DE4229766C1

DE4229766C1 - Contact-clamping jaws for resistance welding - with wear-resistant coating, giving reduced temp.- and current density values

Info

Publication number: DE4229766C1
Application number: DE19924229766
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal De Dancasiu; Oliver 5620 Velbert De Knipp; Leo 5620 Velbert De Ludwig
Original assignee: Julius & August Erbsloeh & Co 5620 Velbert De GmbH
Current assignee: Julius & August Erbsloeh & Co 5620 Velbert De GmbH
Priority date: 1992-09-05
Filing date: 1992-09-05
Publication date: 1993-09-23
Anticipated expiration: 2012-09-06

Abstract

Clamping jaw has clamping surfaces made of a wear-resistant material, pref. carbides, nitrides or oxides, esp. WC. USE/ADVANTAGE - The jaw can be used for a welding appts. esp. resistance welding. Productivity of the welding is improved.

Description

Die Erfindung betrifft mit einer verschleißfesten Beschichtung versehene Spannbacken einer Schweißvorrichtung, insbesondere zur Widerstandspreßschweißung.The invention relates to clamping jaws provided with a wear-resistant coating a welding device, especially for resistance pressure welding.

Es ist bekannt, stirnseitig Wellenprofile, Rohre usw. mit Hilfe der Widerstandspreßschweißung zusammenzufügen. Bei der Widerstandspreßschweißung unterscheidet man unter anderem die Preßstumpfschweißung und die Abbrennstumpfschweißung. Die Erwärmung der Stirnseiten geschieht durch einen elektrischen Strom, den Widerstand an den Kontaktstellen sowie den ohmschen Widerstand der zu verbindenden Werkstücke. Der Strom wird konduktiv über Elektroden zugeführt. Diese Elektroden sind als Spannbacken ausgebildet und bestehen aus einem harten, leitfähigen Metall, z. B. Kupfer oder Stahl. Sowohl die Preßstumpfschweißung als auch die Abbrennstumpfschweißung ergeben Verbindungen hoher Güte. Nachteilig ist der relativ hohe Kantenverschleiß der Backen. Dieser Kantenverschleiß der Spannbacken wird hauptsächlich durch zwei Phänomene bewirkt:It is known to use wave profiles, pipes, etc. on the front side Join resistance pressure welding. In resistance pressure welding one differentiates among other things the butt weld and the Flash butt welding. The end faces are heated by one electrical current, the resistance at the contact points and the ohmic resistance of the workpieces to be connected. The current is supplied conductively via electrodes. These electrodes are designed as jaws and consist of a hard, conductive metal, e.g. B. copper or steel. Both the butt welding as well Flash butt welding results in high quality connections. The disadvantage is the relative high edge wear on the jaws. This edge wear on the jaws will mainly caused by two phenomena:

1. With the working parameters necessary for welding (high clamping force, high Current density) alloy metal particles of the workpiece, z. B. aluminum particles an aluminum profile on the surface of the jaws. This process will favored by the increased temperatures during welding. These unwanted metal layer (aluminum layer) on the jaws affects the Welding negative and must be carefully removed before each welding process, e.g. B. with a wire brush. Together with the metal particles (e.g. aluminum minium particles) also material of the jaws (e.g. steel particles) removed. The surface of the jaws appears gray after each cleaning process and also more deformed. In order to make it more difficult for these particles to adhere and the above-mentioned. Preventing metal deposits has been proposed in DE-AS 10 72 761, the endangered areas with cladding sheets z. B. from tantalum. At high temperature, the material strength of these surfaces becomes significant reduced so that intensive cooling of the jaws is required. These The procedure is very complex and has therefore not become established in practice.
2. Due to the high current density during the welding process and high temperature at the same time is an electroerosion-like material removal on the jaw surfaces observe.

Beide Effekte führen zu einer schnellen, vorzeitigen Backenabnutzung. Dies zeigt sich darin, daß die Klemmfläche der einzelnen Spannbacken immer kleiner wird und die für den Schweißvorgang so wichtige Kontaktfläche zwischen Spannbacke und Werkstück entsprechend abnimmt. Zudem führt die dadurch abnehmende Klemmkraft der Spannbacken zwischen Werkstück und Backen zu erhöhten Übergangswiderständen. Hierdurch wird die Kontaktstelle thermisch stärker belastet. Um auch an der eigentlichen Verbindungsstelle eine ausreichende Erwärmung erzielen zu können, ist dann die Stromdichte auf unwirtschaftlich höhere Werte einzustellen. Die abgenutzten Kanten der Spannbacken ermöglichen darüberhinaus ein Abknicken bzw. falsches Stauchen der Werkstücke beim Schweißvorgang.Both effects lead to rapid, premature wear on the jaws. This is evident in that the clamping surface of the individual jaws is getting smaller and smaller for the Welding process so important contact surface between clamping jaw and workpiece decreases accordingly. In addition, the resulting decreasing clamping force of the Clamping jaws between workpiece and jaws for increased contact resistance. This places a higher thermal load on the contact point. To also at the actual To be able to achieve sufficient heating is then the connection point Set current density to uneconomically higher values. The worn edges of the Clamping jaws also allow kinking or incorrect compression of the Workpieces during the welding process.

Aufgabe der Erfindung ist es, Spannbacken zu entwickeln, die einen geringeren Verschleiß zur Verbesserung der Produktivität des Schweißvorgangs aufweisen und mit denen verschiedene Werkstückprofilformen und Werkstückprofilgrößen bei erhöhter Güte der Schweißnaht sicher schweißbar sind.The object of the invention is to develop jaws that have less wear to improve the productivity of the welding process and with which Different workpiece profile shapes and workpiece profile sizes with increased quality Weld seam are securely weldable.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannbacken mit einem verschleißfesten Werkstoff beschichtet werden. Als Beschichtungswerkstoffe kommen alle verschleißfesten Verbindungen, wie z. B. Carbide, Oxide, Nitride, in Frage. Als geeignetes Beschichtungsverfahren wurde das thermische Beschichten ausgewählt.The object is achieved in that the jaws with a wear-resistant material can be coated. All come as coating materials wear-resistant connections, such as. B. carbides, oxides, nitrides, in question. As a suitable one Thermal coating was chosen.

Die aufgebrachten verschleißfesten Partikel bilden auf der Backenoberfläche eine dünne, leicht aufgerauhte, harte, hochhitzebeständige Schicht. Diese Schicht haftet ohne merkliche Beeinträchtigung der Wärme- bzw. Stromleitfähigkeit der Backen auf der Oberfläche der Spannbacke.The wear-resistant particles applied form a thin, slightly roughened, hard, highly heat-resistant layer. This layer adheres without noticeable Impairment of the heat or current conductivity of the jaws on the surface of the Jaw.

Die neue Oberflächenstruktur der Spannbacke verhindert eine Materialabtragung auch bei hohen Stromdichten. Ein Erhöhen der Stromdichten im Verlaufe von Schweißvorgängen ist nicht mehr notwendig, da die harte, temperaturbeständige Oberfläche der beschichteten Spannbacken ein Anlegieren und Verkrusten der Klemmflächen durch Ablagerungen ausschließt.The new surface structure of the clamping jaw also prevents material removal high current densities. There is an increase in current densities in the course of welding processes no longer necessary because the hard, temperature-resistant surface of the coated Clamping an alloying and crusting of the clamping surfaces due to deposits excludes.

Darüberhinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß die verschleißfeste Beschichtung zu einer gleichmäßig aufgerauhten Oberflächenstruktur führt. Beim Klemmen des Werkstücks entstehen zwischen Elektrode und Werkstück durch die Mikrounebenheiten der Beschichtung so viele Kontaktbrücken, daß der durch die Beschichtung zu erwartende größere Kontaktwiderstand sehr stark vermindert wird. Damit ist es möglich, bei optimalen Schweißparametern (gleichen bzw. sogar niedrigeren Stromdichten und Temperaturen) zu arbeiten.In addition, it has proven to be advantageous that the wear-resistant coating leads to a uniformly roughened surface structure. When clamping the workpiece arise between the electrode and the workpiece due to the micro unevenness of the Coating so many contact bridges that the one to be expected from the coating greater contact resistance is greatly reduced. It is possible with optimal Welding parameters (same or even lower current densities and temperatures) work.

Die Mikrounebenheiten auf den beschichteten Klemmflächen der Spannbacken ermöglichen, daß die Stauchkraft bei reduzierter Klemmkraft auf das Profil übertragen werden kann, ohne daß das Profil zwischen den Spannbacken gleitet. Die o. g. Mikrounebenheiten prägen sich in die Oberfläche des Werkstücks ein und bewirken, daß man mit einer vergleichsweise geringen Klemmkraft, die u. a. auch für die Metallablagerungen bzw. Verkrustungen im wesentlichen verantwortlich ist, auskommt.The micro bumps on the coated clamping surfaces of the jaws allow the compression force to be transferred to the profile with reduced clamping force can be made without the profile sliding between the jaws. The above Micro bumps imprint themselves on the surface of the workpiece and cause one with a comparatively low clamping force, which u. a. also for them Metal deposits or incrustations is essentially responsible.

Die Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend an einem Beispiel aufgezeigt werden. Hierzu war vorgesehen, einen geschweißten Aluminiumrahmen herzustellen, wobei durch Abbrennstumpfschweißen windig zueinander stehende Rahmenteile an auf Gehrung geschnittenen Enden stumpf miteinander verbunden werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die aus Stahl bestehenden Spannbacken einer Abbrennstumpfschweißvorrichtung mit Wolframcarbid thermisch beschichtet werden. Wolframcarbid hat sich als vorteilhafte Beschichtung für die Bearbeitung von Aluminiumteilen herausgestellt. Nach dem Einbau der Spannbacken in die Schweißvorrichtung werden die zu verschweißenden Aluminiumprofile in den Spannbacken fluchtend eingespannt und aufeinander zugefahren, bis die beiden zu verbindenden Stirnflächen aneinanderliegen, woraufhin der Schweißvorgang eingeleitet wird. Nach 80 000 Schweißvorgängen ist die Oberfläche der Spannbacke unverändert. Keine Kanten abnutzung und keine Aluminiumablagerung auf den Spannbacken konnte bisher beobach tet werden. Herkömmliche Spannbacken ohne Beschichtung mußten nach 3 000 Schweiß vorgängen nachgearbeitet und nach 40 000 Schweißvorgängen ausgewechselt werden. Der Schweißstrom konnte gegenüber den herkömmlichen Verfahren sogar vermindert werden. The advantages of the invention will be shown below using an example. For this was intended to produce a welded aluminum frame, whereby by Flash butt welding frame parts that are windy to each other on miter cut ends butt joined together. An advantageous one Embodiment of the invention provides that the jaws made of steel a flash butt welding device can be thermally coated with tungsten carbide. Tungsten carbide has proven to be an advantageous coating for machining Exposed aluminum parts. After installing the jaws in the Welding device are the aluminum profiles to be welded in the clamping jaws clamped in alignment and moved towards each other until the two to be connected End faces lie against each other, whereupon the welding process is initiated. To The surface of the clamping jaw remains unchanged for 80,000 welding processes. No edges wear and no aluminum deposit on the jaws has been observed so far be tested. Conventional jaws without coating had to sweat after 3,000 operations are reworked and replaced after 40,000 welding operations. The Welding current could even be reduced compared to conventional methods.

Die Güte der Schweißnähte der Aluminiumprofile hat sich vom ersten bis zum achtzig tausendsten Schweißvorgang nicht verändert. Biegeversuche mit derartig verschweißten Aluminiumrahmen zeigten, daß die Profile nicht an der Schweißnaht reißen, sondern stets daneben.The quality of the welds of the aluminum profiles has varied from the first to the eighty thousandth welding process not changed. Bending tests with such welded Aluminum frames showed that the profiles do not tear at the weld, but always Besides.

Darüberhinaus ist anzumerken, daß durch den guten Kontakt zwischen Werkstück und Backen eine gleichmäßigere Temperaturverteilung über die gesamte Stirnfläche der zu schweißenden Profile erreicht werden konnte. Hierdurch konnte die Anwendung dieses Schweißverfahrens auf bisher nicht mögliche Profilformen erfolgreich ausgedehnt werden.In addition, it should be noted that the good contact between the workpiece and Bake a more even temperature distribution over the entire face of the welding profiles could be achieved. This allowed the application of this Welding process can be successfully expanded to previously impossible profile shapes.

Claims

1. Clamping jaws for a welding device, in particular for resistance pressure welding, characterized in that the clamping surfaces of the clamping jaws are coated with a wear-resistant material.

2. Clamping jaws according to claim 1, characterized in that as wear solid material carbides, nitrides or oxides can be used.

3. welding jaws according to claim 1 and 2, characterized in that as wear-resistant material for resistance pressure welding of aluminum works pieces of tungsten carbide is used.