DE4038016A1 - Verbundelektrode - Google Patents
VerbundelektrodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbundelektrode für das
Widerstandsschweißen, insbesondere von verzinkten
Stahlblechen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Das Widerstandsschweißen von verzinkten Stahlblechen mit
herkömmlichen Kupfer-Chrom-Punktschweißelektroden führt zu
unbefriedigenden Ergebnissen der Qualität der
Schweißverbindung.
Um die Qualität der Schweißverbindung und die Standzeit der
Schweißwerkzeuge zu verbessern, wurden versuchsweise andere
Elektrodenwerkstoffe (z. B. Wolfram) und Kombinationen
verschiedener Werkstoffe (z. B. Kupfer-Chrom und -Wolfram)
eingesetzt.
Die Kombinationselektroden sind so aufgebaut, daß entweder
- - auf einen Kupfer-Chrom-Grundkörper ein flaches Wolframteil aufgelöst wird oder
- - ein zylinderförmiges Wolframteil in den Kupfer-Chrom- Grundkörper eingepreßt wird.
Die freie Oberfläche des Wolframteils bildet die
Kontaktstelle zum zu verschweißenden Werkstück.
Die erzielten Resultate sind so, daß sie insbesondere in der
Massenproduktion der Automobilindustrie nicht befriedigen.
Die elektrischen Eigenschaften dieser Kombinationselektroden
sind unbefriedigend. Zwischen dem Kupfer-Chrom-Grundkörper
und dem Wolframteil entstehen bei der Herstellung der
Kombination und durch Verschleißerscheinungen während des
Gebrauchs der Werkzeuge verschieden große
Übergangswiderstände. Deren Größe ist technologisch nicht
beherrschbar.
Nun sind aber gerade die Widerstandsverhältnisse im
Stromkreis, der durch das Widerstandsschweißgerät, die
Schweißwerkzeuge und die Werkstücke gebildet wird, von
grundsätzlicher Bedeutung für die Funktion des Verfahrens,
die Qualität der Schweißverbindung und die Ökonomie des
Verfahrens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Verbundelektrode für das Widerstandsschweißen herzustellen,
deren elektrische und mechanische Eigenschaften eine hohe
Standzeit des Schweißwerkzeuges gewährleisten.
Diese Eigenschaften sollen bei der Herstellung des
Schweißwerkzeuges definiert herstellbar sein. Bei Gebrauch
des Schweißwerkzeuges sollen die elektrischen und
mechanischen Eigenschaften über einen langen Zeitraum
konstant bleiben und konstante Schweißwerte ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die Verbundelektrode zum Widerstandsschweißen aus einem
Grundkörper aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff und
aus einer Schicht aus einem mechanisch und thermisch
verschleißfesten Werkstoff hergestellt ist.
Erfindungswesentlich ist, daß die verschleißfeste Schicht
auf einem Oberflächenbereich des Grundkörpers durch
Festkörperreaktionen verbunden ist.
Der Grundkörper besteht vorzugsweise aus einer Kupfer-
Legierung. Es sind aber auch andere Elektrodenwerkstoffe
nach DIN 44 759 verwendbar.
Die Verbindung durch die Festkörperreaktionen ist in einem
ersten Fall durch den direkten Kontakt der Oberflächen der
Verbindungspartner - Werkstoff des Grundkörpers und
Werkstoff der verschleißfesten Schicht - erzeugt.
Die Verbindung durch die Festkörperreaktion ist in einem
zweiten Fall durch die Vermittlung einer Zwischenschicht aus
mindestens einer dritten Materialart, die die
Festkörperreaktionen zur Verbindungsbildung zwischen dem
Grundkörper und der verschleißfesten Schicht unterstützt,
hergestellt. Die Zwischenschicht baut die Diffussionsbarriere
der verschiedenen Werkstoffe ab. Die Diffussionsvorgänge
werden unterstützt.
Die Zwischenschicht ist in einem ersten Fall durch
eine Vorbehandlung auf die mindestens eine korrespondierende
Oberfläche des Grundkörpers und/oder der verschleißfesten
Schicht aufgebracht.
Die Zwischenschicht ist in einem zweiten Fall durch das
Einlegen mindestens einer Zwischenschicht zwischen die
korrespondierenden Oberflächen der Verbindungspartner
eingebracht.
Die erfindungsgemäße Verbundelektrode ist aus dem
Grundkörper und die verschleißfeste Schicht ist aus einem
geometrisch bestimmten Körper aufgebaut. Die beiden Teile
sind zwischen sich gegenüberstehenden vorbehandelten
Oberflächen durch Diffussionsschweißen miteinander
verbunden. Die verschleißfeste Schicht bedeckt nur einen
Oberflächenbereich und steht gegenüber der Oberfläche des
Grundkörpers hervor.
Der Grundkörper ist aus einer Kupfer-Legierung, einer
Silberlegierung oder einem anderen üblicherweise zum
Schweißen verwendeten Elektrodenwerkstoff hergestellt.
Die verschleißfeste Schicht ist vorzugsweise aus Wolfram
oder einer Legierung dieses Stoffes hergestellt.
Zur Unterstützung der Festkörperreaktionen der
Verbindungspartner ist es vorteilhaft mindestens eine
Zwischenschicht aus einem den Diffussionsvorgang
begünstigenden Stoff, vorzugsweise aus Silber, Nickel, Titan
oder Tantal zwischen dem Grundkörper und der Schicht
einzubringen. Das erfolgt durch Beschichten mindestens eines
Oberflächenbereiches eines Verbindungspartners oder durch
Zwischenlegen einer dünnen Folie aus einen der oben
genannten Stoffe beim Diffussionsschweißen.
Die verschleißfeste Schicht steht aus der Oberfläche des
Grundkörpers hervor und ist mit ihrer freien Oberfläche die
Kontaktstelle zu einem zu verschweißenden Werkstück.
Der verschleißfeste Werkstoff wird in einer weiteren
Variante der Erfindung durch Bedampfen, Sputtern oder
chemischen Abscheiden als dünne Schicht auf der Oberfläche
des Grundkörpers hergestellt. Um die Festkörperreaktionen
des abgeschiedenen verschleißfesten Werkstoffes zu
begünstigen, wird vorteilhafterweise vor dem eigentlichen
Beschichtungsvorgang mit dem verschleißfestem Werkstoff
mindestens eine Zwischenschicht auf den Grundkörper
aufgebracht. Vorteilhafterweise wird das gleiche
Beschichtungsverfahren verwendet.
Die verschleißfeste Schicht ist auf hervorstehende
Oberflächenbereiche des Grundkörpers aufgebracht, so daß die
Oberfläche der verschleißfesten Schicht in Richtung auf die
zu schweißenden Werkstücke hervorsteht und den Stromübergang
zu dem Werkstück bildet.
Die Verbundelektrode ist in verschiedenen geometrischen
Formen herstellbar, so daß insbesondere die üblichen
Widerstandsschweißverfahren ausführbar sind.
Die Verbundelektrode ist als Einzelelektrode ausgeführt, die
eine zylindrische Form hat. Sie besteht aus dem
zylinderförmigen Grundkörper, mit dessen einer Deckfläche
die verschleißfeste Schicht verbunden ist, wobei der
Durchmesser der zylindrischen verschleißfesten Schicht
(Stromübergangsfläche) 2 mm bis 10 mm beträgt.
Die Verbundelektrode ist auch als ein Gebilde mit
flächenhafter Ausdehnung herstellbar und ist so für das
Widerstandsbuckelschweißen einsetzbar.
Die Verbundelektrode ist als Einzelelektrode in einer
rollenförmigen Form ausgeführt. Sie besteht aus dem
zylinderförmigen Grundkörper, mit dessen Umfangsfläche die
verschleißfeste Schicht verbunden ist, wobei die Breite der
mindestens einen zylindrischen verschleißfesten Schicht am
äußeren Durchmesser (Stromübergangsstelle) 2 mm bis 10 mm
beträgt.
Die Erfindung wird an Hand von mehreren Schweißtechnologien
zum Widerstandsschweißen beschrieben.
Die Festkörperreaktion der Verbindungspartner wird durch
Diffussionsschweißen realisiert.
Es zeigen
Fig. 1: Verbundelektrode mit diffussionsgeschweißter
Wolfram-Scheibe,
Fig. 2: Verbundelektrode mit diffussionsgeschweißtem
Wolfram-Einsatz,
Fig. 3: Verbundelektrodenform zum
- a) Einzelpunktschweißen
- b) Rollnahtschweißen
- c) Mehrfachelektrodenschweißen.
Fig. 4: Oberflächenprofil der Stromübergangsstelle der
Schweißelektrode
- a) Elektrode mit eingesetzter Wolfram-Scheibe, nicht diffussionsgeschweißt
- b) Verbundelektrode mit diffussionsgeschweißter Wolfram-Scheibe
Gemäß Fig. 1 besteht die Verbundelektrode aus einem
zylinderförmigen Grundkörper 1, der an seinem einen Ende
einen Kegelstumpf aufweist. Auf die Kegeldeckfläche ist die
verschleißfeste Schicht 2, beispielsweise eine Wolfram- Scheibe,
durch Diffussionsschweißen stumpf aufgebracht.
Zwischen dem Grundkörper und der Wolfram-Scheibe entsteht
eine Diffussionsschicht 3.
Das Diffussionsschweißen erfolgt im Vakuum, indem die beiden
Verbindungspartner unter Temperatureinfluß für eine
bestimmte Zeit einem bestimmten Druck ausgesetzt werden. Die
so in den Fügeflächen ausgelößten atomaren Austauschvorgänge
verbinden die Partner innig miteinander.
Die mechanischen und elektrischen Kennwerte der
erfindungsgemäßen Verbundelektrode überraschen wegen ihrer
vergleichsweise günstigen Werte.
Die Qualität der Schweißverbindungen, gekennzeichnet durch
die Scherbruchfestigkeit, differiert um etwa um eine
Scherzugkraft von 0.5 kN bei einem mittleren Wert von
3,5 kN.
Der Härteverlauf in der Schweißstelle der Werkstücke und
ihrer Umgebung ist gleichmäßiger. Die Vickershärte eines
Bleches wird mit HV = 100 gemessen. Der Härteanstieg in der
Schweißstelle liegt bei Schweißungen mit der
erfindungsgemäßen Verbundelektrode in der Größenordnung von
HV = 100. Der Härteanstieg in den wärmebeeinflußten
Bereichen ist etwa 1/3 geringer als bei Verwendung bekannter
Elektroden.
Das Korrossionsverhalten der mit den erfindungsgemäßen
Verbundelektroden punktgeschweißten verzinkten Stahlbleche
ist wesentlich günstiger, da der Zinkabtrag beim Schweißen
geringer ist.
Fig. 3a) zeigt sich gegenüberstehende Verbundelektroden.
Sie drücken die zu verbindenden Werkstücke 4, 5 zusammen.
Durch einen Stromfluß zwischen dem Elektrodenpaar entsteht
an der Berührungstelle der freien Wolfram-Scheiben-
Deckflächen mit den Werkstücken 4, 5 eine Schweißstelle.
Fig. 2 zeigt eine Verbundelektrode, deren Grundkörper 1 an
seinem kegelförmigen Ende eine Einsenkung hat. Die
Einsenkung hat den Durchmesser der eingesetzten
verschleißfesten Schicht 2 (Wolfram-Scheibe). Die Tiefe ist
so, daß die Wolfram-Scheibe bis einige Millimeter in den
Grundkörper eingesenkt ist und die Wolframscheibe
gleichzeitig einige Millimeter gegenüber der Kegeloberfläche
hervorsteht.
Fig. 3b) zeigt Verbundelektroden und ihre Anordnung zu
Rollnahtschweißen.
Mit dem zylinderförmigen mittig drehbar gelagerten
Grundkörper 1 ist die verschleißfeste Schicht 2, im Beispiel
ein Wolfram-Ring, durch Diffussionsschweißen aufgebracht.
Fig. 3c) stellt eine Verbundelektrode als
Mehrfachanordnung mehrerer Einzelelektroden dar.
Fig. 4 stellt Oberflächenprifile verschieden aufgebauter
Widerstandsschweißelektroden dar.
Mit beiden Varianten wurden 4000 Punktschweißungen unter
gleichen Bedingungen durchgeführt.
Teilbild a) stellt das Oberflächenprofil der
Stromübergangsstelle einer bekannten Elektrode dar, die so
aufgebaut ist, daß in einen Grundkörper aus elektrisch gut
leitenden Material ein zylinderförmiges Wolframteil
eingepreßt ist.
Teilbild b) stellt das Oberflächenprofil der
Stromübergangsstelle der erfindungsgemäßen Verbundelektrode
dar.
Der Vergleich der Bilder a) und b) zeigt, daß die
erfindungsgemäße Verbundelektrode nahezu keine
Verschleißerscheinungen zeigt.
Die Verbundelektrode hat auch nach 4000 Schweißungen eine
nahezu plane Oberfläche ohne Ausbrüche.
Diese Tatsache ist aber für die Qualität der
Widerstandsschweißverbindung von grundsätzlicher Bedeutung,
da die Oberflächenbeschaffenheit der Stromübergangsstelle
maßgeblich die Widerstandsverhältnisse bestimmt und damit
einen der wichtigsten Verfahrensparameter beeinflußt.
Resultat dies überraschenden Effektes ist eine erheblich
längere Standzeit der Schweißelektroden. Die
Verbundelektrode ermöglicht in einem automatischen
Fertigungsprozeß, beispielsweise in der Automobilindustrie
erhebliche Einsparungen.
Bezugszeichen
1 Grundkörper
2 verschleißfeste Schicht
3 Diffussionsschicht
4 Werkstückteil
5 Werkstückteil
2 verschleißfeste Schicht
3 Diffussionsschicht
4 Werkstückteil
5 Werkstückteil
Claims (13)
1. Verbundelektrode zum Widerstandsschweißen,
gekennzeichnet durch
- - einen Grundkörper aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff und
- - eine Schicht aus einem mechanisch und thermisch verschleißfesten Werkstoff auf einem Oberflächenbereich des Grundkörpers die durch Festkörperreaktionen miteinander verbunden sind.
2. Verbundelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine direkte Verbindung einer Oberfläche des Grundkörpers
mit der Schicht durch Festkörperreaktionen.
3. Verbundelektrode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Verbindung einer Oberfläche des Grundkörpers mit der
Schicht durch Festkörperreaktionen, wobei mindestens eine
Zwischenschicht aus mindestens einer weiteren Materialart
zwischen die Oberfläche des Grundkörpers und die Schicht
eingebracht ist.
4. Verbundelektrode nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch
die Zwischenschicht, die durch
eine Vorbehandlung des Grundkörpers und/oder der Schicht
durch
- - das Aufbringen mindestens einer Zwischenschicht auf mindestens eine der korrespondierenden Oberflächen oder durch
- - das Einlegen mindestens einer Zwischenschicht zwischen die korrespondierenden Oberflächen eingebracht ist.
5. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
mindestens eine mit dem mechanisch und thermisch
verschleißfesten Werkstoff durch
- - Bedampfen,
- - Sputtern,
- - chemisch Abscheiden hergestellte Schicht auf einem Teil der Oberfläche des Grundkörpers.
6. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- - den Grundkörper und
- - die Schicht aus einem geometrisch bestimmten Körper die auf einem Oberflächenbereich des Grundkörpers zwischen sich gegenüberstehenden Oberflächen durch Diffussionsschweißen miteinander verbunden sind.
7. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
den Grundkörper, der
- - aus einer Kupferlegierung,
- - einer Silberlegierung oder
- - einem anderen üblicherweise zum Schweißen verwendeten Elektrodenwerkstoff hergestellt ist.
8. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
die verschleißfeste Schicht, die vorzugsweise
- - aus Wolfram oder
- - einer Legierung dieses Stoffes hergestellt ist.
9. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
mindestens eine Zwischenschicht aus einem den
Diffussionsvorgang begünstigenden Stoff, vorzugsweise aus
- - Silber,
- - Nickel,
- - Titan oder
- - Tantal zwischen dem Grundkörper und der verschleißfesten Schicht.
10. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
den Grundkörper aus gut leitendem Werkstoff, dessen mit der
verschleißfesten Schicht beschichteten Oberflächenbereiche
aus der Oberfläche des Grundkörpers in Richtung auf die zu
schweißenden Werkstücke hervorstehen.
11. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine zylindrische Form mindestens einer Einzelelektrode,
bestehend aus dem mindestens einen zylinderförmigen
Grundkörper, mit dessen jeweils einer Deckfläche die
verschleißfeste Schicht verbunden ist,
wobei der Durchmesser der mindestens einen zylindrischen
verschleißfesten Schicht an der freien Deckfläche
(Stromübergangsfläche) 2 mm bis 10 mm beträgt.
12. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine flächenhafte, glatte Ausdehnung der Verbundelektrode.
13. Verbundelektrode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine rollenförmigen Form einer Einzelelektrode, bestehend
aus dem zylinderförmigen Grundkörper, mit dessen
Umfangsfläche die verschleißfeste Schicht verbunden ist,
wobei die Breite der mindestens einen zylindrischen
verschleißfesten Schicht am äußeren Durchmesser
(Stromübergangsfläche) 2 mm bis 10 mm beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904038016 DE4038016A1 (de) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Verbundelektrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904038016 DE4038016A1 (de) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Verbundelektrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4038016A1 true DE4038016A1 (de) | 1992-06-04 |
Family
ID=6419175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904038016 Withdrawn DE4038016A1 (de) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | Verbundelektrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4038016A1 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE202015005805U1 (de) | 2015-08-17 | 2015-09-09 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Vorrichtung zur niederohmigen Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl |
WO2016113019A1 (de) * | 2015-01-14 | 2016-07-21 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Schweisselektrode, verfahren und vorrichtung zum schweissen von sandwichblechen |
WO2017028833A1 (de) | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR NIEDEROHMIQEN VERSCHWEIßUNG VON BLECHEN MIT HOHER TAKTZAHL |
RU2709878C1 (ru) * | 2018-12-04 | 2019-12-23 | АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Электрод для контактной сварки |
-
1990
- 1990-11-29 DE DE19904038016 patent/DE4038016A1/de not_active Withdrawn
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US10875119B2 (en) | 2015-01-14 | 2020-12-29 | Thyssenkrupp Steel Europe Ag | Welding electrode, method, and device for welding sandwich panels |
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WO2017028833A1 (de) | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR NIEDEROHMIQEN VERSCHWEIßUNG VON BLECHEN MIT HOHER TAKTZAHL |
DE102015010734A1 (de) | 2015-08-17 | 2017-02-23 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur niederohmigen Verschweißung von Blechen mit hoher Taktzahl |
US10792753B2 (en) | 2015-08-17 | 2020-10-06 | Grenzebach Maschinenbau Gmbh | Device and method for the low-resistance welding of metal sheets with a high cycle rate |
RU2709878C1 (ru) * | 2018-12-04 | 2019-12-23 | АО "Раменское приборостроительное конструкторское бюро" | Электрод для контактной сварки |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |