DE2733559B1

DE2733559B1 - Verfahren zum Abbrenn-Stumpfschweissen von ringfoermigen Werkstuecken

Info

Publication number: DE2733559B1
Application number: DE2733559A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Ulmer
Original assignee: Miebach Hugo GmbH
Current assignee: Miebach Hugo GmbH
Priority date: 1977-07-26
Filing date: 1977-07-26
Publication date: 1979-01-18
Also published as: BE869230A; JPS5452645A; GB2002666B; DE2733559C2; GB2002666A; SE7807908L; US4164638A; CH631370A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbrenn-Stumpfschweißen von ringförmigen Werkstücken, insbesondere Kettengliedern, bei dem die miteinander zu verschweißenden Werkstückenden vor dem Abbrennen und Stauchen durch Steuerung der Vorschubkraft für den Stauchschlitten in mehreren aufeinanderfolgenden Vorwärmspielen vorgewärmt werden.

Beim Abbrenn-Stumpf schweißen mittels deich- oder Wechselstrom dient der Vorwärmbetrieb dazu, eine ausreichende Wärmemenge, Wärmetiefe und Schweißtemperatur in die beiden miteinander zu verschweißen- den Werkstückenden für das anschließende Verschweißen durch Abbrennen und Stauchen einzubringen. Die aus den Vorwärmspielen in den Werkstückenden resultierende Wärmeenergie läßt sich ausdrücken durch /²xÄxtwobei

/ - Schweißstrom,

R « Widerstand des Werkstücks einschließlich des Übergangswiderstandes zwischen den beiden Werkstückenden, _%

t - Gesamtvorwärmzeit

sind. Der Schweißstrom ist dabei vorgegeben durch die Sekundärspannung des Schweißtransformators, gegebenenfalls durch die Schweißtransformatorstufe, die Impedanz der Schweißmaschine, den Schweißquerschnitt und die chemische Zusammensetzung des zu verschweißenden Werkstücks. Die Gesamtvorwärmzeit ergibt sich aus dem Schweißquerschnitt, der Schweißstromdichte und der chemischen Zusammensetzung des zu verschweißenden Werkstücks. Eine Optimierung des Vorwärmprozesses kann somit nur über den variablen Obergangswiderstand zwischen den Werkstückenden erfolgen, der zur Erzielung einer möglichst schnellen Erwärmung so groß als möglich einzustellen ist

Ausgehend von dem Zusammenhang, daß der Obergangswiderstand zwischen den zu verschweißenden Werkstückenden um so größer ist und die Erwärmung der Werkstückenden dementsprechend um so schneller vor sich geht je geringer die Kontaktkraft zwischen den Werkstückenden bei den Vorwärmspielen ist arbeitet man bei gestreckten Werkstücken (offenen Längen) im Sinne einer Optimierung des Vorwärmbetriebes mit einer möglichst kleinen Kontaktkraft zwischen den Werkstückenden. Die Kontaktkraft als Differenz aus Vorschubkraft und Reibung des Stauchschlittens ist um so kleiner, je kleiner die Vorschubkraft ist In der Regel wird eine Vorschubkraft gewählt, die etwa 20% über der für die Oberwindung der Reibung erforderlichen Kraft liegt

Bei ringförmigen Werkstücken, zu denen insbesondere auch Kettenglieder gehören, bedarf es zusätzlich zur Erzielung der erforderlichen Kontaktkraft und zur Oberwindung der Schlittenreibung einer Kraft zur Verformung des Werkstückrückens. Es ist bislang üblich, bei ringförmigen Werkstücken die Vorschubkraft von vornherein so hoch anzusetzen, daß ein ausreichender Vorschub des Stauchschlittens während des gesamten Vorwärmbetriebes gewährleistet ist, wobei man in diesem Fall auf die an sich erwünschte geringstmögliche Kontaktkraft bei den einleitenden Vorwärmspielen verzichtet

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem auch bei ringförmigen Werkstücken eine Optimierung des Vorwärmprozesses im Sinne einer möglichst raschen Erwärmung der miteinander zu verschweißenden Werkstückenden im Vorwärmbetrieb möglich wird

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß erfindungsgemäß die Vorschubkraft beim ersten Vorwärmspiel so gering wie möglich und unter Berücksichtigung des zunehmenden Kraftbedarfs für die Werkstückverformung mit fortschreitenden Vorwärmspielen zunehmend größer bemessen wird.

Damit wird der Vorteil der geringstmöglichen Kontaktkraft über den gesamten Vorwärmantrieb auch bei ringförmigen Werkstücken voll ausschöpfbar, und somit auch bei ringförmigen Werkstücken eine Optimierung des Vorwärmbetriebes im Sinne einer schnellstmöglichen Erwärmung der zu verschweißenden Werkstückenden möglich. Es kommt auch nicht mehr zu einer unerwünschten Aufstauchung der Werkstückenden bei den einleitenden Vorwärmspielen, wie das bei der bislang eingangs zu hoch angesetzten Vorschubkraft der Fall ist Insgesamt verläuft der Vorwärmbetrieb gleichmäßiger und reproduzierbarer.

Im einfachsten Fall kann eine konstante Zunahme der Vorschubkraft nach jedem Vorwärmspiel vorgesehen werden. _λ

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Tatsache, daß der Verformungswiderstand des Werkstücks während des Vorwärmbetriebes infolge zunehmender Erwärmung des Werkstücks abnimmt durch eine mit fortschreitenden Vorwärmspielen geringer werdende Zunahme der Vorschubkraft Rechnung getragen werden.

Anstelle einer stufenweisen Zunahme der Vorschubkraft nach jedem Vorwärmspiel kann der Kraftzuwachs auch stetig erfolgen.

In der Zeichnung ist die Erfindung weitergehend erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine in ganz schematischer Weise dargestellte Abbrenn-Stumpfschweißmaschine in Draufsicht,

Fig.2 die Aufzeichnungen des zeitlichen Verlaufs' von Schweißstrom /, Schlittenvorschub 5 und Vorschubkraft Fbeim Verfahren nach der Erfindung.

Nach F i g. 1 sind die wesentlichen Mittel, die zum Abbrennstumpfschweißen von ringförmigen Werkstücken benötigt werden, das Maschinenbett 3, der Spannbock 4, der vom Vorschubzylinder 6 beaufschlagte Stauchschlitten 5 sowie die dem Spannbock 4 und dem Stauchschlitten 5 zugeordneten Schweißspannbakken 2 und 2', in die das zu verschweißende Werkstück 1 eingespannt wird.

Der Vorwärmbetrieb sei anhand des zeitlichen Verlaufs von Schweißstrom /, Schlittenweg S und Vorschubkraft F gemäß Fig.2 erläutert Die vom Vorschubzylinder 6 erzeugte Vorschubkraft Fi für das erste Vorwärmspiel wird gerade so niedrig gewählt daß entsprechend der Ungleichung

F^ Fk+ Fv+ Fr

Fi geringfügig größer als die Gegenkräfte
Ft + Fv+ Fr

ist und daß derart gerade eine Vorschubbewegung des Vorschubschlittens bei eingespanntem ringförmigem Werkstück möglich ist. Dabei bedeuten

Fk - Kontaktkraft im Schweißspalt,

Fv - Verformungskraft zum Verformen des ringförmigen Werkstücks,

Fr - zur Überwindung der Schlittenreibung erforderliche Kraft

Bei den Vorwärmspielen findet ein gewisser Materialabbrand der beiden Schweißenden sowie ein gewisses Aufstauchen der beiden Schweißenden statt so daß für die folgenden Vorwärmspiele ein zunehmender Vorschub des Stauchschlittens gegenüber den vorhergehenden Vorwärmspielen erforderlich wird, um wiederum einen Schweißstromdurchfluß zu erhalten. Dafür muß das Werkstück stärker als bei den vorhergehenden Vorwärmspielen verformt werden, wozu die Vorschubkraft Fi zur Überwindung des zunehmenden Verformungswiderstandes um einen Betrag id F erhöht werden muß. Dieser Kraftzuwachs Δ F wird bewirkt durch nicht dargestellte und bekannte Mittel über eine Erhöhung des Druckes des Druckmediums für den Vorschubzylinder 6. Die Größe des Kraftzuwachses, allgemein ausgedrückt durch

F_n+i - F_n,

wobei π Anzahl der Vorwärmspiele und F Vorschubkraft ist, richtet sich allein nach dem Verformungswiderstand des Werkstücks, da die Kontaktkraft F_K und die Kraft zur Überwindung der Schlittenreibung Fr konstant bleiben. Im einfachsten Fall wird die Kraftzuwachsgröße 4Fkonstant vorgegeben.

Der Verformungswiderstand Fv ist indessen nicht nur abhängig vom Ε-Modul des Werkstoffes, dem Querschnitt des Werkstücks, seiner Biegeform und vom Ringdurchmesser, sondern auch von seiner Temperatur. Da mit zunehmenden Vorwärmspielen infolge des Stromflusses durch den Rücken des Werkstücks über seinen ohmschen Widerstand eine Erwärmung stattfindet, wird die Zunahme des Verformungswiderstandes bei zunehmender Werkstückverformung überlagert durch eine auf der Erwärmung des Werkstücks beruhende Abnahme des Verformungswiderstandes. Dementsprechend kann deshalb mit fortschreitenden Vorwärmspielen der Zuwachs der Vorschubkraft AF kleiner werden.

Bei der praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich ergeben, daß der Gesamtkraftzuwachs zwischen dem ersten und dem letzten Vorwärmspiel etwa 50% beträgt, wobei sich im Mittel der Kraftzuwachs Δ F je Vorwärmspiel etwa zwischen 5 und 10% bewegt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abbrenn-Stumpfschweißen von ringförmigen Werkstücken, insbesondere Ketten- s gliedern, bei dem die miteinander zu verschweißenden Werkstückenden vor dem Abbrennen und Stauchen durch Steuerung der Vorschubkraft für den Stauchschlitten in mehreren aufeinanderfolgenden Vorwärmspielen vorgewärmt werden, da- to durch gekennzeichnet, daß die Vorschubkraft beim ersten Vorwärmspiel so gering wie möglich und unter Berücksichtigung des zunehmenden Kraftbedarfs für die Werkstückverformung mit fortschreitenden Vorwärmspielen zunehmend größer bemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit fortschreitenden Vorwärmspielen geringer werdende Zunahme der Vorschubkraft

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine stufenweise Zunahme der Vorschubkraft je VorwärmspieL

4. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Zunahme der Vorschubkraft