DE3307445A1 - Process for the friction welding of parts - Google Patents

Process for the friction welding of parts

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DE3307445A1 DE19833307445 DE3307445A DE3307445A1 DE 3307445 A1 DE3307445 A1 DE 3307445A1 DE 19833307445 DE19833307445 DE 19833307445 DE 3307445 A DE3307445 A DE 3307445A DE 3307445 A1 DE3307445 A1 DE 3307445A1
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

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Abstract

The invention relates to a process for the friction welding of parts, in which the two parts to be welded are rotated relative to one another during a heating phase under slight mutual pressure; after sufficient friction heating of the parts, their relative rotation is braked, and the parts, which are stationary relative to one another, are pressed together with high axial force. In order to shorten the braking time, it is proposed to rotatably mount both parts and to apply the requisite braking or acceleration work to both parts to be welded, which braking or acceleration work is necessary to bring about the relative stoppage of both parts. This can be done by the part stopped first in the heating phase being accelerated in the braking phase in the direction of rotation of the rotating part. According to another proposal along the same lines, the two parts are driven in opposite directions of rotation during the heating phase and are then braked approximately at the same time and equally rapidly. Owing to the two proposals which can be used alternatively, a shorter braking time can be achieved, as a result of which materials with a low melting point and high thermal conductivity, such as, for example, aluminium, can also be welded without glazing of the weld structure in the peripheral direction. Such glazing would impair the strength of the welded joint.

Description

Verfahren zum Reibschweißen von Teilen Process for friction welding parts

Die Erfindung betrifft ein Verfähren zum Reibschweißen von Teilen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 19 05 664 als bekannt hervorgeht.The invention relates to a method for friction welding parts according to the preamble of claim 1, as it is for example from DE-OS 19 05 664 as known.

Reibschweißungen werden für Stahlteile seit längerer Zeit angewandt. Die Teile werden durch die Reibung bis zur helin Rotglut erwärmt und unter Stillstand in teigigem Zustand unter erhöhtem Axialdruck zusammengepreßt, wobei die beiden Teile miteinander innig verschweißen.Friction welding has been used for steel parts for a long time. The parts are heated by the friction until they are red-hot and at a standstill pressed together in a doughy state under increased axial pressure, the two Weld parts together intimately.

Es hat auch nicht an Versuchen gefehlt, dieses Verfahren für Aluminium anzuwenden. Dieser Werkstoff unterscheidet sich jedoch in zwei Punkten wesentlich gegenüber STahl, wodurch die Anwendbarkeit des eibschweißvcrfalrens für Aluminium stark in trage gestellt wird. Dies ist zuin einen der niedrigere Schmelzpunkt voii Aluminium; dadurch ist auch der Temperaturabstand zwischen dem Schmelzpunkt und dem für das Schweißen nötigen teigigen Zustand des Aluminiums kleiner als der entsprechende Temperaturabstand bei Stahl.There has also been no lack of attempts to use this method for aluminum apply. However, this material differs significantly in two respects compared to steel, which makes it possible to use the welding method for aluminum is heavily involved. This is one of the lower melting points of voii Aluminum; thereby also the temperature difference between the melting point and the doughy state of the aluminum required for welding is smaller than the corresponding one Temperature difference with steel.

Außerdem hat Aluminium eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit gegenüber Stabil. Ei.nerseits Inuß das Werkstück bis iri den teigigen Zustand hinein erwärmt werden, andererseits muß ein ausreichender Sicherheitsabstand von flüssigem Zustand des Werkstoffes eingehalten werden, weil sonst eine Maßhaltigkeit der zu verschweißenden Teile nicht eingehalten werden kann; der flüssig gewordene Werkstoff fli4-t unter Fliehkrafteinfluß und/oder unter dem Einfluß der axialen Pressung aus dem Schweißspalt heraus. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und der nur geringfügigen Temperaturüberhöhung gegenüber der Temperatur, in dem der Werkstoff für das Schweißen ausreichend teigig ist, steht nur sehr wenig Zeit zwischen dem Ende der Erwärmungsphase und dem eigentlichen Verschweißen der Teile zur Verfügung. Diese Zeit ist so kurz, daß das rotierende Teil trotz Anwendung leistungsfähiger Bremsen nicht mehr bis zum vollständigen Stillstand heruntergebremst werden kann. Deswegen hat man die eigentliche Schweißung und die Anwendung des hohen Anpreßdruckes bereits während des Auslaufens des rotierenden Teiles angewandt, was jedoch dazu geführt hat, daß die entstehende Schweißnaht in Umfangsrichtung sehr stark verdreht und das Schweißnahtgefüge in Umfangsrichtung verschmiert war. Dieses beeinträchtigt in hohem Maße die Festigkeit der Schweißnaht.In addition, aluminum has a significantly higher thermal conductivity than Stable. On the inside of the workpiece to iri the doughy condition be heated into it, on the other hand, there must be a sufficient safety margin of The liquid state of the material must be adhered to, otherwise dimensional accuracy the parts to be welded cannot be adhered to; the one that has become liquid Material fli4-t under the influence of centrifugal force and / or under the influence of the axial Pressing out of the welding gap. Because of the high thermal conductivity of aluminum and the only slight increase in temperature compared to the temperature in which If the material is doughy enough for welding, there is very little time between the end of the heating phase and the actual welding of the parts to disposal. This time is so short that the rotating part is more efficient in spite of its use Braking can no longer be decelerated to a complete standstill. That is why one has the actual welding and the application of the high contact pressure already applied while the rotating part is running out, but what is more has resulted in the resulting weld seam twisting very strongly in the circumferential direction and the weld seam was smeared in the circumferential direction. This affects to a large extent the strength of the weld seam.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensausgestaltung anzugeben, mit der kürzere Abbremszeiten erreicht werden kdnneii, so daß das tteibschlveißverfahren auch für niedrig schnielzende und gut wärmeleitende Werkstoffe wie Aiuminiuni axiwendbar ist.The object of the invention is to provide an embodiment of the method, with the shorter braking times can be achieved, so that the tteibschlveißverfahren Can also be used for low-cut and highly thermally conductive materials such as Aiuminiuni is.

Diese Auftabe wird erfindungsgemäß durch zweierloi Weise gelu"st, ul zwar kann entweder nach den kennzeichnenden das während der Erwärmungsphase drehangetriebene Teil mit gespannt bzw. auf Drehzahl gebracht werden. Durch eine Entladung eines aufgeladenen Kraftspeichers können in sehr kurzer Zeit hohe Energi-beträge freigesetzt und sehr starke Beschleunigungen erzielt werden. Selbstverständlich ist daneben auch denkbar, das zunächst stillstehende Teil durch den normalen Reibschluß zwischen den beiden zu verschweißenden Teilen zu beschleunigen. Diese Verfahrensausgestaltung ermöglicht eine besonders einfache Vorrichtung.This task is achieved according to the invention in two ways, ul can either according to the characteristic that during the warming phase rotary driven part can be clamped or brought up to speed. By a Discharging a charged energy store can generate high amounts of energy in a very short time released and very strong accelerations are achieved. Of course it is also conceivable that the part, which is initially stationary, is caused by the normal frictional engagement to accelerate between the two parts to be welded. This procedural design enables a particularly simple device.

Wenn schon beide Teile drehbar gelagert sind, ist es entsprechend dem zweiten Vorschlag der Erfindung möglich, beide Teile während der Erwärmungsphase, jedoch in einander entgegengesetzter Drehrichtung anzutreiben. Die Drehzahlen sind dann nur halb so groß im Vergleich zu einem vergleichbaren Schweißverfahren mit einerseits stillstehenden und andererseits alleinig angetriebenen Teil. Wenn die Massenträgheitsmomente der beiden zu verschweißenden Teile einschließlich der sie aufnehmenden mitumlaufenden Teile der Schweißvorrichtung etwa gleich groß sind,sind die beiden Drehzahlen gleich grcß.13ei sehr stark unterschiedlichem Massenträgheitsmoment der zu verschweißenden Teile werden zweckmäßigerweise die Drehzahlen ebenfalls unterschiedlich gewählt, derart, daß unter Berücksichtigung der jeweiligen Massenträgheitsmomente die kinetischen Energien der beiden Teile etwa gleich groß sind.Dadurch sind die Abbremsenergien für beide Teile etwa gleich groß,so daß optimal kurze Bremszeiten erzielbar sind. Auch bei gegenläufigeiii Antrieb der beiden zu verschweißenden Teile kann eine einzige Antriebsquelle für beide Teile vorgesehen werden, wenn närtilich beide Teile mit einem drehzahluiiikehrenden Getriebe miteinander verbunden sind. Allerdings müssen beide Teile in der Abbremsphase gesondert, das heißt durch jeweils eine Extrabremse abgebremst werden, um den Vorteil der reduzierten kinetischen Energien voll ausnutzen zu können. Um die Massenträgheitsmomente der Antriebsquelle und der zwischen ihr und den zu verschweißenden Teile zwischengeschalteten Getriebe während der Abbremsphase nicht mit abbremsen zu müssen, ist es zweckmäßig, diese umlaufenden Teile am Ende der Erwärmungsphase an einer im Kraftfluß möglichst nah an den zu verschweißenden Teilen liegenden Stelle von diesen abzukoppeln. Dies gilt selbstverständlich sinngemäß auch für den ersten Vorschlag der Erfindung mit nur einem während der Erwärmungsphase umlaufenden TeilIf both parts are rotatably mounted, it is appropriate the second proposal of the invention possible, both parts during the heating phase, however to drive in opposite directions of rotation. The speeds are then only half the size compared to a comparable welding process with on the one hand stationary and on the other hand solely driven part. If the Mass moments of inertia of the two parts to be welded, including them the receiving co-rotating parts of the welding device are approximately the same size the two speeds are the same when the mass moment of inertia is very different The speeds of the parts to be welded are expediently also different chosen so that taking into account the respective moments of inertia the kinetic energies of the two parts are about the same Braking energies for both parts are about the same, so that optimally short braking times are achievable. Even if the two parts to be welded are driven in opposite directions A single drive source can be provided for both parts, if necessary both parts with each other with a speed-reversing gear tied together are. However, both parts have to be carried out separately in the deceleration phase, i.e. through each time an extra brake is braked to take advantage of the reduced kinetic To be able to take full advantage of energies. About the moments of inertia of the drive source and the gear interposed between it and the parts to be welded It is advisable not to have to slow down during the deceleration phase rotating parts at the end of the heating phase as close as possible to one in the power flow to be decoupled from the parts to be welded. this applies of course, mutatis mutandis for the first proposal of the invention with only a part rotating during the heating phase

Claims (4)

Patentansprüche . Verfahren zum Reibschweißen von Teilen, bei dem die beiden zu verschweißenden Teile während einer Erwärmungsphase unter gegenseitigem axialen Druck an der zu verscheißenden Stelle relativ zueinander gedreht werden, bei deln ferner nach ausreichender Reibungserwärmung der Teile deren Relativdrehung abgebremst wird und die relativ zueinander stillstehenden Teile mit wesentlich höherer axialer Kraft als während der Erwärmungsphase zusammengepreßt werderl, dadurch gekennzeichnet daß das zwar drehbar gelagerte, jedoch während der Erwärmungsphase stillstehende Teil beim Abbremsen des während der Erwärmungsphase rotierenden Teiles in dessen Drehrichtung bis zur Drehzahlübereinstimmung beschleunigt wird. Claims. Process for friction welding parts in which the two parts to be welded together during a heating phase axial pressure at the point to be worn are rotated relative to each other, at deln also after sufficient frictional heating of the parts their relative rotation is braked and the parts that are stationary relative to one another have a significantly higher level axial force than werderl compressed during the heating phase, characterized that the rotatable, but stationary during the heating phase Part when braking the part rotating during the heating phase in it Direction of rotation is accelerated until the speed matches. 2. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß beide Teile während der Erwärmungsphase in entgCgengesetzter Drehrichtung angetrieben und danach etwa gleich zeitig und gleich schnell abgobremst werden.2. The method according to the preamble of claim 1, d a d u r c h g It is not noted that both parts are in opposite directions during the heating phase Direction of rotation driven and then decelerated at about the same time and at the same speed will. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Beschleunigen des zunächst stillstehenden Teiles durch Reibschluß mit dem rotierenden Teil erfolgt.3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the acceleration of the initially stationary part by frictional engagement with the rotating part. 4. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t daß die Drehzahl der beiden Teile unter Berücksichtigung deren jeweiligen Massenträgheitsmomentes jeweils so groß gewählt ist, daß deren kinetische Energien während der Erwärmungsphase etwa gleich groß sind.4. The method according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that the speed of the two parts taking into account their respective Mass moment of inertia is chosen so large that their kinetic energies are about the same size during the heating phase.
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