DE2809197A1

DE2809197A1 - Electrodes for spot and roller seam welding - using narrow or line contact zone on the working surface of the electrodes

Info

Publication number: DE2809197A1
Application number: DE19782809197
Authority: DE
Inventors: Friedrich Prof Dr Ing Eichhorn; Sumanjit Dipl Ing Singh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1979-09-06

Abstract

The cross-section of the electrode pref. includes a sloping surface ending in a point creating line contact with the workpiece. Alternatively, a rounded ege is used to form a long, narrow zone; or a small projection may be used to form one or more narrow contact zones. Either the line or narrow zone may form a continuous or discontinuous geometric shape on the working surface of the electrode. The geometric shape may be a triangle, square, rectangle, circle, or a polygon to match the shape of the penetration zone on the workpieces, which are made e.g. of sheet metal. The quality of the welds obtd. is virtually independent of welding parameters such as the electrode pressure and electric welding current.

Description

Arbeitsflächen von Elektroden für das Widerstandspunkt- und Rollennaht-Working surfaces of electrodes for the resistance point and roller seam

schweißen Widerstandspunkt- und Rollennahtschweißen haben aufgrund ihrer Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit eine bedeutende Stellung vor allem in der blechverarbeitenden Industrie erlangt. Als Nachteil dieser Verfahren zeigen sich vor allem die relativ starke Abhängigkeit der GUte der erzeugten Schweißverbindungen von den Einstellparametern vor allem von der Elektrodenanpreßkraft und der Schweißstromstärke. Die Gleichmäßigkeit der Scherzugkraft schwankt stark. Außerdem ist die geringe Tragfähigkeit bei dynamischer Beanspruchung unbefriedigend. Bisher ist kein zerstörungsfreies Prüfverfahren bekannt, das zuverlässig Auskunft über die Güte einer überlappten Widerstandsverbindung geben kann.welding Resistance spot and roller seam welding have due Above all, they play an important role in terms of their economic efficiency and performance in the sheet metal processing industry. Show as a disadvantage of this method Above all, there is the relatively strong dependency on the quality of the welded joints produced of the setting parameters, especially of the electrode contact force and the welding current strength. The uniformity of the shear tensile force fluctuates greatly. In addition, the low load capacity unsatisfactory under dynamic stress. So far is not a non-destructive one Test method known that provides reliable information about the quality of an overlapped Resistance connection can give.

Die Schwierigkeit liegt vor allem darin, daß es zur Zeit noch kein Oberwachungs-und Steuerungssystem für den Schweißvorgang gibt, das bei den bekannten Elektroden alle, die Güte der Schweißverbindung beeinflussende Faktoren erfaßt und sie vor und/oder während des Schweißvorganges durch entsprechende Steuerung der Parameter kompensiert. Der Erfinder hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Güte der Schweißverbindungen von den Abweichungen der Schweißparameter weitgehend unabhängiger zu machen und schlägt erfindungsgemäß vor, die bisher bekannten balligen, ebenen oder ringförmigen Elektrodenarbeitsfläche so auszuführen, daß in der Anfangsphase, zu Beginn des Stromflusses, die Kontaktfläche nur als Linie oder als schmaler Streifen mit der Blechoberfläche in Berühung kommt und erst mit zunehmender Stromflußdauer breiter bzw. größer wird.The main difficulty lies in the fact that there is currently no There is a monitoring and control system for the welding process that is used in the known Electrodes all factors influencing the quality of the weld joint are recorded and before and / or during the welding process by appropriate control of the Compensated for parameters. The inventor has made it his business to improve the quality of the Welded connections are largely more independent of the deviations in the welding parameters to make and proposes according to the invention, the previously known spherical, planar or ring-shaped electrode working surface in such a way that in the initial phase, at the beginning of the current flow, the contact area only as a line or as a narrow strip comes into contact with the sheet metal surface and only with increasing current flow duration becomes wider or larger.

Elektrodenarbeitsflächen die diese Bedingungen erfüllen sind aus der Zeichnung zu ersehen und im folgenden beschrieben.Electrode working surfaces that meet these requirements are made of The drawing can be seen and is described below.

Der klaren Darstellungsmöglichkeit wegen wurde für die einzelnen Figuren ein größerer und nicht proportionaler Maßstab gewählt.For the sake of clarity of representation, the individual figures a larger and non-proportional scale was chosen.

Fig. 1 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche die aus einer Linie bzw. Kante 1 besteht, die als Durchdringungslinie von einer balligen bzw. nur wenig geneigten Fläche 2, deren Winkel 3 zur Horizontalen nicht kleiner als 15 Grad sein sollte und noch einer, unter einem Winkel gleich oder größer als 90 Grad schräg zu dieser angeordneten Fläche 4, gebildet wird.Fig. 1 shows an electrode working surface which consists of a line or Edge 1 consists, as a penetration line of a convex or only slightly inclined Area 2, the angle 3 of which to the horizontal should not be less than 15 degrees and another at an angle equal to or greater than 90 degrees obliquely to this arranged surface 4 is formed.

Fig. 2 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche deren Unterschied gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Elektrodenarbeitsfläche darin besteht, daß sie eine abgerundete Kante 1 hat. Fig. 3 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche deren Unterschied gegenüber der in Fig. 1 und 2 dargestellten darin besteht, daß die Elektrodenarbeitsfläche im Bereich der Durchdri-ngungslinie, Kante 1, kreisförmig 2 erhaben, gebildet wird.Fig. 2 shows an electrode working surface in relation to its difference the electrode working surface shown in Fig. 1 is that they have a has rounded edge 1. Fig. 3 shows an electrode working surface the difference between them compared to that shown in Fig. 1 and 2 is that the electrode working surface in the area of the penetration line, edge 1, circular 2 raised, is formed.

Fig. 4 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche deren Unterschied der gegenüber in Fig. 1 dargestellten darin besteht, daß sie anstelle und im Bereich der Durchdringungslinien mit einer flächenförmig schmalen Erhebung versehen ist.Fig. 4 shows an electrode working surface, the difference between it and the opposite shown in Fig. 1 is that they instead of and in the area of the penetration lines is provided with a flat, narrow elevation.

Fig. 5 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche die eine horizontale Fläche mit geringer Breite hat, die durch planabarbeiten der Durchdringungslinie, Kante 1, der Elektrodenarbeitsfläche nach Fig. 1 entsteht.Fig. 5 shows an electrode working surface the one horizontal surface with a small width, which has been created by planing the penetration line, edge 1, the electrode working surface according to FIG. 1 is created.

Fig. 6 zeigt eine Elektrodenarbeitsfläche mit einer horizontalen Fläche 4, geringer Breite die aus 2 symmetrisch und in einem Winkel von 15 bis 120 Grad zueinander angeordneten Flächen 2 und 3 besteht die einen Keil bilden,dessen Spitze zur Erzielung einer schmalen Elektrodenaufsetzfläche planabgearbeitet ist.Fig. 6 shows an electrode working surface with a horizontal surface 4, narrow width those of 2 symmetrical and at an angle of 15 to 120 degrees surfaces 2 and 3 arranged to one another, which form a wedge, the tip of which is machined flat to achieve a narrow electrode contact surface.

Unter Verwendung dieser erfindungsgemäßen Elektrodenarbeitsflächen kann man Widerstandspunkt- und Rollennahtschweißelektroden mit den verschiedensten geometrisch geformten Arbeitsflächen ausführen. Der Einsatz der verschiedenen Arbeitsflächen für eine Widerstandspunkt- und Rollennahtschweißelektrode hängt von dem zu verschweißenden Werkstoff, der Dicke der Bleche, der erforderlichen Scherzugkraft und der geometrischen Form der Elektrodenaufsetzfläche ab. Die Elektrodenarbeitsflächen nach der Erfindung haben den Vorteil, daß man mit diesen für die Kraftübertragung günstige und beanspruchungsgerechte Aufsetzflächen gestalten kann. Eine rotationssymetrische ringförmig aufsetzende Elektrode zeigt die Fig. 7 und 7a , bei der zum Beispiel die in Fig. 3 gezeigte Elektrodenarbeitsfläche verwandt wird.Using these electrode working surfaces according to the invention resistance point and roller seam welding electrodes can be used with a wide variety of Execute geometrically shaped work surfaces. The use of the various work surfaces for a resistance spot and roller seam welding electrode depends on the one to be welded Material, the thickness of the sheets, the required shear tensile force and the geometric Shape of the electrode contact surface. The electrode working surfaces according to the invention have the advantage that you can use them for power transmission that are favorable and appropriate to the stresses Can design contact surfaces. A rotationally symmetrical ring-shaped attachment Electrode is shown in FIGS. 7 and 7a, for example that shown in FIG Electrode working surface is used.

Für die in Fig 20 und 21 gezeigten Aufsetzflächen wird man bevorzugt die Elektrodenarbeitsflächen nach Fig. 3, 4 und 6 verwenden.For the landing surfaces shown in Figures 20 and 21, one is preferred use the electrode working surfaces shown in FIGS. 3, 4 and 6.

Für die übrigen gezeigten Aufsetzflächen 8, 9, 10, 11, 17, 19, 12, 13, 14, 15 16, 18, 22 und 23 können praktisch alle Elektrodenarbeitsflächen verwandt werden. Ebenfalls können Rollennahtschweißelektroden auf ihren Umfang mit den erfindungsgemäßen Arbeitsflächen vor allem bei symmetrischer Anordnung der Arbeitsflächen ausgerüstet werden. Der Vorteil der Widerstandspunktschweißung mit Elektrodenarbeitsflächen nach der Erfindung besteht unter anderem darin, daß nicht mit balligen oder flachaufsetzenden Elektroden eine flächenförmige Schweißlinse erzeugt wird, sondern eine ringförmige bzw. der Geometrie der Aufsetzfläche entsprechende Schweißzone entsteht. Es ist bekannt, daß die im Kerbgrund am Linsenrad auftretenden Spannungsspitzen nicht abgvebauxI "' werden t 1 71~/ , jeodch ergaben ringförmige Schweißungen, gezogen auf die aufgeschmolzene Fläche in der Bindeebene, eine Verbesserung der Belastbarkeit bei statischer und dynamischer Beanspruchung gegenüber konventionellen Punktschweißverbindungen. Das wesentlichste Kriterium für die Bestimmung der Eignung von Elektrodenarbeitsflächen neben der Erstellung von Schweißungen mit hinreichend großer Tragfähigkeit ist die Größe der Bereiche, in denen die Schweißeinstellparameter schwanken dürfen, ohne das Schweißergebnis unzulässig zu beeinträchtigen. Ferner ist die Elektrodenlebensdauer, die Möglichkeit des Nacharbeitens und eine wirtschaftliche Herstellung von Bedeutung. Alle diese Bedingungen werden weitgehend erfüllt bei Verwendung von Elektroden, insbesondere Ringelektroden mit erfindungsgemäßen Arbeitsflächen.For the remaining contact surfaces 8, 9, 10, 11, 17, 19, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 22 and 23 can be used for practically all electrode working surfaces will. Roller seam welding electrodes can also be fitted with the inventive Work surfaces especially equipped with a symmetrical arrangement of the work surfaces will. The advantage of resistance spot welding with electrode working surfaces according to the invention consists, among other things, that not with spherical or flat contact Electrodes a planar weld nugget is produced, but an annular one or the weld zone corresponding to the geometry of the contact surface is created. It is known that the Stress peaks occurring in the notch base on the lens wheel t 1 71 ~ /, but the result was ring-shaped welds, were not removed on the melted area in the binding level, an improvement in the load-bearing capacity with static and dynamic stress compared to conventional spot welded connections. The most important criterion for determining the suitability of electrode working surfaces in addition to the creation of welds with a sufficiently large load-bearing capacity, the Size of the areas in which the welding setting parameters are allowed to fluctuate, without To impermissibly impair the welding result. Furthermore, the electrode life is the possibility of reworking and economical production are important. All of these conditions are largely met when using electrodes, in particular ring electrodes with working surfaces according to the invention.

Die Hauptvorteile der Ringelektroden gegenüber den üblicherweise eingesetzten balligen oder kreisflächenförmig aufsetzenden Elektroden sind a) der wesentlich größere zulässige Bereich in denen die Schweißparameter verändert werden dürfen und b) die wesentlich bessere Tragfähigkeit der Schweißverbindungen bei Zugschwellbeanspruchung im Dauerfestigkeitsbereich bei etwa gleichem Durchmesser der aufgeschmolzenen Zone.The main advantages of the ring electrodes over the commonly used ones spherical or circular electrodes are a) essential larger permissible range in which the welding parameters may be changed and b) the significantly better load-bearing capacity of the welded joints under tensile stress in the fatigue strength range with approximately the same diameter of the melted zone.

Bei der Ausarbeitung der Patentanmeldungen wurden folgende Veröffentlichungen herangezogen 1) Bollenrath, F.: Zur Spannverteilung in elektrischen Widerstandsschweißverbindungen an dünnen Blechen Jahrbuch 1937 der Deutschen Luftfahrtforschung, S. 1537/1541 2) Oppe, H.-J.: Ringförmiges Verbinden beschichteter Bleche durch Kurzzeitschweißen Dissertation TH Aachen 1969 3) noch nicht veröffentlichte Dissertation S. Singh: Beitrag zur Verbesserung und Sicherung des Tragverhaltens von Widerstandspunktschweißverbindungen an Aluminium und Stahlwerkstoffen durch technologische Maßnahmen und durch Entwicklung einer Regeleinrichtung Aachen 1977 LeerseiteWhen preparing the patent applications, the following publications were made consulted 1) Bollenrath, F .: For tension distribution in electrical resistance welded connections on thin sheets 1937 yearbook of German aviation research, p. 1537/1541 2) Oppe, H.-J .: Ring-shaped joining of coated sheets by short-term welding Dissertation TH Aachen 1969 3) not yet published dissertation S. Singh: Contribution to improving and securing the load-bearing behavior of resistance spot welded joints on aluminum and steel materials through technological measures and through development a control device in Aachen 1977 Blank page

Claims

Claims 1. Working surface of electrodes for the resistance point and roller seam welding, characterized in that the electrode contact surface is a line or area of narrow width.

2. Working surface of electrodes for resistance spot welding and roller seam welding according to claim 1, characterized in that the electrode contact surfaces as a line, edge, which as a line of penetration of a convex or an inclined one Surface and a flat surface arranged obliquely to this is formed.

3. Working surface of an electrode for resistance spot welding and roller seam welding according to claims 1 and 2, characterized in that the edge the electrode contact surface is rounded.

4. Working surface of electrodes for resistance spot and roller seam welding according to claim 1 to 3, characterized in that the electrode working surface in Area of the penetration line is raised in a circular manner.

5. Working surface of electrodes for resistance spot and roller seam welding according to claim 1 to 4, characterized in that the electrode working surface takes place and in the area of the penetration line a flat elevation with a smaller one Width is.

6. Working surface of electrodes for resistance spot and roller seam welding according to claims 1 to 5, characterized in that the electrode working surface is from a horizontal surface of small width on which there is a surface on one side with a small angle to the horizontal and on the other side an area below adjoins an angle equal to or greater than 90 degrees, exists.

7. Working surface of electrodes for resistance spot and roller seam welding according to claim 1, characterized in that the electrode working surface consists of a horizontal surface of narrow width with surfaces equally inclined on both sides consists.