DE3015896C2

DE3015896C2 - Schweißelektrodenpaar

Info

Publication number: DE3015896C2
Application number: DE3015896A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Yokohama Naruo; Yuuji Yokosuka Kanagawa Wagatsuma
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1984-12-06
Also published as: AU529568B2; JPS55144387A; DE3015896A1; US4400608A; GB2049524B; GB2049524A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwcißclektrodcnpaar nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das Schweißelektrodenpaar ist dabei für das Widerstandsschweißen von Werkstücken aus Metallen hoher Dichte und hohen Schmelzpunkts, typischcrwcise Molybdän und Wolfram, vorgesehen.

Bekannte Schweißprodukte aus platten- und stabförmigen Werkstücken umfassen u. a. den Dichtungs- oder Verschlußteil einer Hochdruckcntladungslampe.d. h. eine Kombination aus einem Molybdändraht und einer Moybdänfolie, die in den Leuchtkolbenteil der Lampe eingesetzt ist. Bisherige Schweißelektrodcnpaare sind jedoch alles andere als vollkommen, weil sie zum Verspannen von platten- und stabförmigen Werkstücken zwischen sich flache Endflächen besitzen, über die der Schweißstrom zugeführt wird. Bei wiederholtem Widerstandsschweißen solcher Werkstücke sind die mit letzteren in Berührung gelangenden flachen Endflächen einem Verschleiß unterworfen, so daß sie ihre Planheit verliert, bis schließlich die Berührung zwischen diesen Endflächen und dem stabförmigen Werkstück nur noch an einigen Punkten oder sogar nur an einem einzigen Punkt stattfindet. Dabei steigt die Stromdichte an der bzw. jeder Berührungsstelle stark an, so daß sich die Endfläche der Schweißelektrode mit dem Werkstück verschweißen kann. Eine Verringerung des Schweißstroms zur Vermeidung dieses Problems ist in der Praxis nicht möglich, weil dadurch die Schweißfestigkeit zwischen den Werkstücken beeinträchtigt wird.

Infolgedessen besteht ein Bedarf für Sehwcißclektro-

denpaarc, die für ein derartiges Verschweißen (»Festbrennen«) unempfindlich sind.

Aus der US-PS 1541 513 ist ein Schweißelektrodenpaar der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine 5 obere Elektrode zwei durch einen Einschnitt gebildete Kontaktvorsprünge hat, die auf eine um einen Dreht gewölbte Platte einwirken. Dieser Draht selbst ist in einem weiteren Einschnitt einer unteren Elektrode gelagert, die einen kreisförmigen Querschnitt hat Der in diesem kreisförmigen Querschnitt geführte weitere Einschnitt liegt etwa in der Mitte zwischen den beiden Vorsprüngen der oberen Elektrode. Durch diese Gestaltung des bekannten Schweißelektrodenpaars soll möglichst viel Wärme an einem Berührungspunkt zwischen dem Draht und der um diesen gewölbte Platte erzeugt werden.

Außerdem ist aus de* US-PS 8 96 218 eine Schweißvorrichtung bekannt bei der Schweißelektroden mit zwei als parallel verlaufende Stege ausgebildeten Kontaktvorsprüngen versehen sind.

Dagegen ist es Aufgabe der Erfindung, ein Schweißelektrodenpaar der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Verschweißen zwischen Schweißelektrode und Werkstücken sicher vermieden wird. Diese Aufgabe wird bei einem Schweißelektrodenpaar nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaitenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben jo sich aus den Patentansprüchen 2 und 3.

Bei dem Schweißelektrodenpaar fließt der vom stabförmigen Werkstück zur zweiten Schweißelektrode fließende Strom (obgleich sich die Richtung des Schweißstroms, als Wechselstrom, periodisch umkehrt, wird zur r, Vereinfachung der Erläuterung vorausgesetzt, daß der Strom in der angegebenen Reihenfolge von der zweiten Schweißelektrode über das plattenförmige Werkstück und das stabförmige Werkstück zur ersten Schweißelektrode fließt) über zwei Berührungsstellen, was einen sicheren Kontakt ergibt. Der vom stabförmigen Werkstück zu jedem Kontaktvorsprung der ersten Schweißelektrode fließende Schweißstrom ist kleiner als ein über eine einzige Kontaktstelle fließender Strom, so daß sich das stabförmige Werkstück und die erste Schweißelektrode nicht miteinander verschweißen oder ver schmelzen können.

Aufgrund des an der zweiten Schweißelektrode angeformten Kontaklvorsprungs ist die Kuntaktfläche, über welche der Schweißstrom vom plattenförmigen Werkstück zum stabförmigen Werkstück fließt, kleiner als bei einer Elektrode ohne solchen Kontaktvorsprung, so daß die Schweißstromdichte an diesem Kontaktvorsprung größer ist und folglich die beiden Werkstücke sicher miteinander verschweißt werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Wärme, die durch den Schweißstromfluß von der zweiten Schweißelektrode zum plattenförmigen Werkstück und vom stabförmigen Werkstück zur ersten Schweißelektrode erzeugt wird, über die betreffenden Schweißelektroden entweichen ω kann, die aufgrund ihrer beträchtlichen Größe eine entsprechende Kühlwirkung gewährleisten; infolgedessen wird die Möglichkeit für ein Verschweißen zwischen jeder Elektorde und dem betreffenden Werkstück weiter herabgesetzt. Da bei Verwendung des Schweißeleke>5 trodcnpaars eine festere Schweißverbindung als mit bisherigen Schweißelektroden gewährleistet werden kann, kann der Schweißstrom verringert werden, wenn die Festigkeit der Schweißverbindung auf die mit den bishc-

rigen Schweißelektroden erzielbare Größe begrenzt werden kann. Aufgrund der verbesserten Schweißfestigkeit wird die Verwendung eines Zwischenstücks aus z. B. Platin oder Tantal überflüssig, wie es bisher zur Erhöhung der Schweißfestigkeit zwischen einem plattenförmigen und einem stabförmigen Werkstück eingefügt wurde. Hierdurch wird aber auch der Schweißvorgang vereinfacht, und es können teure Werkstoffe eingespart werden.

Eine weitere Verbesserung der Berührung zwischen dem plattenförmigen und dem stabförmigen Werkstück kann ohne weiteres dadurch erreicht werden, daß die Oberseite des Kontaktvorsprungs der zweiten Schweißelektrode konvex geformt wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

ί⁷ i g. 1 eine perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung der Relativpositionen eines stabfö.tnigen und eines plattenförmigen Werkstücks zwischen zwei voneinander getrennten Schweißelektroden eines Schweißeiektrodenpaars,

Fig.2 eine Vorderansicht des Schweißelektrodenpaars gemäß F i g. 1,

Fig.3 eine Seitenanisicht des Schweißelektrodenpaars gemäß F i g. 1,

Fig.4 eine Vorderansicht eines abgewandelten Schweißelektrodenpaars,

F i g. 5 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Festigkeit von Schweißverbindungen, die mittels des erfindungsgemäßen Schweißelektrodenpaars und eines bisherigen Schweißelektrodenpaars hergestellt wurden,

Fig.6 und 7 eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht eines für den Festigkeitsvergleich gemäß Fig.5 benutzten Schweißclektrodenpaars,

F i g. 8 eine Aufsicht auf ein für den Festigkeitsvergleich gemäß Fig.5 benutztes Schweißwerkstück aus einer Platte und einem Stab und

Fig.9 eine schaubildliche Darstellung einer Versuchsanordnung zur Ermittlung der Daten gemäß Fig. 5.

Ein Schweißelektrodenpaar 10 gemäß F i g. 1 umfaßt eine erste Schweißelektrode 14 und eine zweite Schweißelektrode 12, die jeweils im wesentlichen zylindrisch geformt sind und längs einer Achse Z-Z(Fig. 1), d. h. in Längsrichtung des lotrecht angeordneten Schweißelektrodenpaars 10 miteinander fluchten. An den Stirn- oder Endflächen 18 und 20 der einander über einen Zwischenraum 16 gegenüberstehenden Schweißelektroden 12 bzw. 14 sind ein bzw. zwei parallele Stege ausgebildet. Die Verlaufsrichtung dieser Stege wird im folgenden als Längsrichtung oder Richtung bzw. Achse X-X bezeichnet, während die senkrecht zu beiden Achsen X-X und Z-Z verlaufende Richtung als Querrichtung bzw. Achse Y-Y bezeichnet wird. Der Steg der zweiten Schweißelektrode 12 stellt dabei einen zweiten Kontaktvorsprung 22 dar, während die mit einem Abstand bzw. einer Lücke 26 voneinander angeordneten Stege an der ersten Schweißelektrode 14 erste Kontaktvorsprünge 24 bilden.

Die beiden ersten Kontaktvorsprünge 24 legen zwischen sich und dem zweiten Kontaktvorsprung 12 einen Zwischenraum bzw. eine Lücke 26 fest, wobei der einzige zweite Kontaktvorsprung 22 so ausgerichtet ist, daß er auf die Lücke 26 zwischen den beiden ersten Kontaktvorsprüngen 24 ausgerichtet ist. Dies bedeutet, daß gemäß F i g. 2 die Mittellinie der Lücke 26 in Richtung der Achse Z-Zm'w der Mittellinie des zweiten Kontaktvorsprungs 22 in derselben Richtung fluchtet. Die beiden Schweißelektroden 12 und 14 sind in Richtung der Achse Z-Z relativ zueinander bewegbar, um die zu verschweißenden Werkstücke zwischen sich zu verspannen. Gemäß den Fig. 1 bis 3 wird ein plattenförmiges Werkstück 30 auf den zweiten Kontaktvorsprung 22 aufgelegt, und ein slabförmiges Werkstück 32 wird längs der Achse Y- Kauf das plattenförmige Werkstück 30 aufgelegt In Fig. 1 sind die beiden Schweißelektroden 12 und 14 in Richtung der Achse Z-Z voneinander getrennt dargestellt, wobei die zwischen ihnen angeordneten Werkstücke 30 und 32 in strichpunktierten Linien eingezeichnet sind. In den Fig.2 und 3 sind die die beiden Werkstücke 30,32 zwischen sich verspannenden Elektroden 12 und 14 in Richtung der Achsen X-X bzw. Y- Ygesehen dargestellt

Im folgenden sind die Vorgänge beim Zusammenschweißen des plattenförmigen und des stabförmigen Werkstücks 30 bzw. 32 mittels des Schweißelektrodenpaars 10 erläutert. Zunächst wird die erste Schweißelektrode 14 mittels einer geeigneten, nicht dargestellten Hubvorrichtung hochgefahren, worauf das plattenförmige Werkstück 20 auf den zweiten Kontaktvorsprung 22 in dem hierbei entstehenden Zwischenraum 16 aufgelegt und dann das stabförmige Werkstück 32 praktisch unter einem rechten Winkel zum zweiten Kontaktvorsprung 22 auf das plattenförmige Werkstück 20 aufgelegt wird. Hierauf wird die erste Schweißelektrode 14 nach unten gefahren, wobei die Werkstücke 30 und 32

jo zwischen den ersten und zweiten Kontaktvorsprüngen 24 und 22 mit einem vorgegebenen Druck verspannt werden. Anschließend wird durch entsprechende Einstellung einer Schweißstromversorgung ein Schweißstrom durch die beiden Schweißelektroden geleitet, wo-

J5 durch eine Widerstandsschweißung der beiden Werkstücke 30 und 32 erfolgt.

Beim beschriebenen Schweißvorgang werden die durch die Lücke 26 getrennten ersten Kontaktvorsprünge 24 der ersten Schweißelektrode 14 gegen das stabförmige Werkstück 32 angepreßt, während der einzige zweite Kontaktvorsprung 22 an der zweiten Schweißelektrode 12 von der entgegengesetzten Seite her gemäß Fig. 2 über die Dicke des plattenförmigen Werkstücks 30 hinweg gegen einen Abschnitt des stabförmigen Werkstücks 32 angepreßt wird, welcher auf die Lükke 26 ausgerichtet ist. Die beiden Werkstücke 30 und 32 werden somit an zueinander versetzten Stellen von entgegengesetzten Seiten her verspannt. Ungeachtet ihrer Oberflächenbeschaffenheit werden daher die beiden

so zweiten Kontaktvorsprünge 24 an mindestens zwei Punkten einwandfrei mit dem stabförmigen Werkstück 32 in Berührung gebracht, wobei der Strompfad aufgeteilt wird. Im Gegensatz zu den bisherigen Schweißelektroden können sich die ersten Kontaktvorsprünge 24 daher in keinem Fall mit dem Werkstück 32 verschweißen, wenn die Oberflächen der Schweißelektroden abgenutzt sind. Außerdem drückt dabei die zweite Schweißelektrode 12 gegen das stabförmige Werkstück 32 durch das zwischengefügte plattenförmige Werkstück 30 über eine Strecke an, die kürzer ist als der Durchmesser der zweiten Schweißelektrode 12, so daß die Koniakifliichc bei diesen Schweißelektroden kleiner ist ak bei den bisherigen Schweißelektroden. Infolgedessen findet im Kontaktbereich eine intensive Wärme-

h5 entwicklung statt, durch die eine hochfeste Schweißverbindung /wischen den Werkstücken 30,32 sichergestellt wird.

Der zweite Kontakivorsnrunp 22 kann mit pin^i- Vnn.

vexen Oberseite versehen sein. F i g. 4 zeigt eine solche Abwandlung, bei welcher der zweite Kontaktvorsprung 22 gemäß Fig.2 in einem senkrecht zur Achse X-X liegenden Abschnitt an seinem oberen Ende eine praktisch kreisbogenförmig konvexe Krümmung36 besitzt. ι

In Fig.5 steht die Kurve A für die Beziehung zwischen dem Schweißstrom und der Schweiß-Verbindungsfestigkeit, die beim Widerstandsschweißen der plattenförmigen und stabförmigen Werkstücke mittels der Anordnung gemäß F i g. 4 erzielt wird, während die κι Kurve V eine ähnliche, mittels des bisherigen Schweißelektrodenpaars ermittelte Beziehung darstellt. Die genaue Form und die genauen Abmessungen (in mm) des Schweißelektrodenpaars, mit welchem die Kurve A ermiiteit wurde, sind in den F i g. 6 und 7 angegeben. Wei- \ ·· terhin veranschaulicht Fig. 8 Form und Abmessungen (in mm) eines mittels des Schwcißclektrodenpaars gemäß Fig.6 und 7 geschweißten Werkstücks. Fig.9 zeigt eine Versuchsanordnung zur Untersuchung der Schweiß-Verbindungsfestigkeit zwischen den platten- und stabförmigen Werkstücken 30 bzw. 32. Gemäß F i g. 9 ist eine feste Basis 50 vorgesehen, auf welcher das mit dem plattenförmigen Werkstück 30 verschweißte Stabwerkstück 32 mit Hilfe eines Spannelemcnts 52 fest verspannt ist. Das eine Ende des plattenförmigen 2S Werkstücks 30 wird dabei mittels einer geeigneten Einrichtung in Richtung des Pfeils W(Fig.9) nach unten gezogen. Die zum Abziehen des plattenförmigen Werkstücks 30 in Richtung des Pfeils IV erforderliche Kraft, d. h. die Schweiß-Verbindungsfestigkeit, wird mit einem jo nicht dargestellten Meßgerät gemessen. Die Zugkraft in Richtung W wird hierbei allmählich erhöht, und die Größe der Kraft in dem Augenblick, in welchem das plattenförmige Werkstück 30 vom stabförmigen Werkstück 32 abgerissen wird, wird festgehalten. Mit dieser Kraft 5 (in g) als Ordinate und dem Schweißwechselstrom / (in A) als Abszisse wird die Kurve A gemäß F i g. 5 entsprechend den mit verschiedenen Werten für den Schweißstrom erzielten Größen der Kraft Saufgetragen. Die Kurve B gibt die entsprechenden Meßergebnisse bei Verwendung eines bisherigen Schweißelektrodenpaars ohne die beiden Kontakt vorsprünge 22 und 24 (F i g. 6 und 7) an. Für das Schweißen der Werkstücke bei diesem Meßvorgang ist es nötig, daß die Schweißelektroden an eine Klemme eines Schweiß- 4^r> transformator mit einer Sekundärspannung von 4 V angeschlossen sind, der Schweißdruck zwischen den Schweißelektroden 5 kg beträgt und die Stromfluß/.cit einer Periode der angelegten Spannung entspricht. Die beiden Schweißelektroden bestehen aus Wolfram, wäh- v) rend das piaiieniörmige und das Stabförmige Werkstück 30 bzw. 32 aus Molybdän bestehen. Die kleinen Kreise in F i g. 5 geben die mittels des Schwcißelektrodenpaars gemäß Fig.6 und 7 erzielten Meßwerte an; die schwarzen Punkte stehen für die mittels des bisherigen Schweißelektrodenpaars ermittelten Meßwerte. Die Kurven A und ß stellen somit die Schweiß-Vcrbindungsfestigkeitskurven auf der Grundlage dieser jeweiligen Meßwerte dar. Die Punkte C auf jeder Kurve bezeichnen den Punkt, an welchem ein Absetzen bzw. An- bo haften von Material des stabförmigen Werkstückes an der ersten Schweißelektrode infolge eines zu großen Schweißstroms auftritt. Aus den Kurven A und B geht hervor, daß das erfindungsgemäße Schweißelektrodenpaar eine höhere Schweiß-Verbindungsfestigkeit gewährleistet als das bisherige Schweißelektrodenpaar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißelektrodenpaar zum elektrischen Widerstandsschweißen einer Längskantc eines stabförmigen Werkstücks (32) mit einer Seite eines plattenförmigen Werkstücks (30). bei dem die Werkstücke (30,32) beim Schweißvorgang zwischen den einander gegenüberstehenden Stirnseiten (18,20) der beiden Schweißelektroden (12, 14) eingespannt sind und eine erste (14) der beiden Elektroden (12,14) an ihrer Stirnseite zwei am Werkstück anliegende, in einem bestimmten Abstand voneinander und bezüglich des Schwcißstellenmittelpunkts mittensymmetrisch angeordnete Kontaktvorsprünge (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (14) am stabförmigen Werkstück (32) anliegt und die Kontaktvorsprünge (24) als im rechten Winkel zur Längsachse dieses Werkstücks (32) verlaufende Stege ausgebildet sind und an der Stirnseite der zweiten Elektrode (12) ein am plattenförmigen Werkstück (30) anliegender Kontaklvorsprung (22) in Form eines parallel und mittensymmetrisch zu diesen beiden Stegen verlaufenden Steges angeformt ist.

2. Schweißelektrodenpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an der zweiten Elektrode angeformte Steg an seiner Stirnseite konvex geformt ist.

3. Schweißelektrodenpaar nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Form der Stirnseite des Steges einem Kreisbogen folgt, dessen Mittelachse parallel zur Längsrichtung des Steges verläuft.