DE2725564A1

DE2725564A1 - Verfahren zum widerstandsschweissen

Info

Publication number: DE2725564A1
Application number: DE19772725564
Authority: DE
Inventors: Franz Armbruster; Gerd Baessler; Albao Dipl Ing Dr Paoli; Guenter Dipl Phys Schmidt; Hans-Peter Sitka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-06-07
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1978-12-21
Also published as: BR7803623A; GB1577282A; US4203020A; FR2393645A1; FR2393645B1

Description

29.4.1977 Ot/Hm 2>

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Verfahren zum Widerstandsschweißen

Zusammenfassung

Es wird ein Widerstandsschweißverfahren vorgeschlagen, das zum Verbinden von beschichteten Drähten, insbesondere von vernickelten Cu-Drähten mit einem Werkstück dient. Durch eine besondere Formgebung der Werkstückoberfläche im Bereich der Schweißzone wird eine Schweißverbindung zwischen einem beschichten Draht und einem Werkstück mit guter Schweißfestigkeit erhalten.

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Stand der Technik

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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Beim Widerstandsschweißen werden die Werkstücke an der Schweißstelle durch einen starken Strom erhitzt und im teigigen Zustand durch Zusammenpressen vereinigt. Mit dem Widerstandsschweißverfahren können fast alle metallischen Werkstoffe zusammengeschweißt werden. Voraussetzung hierfür ist eine gute elektrische Leitfähigkeit. Bei den meisten Nichteisenmetallen zwingt die gute elektrische Leitfähigkeit jedoch zu sehr hohen Schweißströmen, weil bei ihrem geringen Widerstand nur wenig Wärme am Schweißpunkt anfällt. Ferner sind kurze Stromzeiten notwendig, weil durch ihre gute Wärmeleitfähigkeit die entstandene Wärme sich schnell verteilt. Es treten deshalb Schwierigkeiten beim Widerstandsverschweißen von dünnen Kupferdrähten mit Stahl auf, da wegen des unterschiedlichen Schmelzpunktes von Kupfer und Stahl die Schweißwärme in engem Toleranzbereich gehalten werden muß, um einerseits eine gute Verschweißung zu erhalten und um andererseits den Kupferdraht im Bereich der Schweißung nicht zu sehr zu quetschen. Oberflächenbehandlungen können die Schweißbarkeit sehr stark beeinflussen und führen in jedem Fall zu anderen Einstellungen der Wirkgrößen, wie Druck, Strom und Zeit. Eine Verbesserung der Schweißbarkeit von Kupferdrähten erbrachte ein überzug aus Zinn oder Cadmium, die den Übergangswiderstand an der Schweißstelle erhöhen, die jedoch niedrigere Schweißströme und unter Umständen andere Elektrodenwerkstoffe erfordern. Nach neueren Technologien werden Kupferdrähte auch mit einer Nickeloberflächenschicht beschichtet. Durch diese Beschichtung wird jedoch die Schweißbarkeit gegenüber dem reinen Kupfer weiter verringert, da Nickel einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als reines Kupfer aufweist.

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Aus der GB-PS 1 018 873 ist es bekannt, Kupferdrähte und/oder Kupferplatinen mit einer Nickelschicht zu versehen, um sie anschließend durch Widerstandsschweißen miteinander zu verbinden. Die Aufgabe des Überzugs liegt in der Vermeidung des Aufschmelzens des Kupfer im Bereich der Elektrodenangriffsfläche und somit in der Vermeidung eines Verbackens mit den Schweißelektroden. Die aufgebrachte Nickelschicht soll ein Aufschmelzen im Bereich der Elektrodenangriffsfläche während des Schweißvorganges verhindern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer sicheren Schweißverbindung von beschichteten, insbesondere vernickelten Drähten mit einem Werkstück aus einem Material mit höherem Schmelzpunkt als der Drahtwerkstoff. Das Werkstück kann dabei mit einer Korrosionsschutzschicht versehen sein.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch eine spezielle Oberflächenstruktur des Werkstücks im Bereich der Schweißzone eine Verschweißung von beschichteten Drähten, insbesondere von vernickelten Drähten mit einem Werkstück ermöglicht wird, wobei die Schweißfestigkeit um 30 bis '!0 % gegenüber einem Werkstück ohne buckeiförmige Oberflächenstruktur erhöht werden kann. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Verbindung von Kupferdrähten mit einem Nickelüberzug bis zu 20 yam mit einem Werkstück aus Stahl mit einer Korrosionsschutzschicht aus Cadmium oder ähnlichem Material.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des

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im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist die Ausbidlung der buckeiförmigen Oberflächenstruktur als pyramidenförmige Riffelung. Diese führt beim Schweißprozeß zu einer örtlichen Stromkonzentration und durch das Aufbringen der Elektrodenkraft zum Aufschmelzen der Nickeloberfläche des Kupferdrahtes und damit zu einer gleichmäßigen Kontaktierung und Verschweißung. Die Verwendung eines im Bereich der Schweißzone in das Werkstück eingeprägten Riffelbuckelmusters ermöglicht somit ein einwandfreies Aufschmelzen der höher schmelzenden Nickelbeschichtung des Kupferdrahtes und somit eine Verschweißung ohne weitere zusätzliche Oberflächenbehandlung des Kupferdrahtes.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 3 zeigen verschiedene Buckelformen die für das erfindungsgemäße Widerstandsschweißverfahren geeignet sind.

In Fig. 1 ist ein Kupferdraht 10 mit einer Nickelschicht 13 überzogen. Der Kupferdraht, z.B. ein Dioden-Anschlußdraht, hat einen Durchmesser von 0,8 bis 1 mm, die Nickelschichtdicke auf dem Kupferdraht beträgt bis zu 20 ^m. Das Werkstück 11, z.B. eine Stromschiene, besteht aus Stahl. Vor einer eventuellen Beschichtung des Werkstücks 11 mit einer Korrosionsschutzschicht aus Cadmium oder ähnlichem Material wird in das Werkstück im Bereich der Schweißstelle ein Riffelbuckelmuster eingeprägt. Die Riffelbuckelstruktur kann bevorzugt mit den in Fig. 1 dargestellten Maßen ausgebildet sein. Nach dem Einprägen des Riffelbuckelmusters und der eventuellen Korrosionsschutzbeschichtung der Werkstückoberfläche wird der vernickelte Kupferdraht auf das Riffelbuckelmuster

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aufgelegt und im Widerstandsschweißverfahren angeschweißt. Dabei bewirken die Spitzen der Riffelbuckeloberfläche eine Örtliche Stromkonzentration. In Verbindung mit dem Aufbringen der Elektrodenkraft wird ein Aufschmelzen der Nickeloberfläche des Kupferdrahtes erreicht und damit eine befriedigende Schweißfestigkeit der Verbindung.

In der Anordnung gemäß Fig. 2 wird dem Werkstück 11 eine besondere Buckelstruktur 15 mit nach einer Seite abnehmender Buckelhöhe eingeprägt. Hierdurch werden die einzelnen Buckel 15 hintereinander mit dem Draht verschweißt, wodurch eine zustätzliche Stromkonzentration bewirkt wird. Außerdem wird durch die abnehmende Buckelhöhe eine Verringerung der Drahtquetschung in axialer Richtung erzielt, was durch eine hierfür angepaßte Elektrodenform verstärkt werden kann. Dabei ist es zweckmäßig die Höhe der eingeprägten Buckel 15 in einem Winkel von ca 5 abnehmen zu lassen.

Das Einprägen dieser Buckel 15, die zweckmäßig in einer Länge von ca 4 mm ausgeführt werden, bewirkt ferner durch den auf der gegenüberliegenden Seite entstehenden Hohlraum l6 einen Wärmestau beim Schweißen und somit eine erhöhte Temperatur der Schweißstelle während des Schweißprozesses.

Eine weitere brauchbare Oberflächenstruktur zum Widerstandsschweißen von vernickelten Kupferdrähten auf Stahl-Stromschienen stellt die in Fig. 3 dargestellte Langbuckelstruktur 17 dar. In diesem Fall wird ein quadratischer Buckel mit einer Kantenlänge von 3 bis 4 mm in das Werkstück 11 eingeprägt. Ähnlich wie bei der Buckelstruktur gemäß

Fig. 2 wird auch bei der Langbuckelstruktur nach Fig. 3 00
O durch den Hohlraum Io ein Wärmestau beim Schweißprozeß

Q₀ erzeugt. Dabei bewirkt dieser in dem Hohlraum 16, Io ^ entstehende Wärmestau, in Verbindung mit dem hohen elek-""*» trischen Widerstand und der relativ niedrigen Wärmeleit-

ο fähigkeit der Nickelschicht eine sehr starke Erhitzung ^ der Nickelschicht im Bereich der Kontaktfläche zwischen Nickelschicht und Werkstück. Dadurch wird ähnlich wie beim Riffelbuckelmuster ein Aufschmelzen der Nickelbeschichtung des Kupferdrahtes erreicht und in Verbindung damit eine hraunhharn Sn.hwei ftvp'rhi

L e e r s e i t e

Claims

R. 3" - 27255BA 29.4.1977 Ot/Hm ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1 Ansprüche

1. Verfahren zum Verbinden eines Drahts, vorzugsweise eines Cu-Drahtes, mit einem Werkstück durch Widerstandsschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) im Bereich der Schweißzone mit einer buckeiförmigen Oberfläche versehen wird, auf welcher der mit einer Schicht (13) aus einem Metall mit hohereu Schmelzpunkt überzogene Draht durch eine Widerstandsschweißung verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupferdraht (10) mit einem Nickelüberzug (13) mit einer Schichtdicke bis zu 20 um auf ein Werkstück (11) aus Stahl aufgeschweißt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) nach dem Einprägen der buckeiförmigen Oberflächenstruktur vor dem Schweißprozeß mit einem Korro-

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ORIGINAL INSPECTED

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sionsoberlfachenschutz versehen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die buckeiförmige Oberfläche mit
Riffelbuckeln (I¹J) versehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer Buckelstruktur (15) mit nach einer Seite abnehmender Buckelhöhe versehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit Langbuckeln (16) versehen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (11) aus Stahl Anwendung findet, auf welches ein Korrosionsoberflächenschutz aus Cadmium aufgebracht wird.

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