartigen s
Metallen, bei welchen an einem der beiden Werkstücke ein Buckel trapezförmigen Querschnitts ausgebildet wird und Schweißzeit, Schweißstrom sowie
Schweißdruck so gewählt werden, daß die beiden einander berührenden Werkstücke unter dem Einfluß
des Schweißstromes an den zu verschweißenden Flächenabschnitten schmelzen und abgeschmolzenes
Material unter dem Einfluß des Schweißdrucks durch das nicht geschmolzene Material des Buckels an die
Peripherie der Verbindungsstelle gequetscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
a) ein Buckel vorgesehen wird, dessen Höhe etwa das drei- bis vierfache seiner Breite an der Stirnseite jjid dessen Flankenwinkel zwischen etwa
12° und etwa 30° betragt,
b) der Schweißstrom so bemessen wird, daß senkrecht zur Stirnseite des Buckels ein Temperaturgefälle erzeugt wird, bei dem die beiden Werkstücke über die gesamte Dauer der Schweißzelt
jeweils nur an der Oberflache der zu verschwelßenden Flachenabschnitte schmelzen, und
c) der Schweißdruck so bemessen wird, daß das
abgeschmolzene Material vollständig an die Peripherie der Verbindungsstelle gequetscht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Verschweißung von Stahl
mit Gutßelcen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Vet chwelßung von Stahl
mit Aluminium.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Verschweißung von Stahl
mit Kupfer.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur Verschweißung von
Aluminium mit Kupfer.
6. Verfarrm nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch seine Anwendung zur Verschweißung von Stahl mit Titan.
7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet zur Verschweißung eines Aluminiumblocks mit einer
scheibenförmigen Stahlplatte, die einen Buckel trägt, der eine Höhe von ungeführ 2 mm und einen Flankenwinkel zwischen 12 und 30° aufweist und die
Stromdichte zwischen 1,5 und 2,6 kA2/mm2 beträgt, so
8. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet zur Verschweißung eines Gußelsenblocks mit einer Stahlplatte, die einen Buckel von einer Höhe von etwa
2 mm und einen Flankenwinkel zwischen 12 und 35° aufweist, wobei die Stromdichte zwischen 0,75 und
2 kA/mm2 und der Schweißdruck an der Stirnfläche des Buckels zwischen 15 und 90 kg/mm2 betragen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet zur Verschweißung einer Aluminiumscheibe mit einer
Kupferplatte, die einen Buckel von ungefähr 2 fnfn So
Höhe bei einen Flankenwinkel zwischen 12 und 30° aufweist, wobei die Stromdichte zwischen 2,9 und 3,4
kA/mm2 und der Schweißdruck zwischen 20 und 50 kg/mm2 betragen und die Stromflußzelt zwischen 8,3
und 50 ms liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet zur Verschweißung eines Kupferrohrs mit einer Stahlplatte, die einen Buckel von ungefähr 2 mm Hohe bei
einem Flankenwinkel zwischen 15 und 25° aufweist, wobei die Stromdichte zwischen 2,3 und 2,9 kA/mm2
und der Schweißdruck zwischen 20 und 80 kg/mm3 betragen und die Stromflußzelt zwischen 16,7 und
83,5 ms Hegt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet zur Verschweißung einer Titanscheibe mit einer Stahlschelbe, die einen Buckel von ungefähr 2 tun Höhe
bei einem Flankenwinkel zwischen 7 und 25° aufweist, wobei die Stromdichte zwischen 1,4 und 2,0
kA/mm2 und der Schweißdruck zwischen 30 und 100 kg/mm2 betragen und die Stromflußzelt zwischen
8,3 und 50 ms liegt.
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Date | Code | Title | Description |
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8125 | Change of the main classification |
Ipc: B23K 11/14 |
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8126 | Change of the secondary classification |
Ipc: ENTFAELLT |
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D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: TOYOTA JIDOSHA K.K., TOYOTA, AICHI, JP |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) |