DE2726463C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zum flächigen Diffusionsschweißen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum flächigen Diffusionsschweißen insbesondere paketierter Bleche, Folien und dergleichen Werkstücke, die in ein Rahmengestell eingesetzt werden, wobei der Druck auf die Verbindungsstelle oder die Verbindungsstellen durch einstellbare Spannmittel und Unterschiedliche Wärmedehnung der Rahmen^ und Spannmittel beim Erwärmen aufgebracht wird und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Durch das Diffusionsschweißen sollen nach der Erfindung Präzisionsteile und solche durch beispielsweise Ätzen ausgeformte Bleche und Folien untereinander verbunden werden, ohne daß diese infolge des vorgegebenen und durch Wärmedehnung auf die Werkstücke aufgebrachten Kräfte nennenswert plastisch verformt werden. Aus solchen Blechen gebildete Bauteile dienen als FIuidik-Bauelemente, als nach dem Strahlrohrprinzip arbeitende Wandler in hydraulischen

in und elektrohydraulischen Steuersystemen und auch als Schreibköpfe zur Übertragung von Tropfen im Rasterdruck auf Druckträgern in Tintendruck-Schreibwerken.

Die ausgeformten Flächen weisen mitunter schmale Stege auf zwischen den Aus- bzw. Durchbrüchen. Zur Erzielung einer gleichmäßigen Bindung zwischen den Werkstücken auch in diesen Bereichen ist ein über die gesamte Schweißfläche gleichmäßig verteilter Anpreßdruck notwendig. Ein zu hoch eingestellter bzw. sich über die Wärmedehnung sich einstellender Druck verursacht bleibende Verformungen insbesondere in querschnittsgeschwächten Bereichen und es sind deshalb Mittel erforderlich, den Anpreßdruck zu begrenzen. Das Aufbringen des erforderlichen Anpreßdrucks

2^r> vermittels hydraulischer Spannelemente setzt aufwendige Anlagen voraus. Die Erfindung geht aus von der Erzeugung des Druckes mit Hilfe von Werkstoffen unterschiedlicher Wärmedehnung. Der Druck darf bei diesen Werkstücken einen vorausbestimmten Wert nur

in unwesentlich über- bzw. unterschreiten.

Auf Seite 305 der Fachzeitschrift Schweißen und Schneiden, Jahrgang 23,1971, Heft 8 ist die Druckerzeugung in einer Wärmepatrone beschrieben worden. Hierbei sind in ein Rohr aus einem Kohlenstoff-Stahl

η zwei miteinander zu verbindende Werkstücke eingesetzt worden, die von Verschlußstücken für das Rohr in einer Schweißposition gehalten werden. Die Verschlußstücke, von denen eines zum Aufbringen eines Vorgabedruckes mit einem Schraubmittel versehen ist,

4n bestehen aus hochlegierten Chrcn· Nickel-Titan-Stählen. Der an der Schweißstelle aufzubringende Druck wird durch unterschiedliche Wärmedehnung von Rohr, Verschlußstücken und Werkstücken erzeugt. Eine gleichmäßige Druckverteilung auf die zu verbindenden

■f> Werkstücke ist nicht gegeben. Der durch Wärmedehnung entstehende Druck ist nur ungenügend über die Wärmezufuhr steuerbar, so daß diese Methode für empfindliche und feinstrukturierte Werkstücke nicht geeignet ist.

V) Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben zur Verbindung aus gleichen und auch unterschiedlichen Werkstoffen gefertigter, feinstrukturierter Werkstücke, wobei der sich aus dem Vordruck und dem durch

Ii Wärmedehnung additiv gebildete Anpreßdruck größer erwartet werden kann, als der für die Schweißverbindungaufzubringende Druck.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Dieses Verfahren wird in zweckmäßiger

M Weise durchgeführt vermittels einer Vorrichtung nach dem Anspruch 2. Die weiteren Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele dar-

Hierdurch ist in vorteilhafter Weise das Verfahren anwendbar auch auf die Verbindung solcher Werkstükke, die keine den Diffusionsvörgang fördernde Zwischenschichten aufweisen. Geringe Ungenauigkeiten in den Dicken-Maßen, der Parallelität Und der Ebenheit der Werkstücke als Folge der Fertigung können

vernachlässigt werden. Der sich bei dem Verfahren einstellende Anpreßdruck ist unabhängig von der Genauigkeit, mit der der Vordruck einstellbar ist. Dieser wird durch die Druckminderplatte eingestellt. Der Verformungsgrad der Druckminderplatte kann als ein Maßstab für die Qualität der Verbindung gewertet werden.

Anhand von Ausführungsbeispielen und unter Rückbeziehung auf die in der Zeichnung angegebenen Positionszahlen soll im folgenden die Erfindung beschrieben werden. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1 und

Fig.3 ein auf die Druckminderplatte bezogenes Diagramm.

Das in der F i g. 1 mit 1 positionierte Rahmengestell besteht aus einem U- oder auch napfförmigen Ständer 2 aus einem Eisenwerkstoff mit 16,5% TiC, 16,8% Mo, 4,8% W und geringen Anteilen an C, Cu und P. Den Abschluß des Ständers bildet ein Holmen 3, der beispielsweise über eine Schwalbenschwanz-Führung (nicht dargestellt) oder wie dargestellt fest mit dem Ständer 2 verbunden sein kann. In den so geschaffenen Hohlraum sind eine Druckminderplatte 4, falls erforderlich Druckplatten 5 und eine Andruck oiatte 11, ein Blechpaket einzelner zu verbindender Werkstücke 6, eine weitere obere Druckplatte 7 und ein paar Keile 8 stapelartig eingesetzt worden. Die Druckplatten 5 sowie die Druckminderplatte 4 sind in ihren Abmalten größer gehalten als die Abmaße des Blechpaketes. Die Andruckplatte 11 ist gleich groß oder nur unwesentlich größer als die Blechpakete gehalten. Wie aus Fig.2 ersichtlich, weisen die Keile 8 in ihrem Längsschnitt die Form rechtwinkliger Dreiecke auf. Die der Hypotenuse entsprechenden Schrägflächen 9 liegen hierbei aufeinander, so daß beim Verschieben eines der oder beider Keile in Pfeilrichtung 10 es zu einem Anwachsen des Vordruckes auf die gestapelten Platten und Bleche kommt. Die Flächen 13 liegen einerseits am Holmen 3, andererseits an der oberen Druckplatte 7 an. Über die Keile ist somit der Vordruck einstellbar, der sich gleichmäßig über die obere Druckplatte 7 auf die Schweißflächen der zu verbindenden Teile, Blechpakete 6 überträgt. Zur Beschleunigung der Diffusion können die untereinander za verbindenden Bleche aus einem Chrom-Nickel-Stahl gefertigt und/oder vernickelt sein. Wird das Rahmengestell mit den eingesetzten Platten und Blechen der Wärme ausgesetzt, beschleunigt sich der Diffusionsschweißvorgang. Das geschlossene System dehnt sich infolge der Wärmeeinwirkung aus, da bei entsprechender Werkstoffauswahl die Wärmedehnung des Rahmengestells kleiner gehalten werden kann als die Wärmedehnung der Summe der eingelegten Platten und Bleche. Hierbei kommt es zu einem Druckanstieg in Richtung der Pfeile 12. Um den Druckanstieg zu begrenzen und somit ein Deformieren der Bleche und insbesondere der durch die Feinstruktur

π geschwächten Querschnittsbereiche zu verhindern, ist die Druckminderplatte 4 aus einem Werkstoff, beispielsweise aus einem kaltgewalzten Flachzeug aus Stahl nach DIN 1624 der Stahlsorte St 2 gefertigt, der bei Erreichen des benötigten Flächendruckes nachgibt, in

2" dem er sich plastisch verformt Ein weitergehender Temperaturanstieg ist wesentlich zur Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit. Er ist iiceh notwendig, um einen genügend hohen Drucküberschu3 zu erreichen. Die Druckminderplatte ist anschließend nicht mehr

-"' verwendbar.

Der Druckverlauf ist dargestellt ir. Fig.3. Der vermiüels der Spannelemente, Keile 8 einstellbare Vordruck bei Raumtemperatur von To bewegt sich innerhalb der Grenzwerte Po mm und Po _max. Die

«ι Erwärmung über die Zeit Ts bewirkt einen Anstieg des Druckes in etwa der dargestellten Druckkurven P\, Pi, jedoch innerhalb dieser Kurven. Der für eine optimale Schweißung günstige Druckbereich ist durch die Minimum- und Maximumwerte Pd mm bzw. Pd mix

i> gekennzeichnet, die gleichzeitig den Bereich beginnender und sich ändernder Plastizität der Druckplatte charakterisieren. Der Temperaturanstieg und ein damit gleichzeitig verbundener Anstieg des Druckes muß so lange fortgesetzt werden, bis die Druckminderplatte 4

in plastische Verformungen zeigt. Dieser Schweißvorgang ist nicht an eine bestimmte Schuteatmosphäre gebunden. Die Erwärmung der Werkstücke kann im Vakuum, unter Einwirkung von Edelgasen und in Salzbädern vorgenommen werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum flächigen Diffusionsschweißen insbesondere paketierter Bleche, Folien und dergleichen Werkstücke, die in ein Rahmengestell eingesetzt werden, wobei der Druck adf die Verbindungsstelle oder die Verbindungsstellen durch einstellbare Spannmittel und unterschiedliche Wärmedehnung der Rahmen- und Spannmittel beim Erwärmen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit den untereinander zu verbindenden Wertstücken (6) eine Druckminderplatte (4) in das Rahmengestell (1) eingelegt wird, die in diesem mit den Werkstücken und evtl. mit einzulegenden Druckplatten (5, 7) einen gemeinsamen, geschichteten Stapel bilden und die aus einem solchen Werkstoff besteht, der bei Erreichen des für die Schweißverbindung aufzubringenden und aus dem Vordruck und durch Wärmedehnung resultierenden Druckes (12) plastisch verformbar ist

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1. bestehend aus einem Rahmengestell und Mitteln zum Aufbringen einer Vorspannung, zwischen denen die zu verbindenden und insbesondere paketierten Bleche, Folien und dergleichen Werkstücke einführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Rahmengestell (1) aus im wesentlichen einem U- oder napfförmigen Ständer (2) beisteht mit einem fest aufbringbaren oder fest angeordneten, den Hohlraum in Druckrichtung (!2) begrenzendem Holmen (3) und der Hohlraum zur Aufnahme der zu verbindenden Werkstücke (6) und im wesentlichen eines Blechpaketes, einer Druckminderplatte (4) unJ einer < Keilepaar (8) dient, wobei jeder Keil mit Jer der Hypotenuse entsprechenden Schrägfläche (9) geg neinandergelegt und zueinanderverschiebbar und mit dadurch parallel gegenüberliegenden Flächen am Holmen und an einem der zu verbindenden Werkstücke auch unter Zwischenlage einer Andruckplatte (11) anlegbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Druckminderplatte (4) und Druckplatten (!>, 7) in jeder der Abmessungen Länge und Breit« größer sind als die entsprechenden Maße der zu verbindenden Werkstücke (6) und daß eine Andruckplatte (11) zwischen der Druckminderplatte und einem Werkstück auch unter Zwischenlage einer Druckplatte (5) eingelegt ist mit im wesentlichen kleineren Abmessungen als die der Druckplatten.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den aus miteinander zu verbindenden Werkstücken gebildeten Paketen (6) Druckplatten (5) angeordnet sind.