DE698652C - Verfahren zum elektrischen Schweissen von Naehten an Werkstuecken, insbesondere an duennen Blechen aus beliebigem Metall, und Vorrichtung zu seiner Durchfuehrung - Google Patents

Description

Di& Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Schweißen von Nähten an metallischen Werkstücken, insbesondere an dünnen Blechen aus beliebigem Metall, sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

-Zum Schweißen von dünnen Werkstücken haben sich weder die elektrische Lichtbogenschweißung noch die anderen bisher bekannten to Sehweißverfahren, wie z. B-. die Gasschmelzschweißung oder die bekannten Widerstandsschweißverfahren praktisch besonders bewährt. Die Verwendung eines Lichtbogens ist gerade bei dünnen Werkstücken, insbesondere Blechen, mit der Gefahr der Überhitzung und einer unerwünschten Oxydbildung verbunden.

Zur Vermeidung dieser Nachteile beim elektrischen Schweißen von Nähten an Werkstücken, insbesondere an dünnen Blechen aus beliebigem Metall, werden nun gemäß der Erfindung die Werkstücke entweder an den zu verbindenden Enden aufgebördelt und mit den Bördeln zusammengestoßen oder stumpf zusammengestoßen und auf die Stoßstelle ein sich über die ganze Länge des Stoßes erstreckendes Zusatzmaterial in Band-, Stab- oder Drahtform gelagert oder diese beiden Arten der Vorbereitung der Schweißstelle gemeinsam angewendet und weiterhin zur Durchführung der Schweißung zwei schräg zueinander stehende Eektroden, die an den Arbeitsenden mit einander zugekehrten und mit einander sowie mit der Schweißnaht verschiedene, spitze Winkel bildenden Abflachungen versehen sind, gegen die Bördel oder/und gegen den aufgelegten Werkstoff-mit leichtem Kontaktdruck angelegt, und sodann entlang diesem entgegen der Spitze des von den Elektrodenflächen gebildeten Winkels gleitend geführt und schließlich die Elektroden während der Schweißung an eine eine Lichtbogenbildung verhindernde Niederspannung angelegt.

Bei einem solchen Vorgehen werden mittel: der beiden im Grundriß und Aufriß konvergierenden und symmetrisch zur Schweißfuge gemeinsam auf der Vorderseite der Werkstücke angeordneten Elektroden die auf die genannte! Weise vorbereiteten Ränder der Werkstücke an einem Teilstück auf Schmelztemperatur erhitzt, und sodann wird durch gleitendes Weiterführen der Elektroden ohne Preßdruck to entlang der Ränder die geschmolzene Metallmasse durch Erhöhung des Übergangswiderstandes auf Schweißtemperatur gebracht, während gleichzeitig die in der Führungsrichtung an die geschmolzenen Metallteile angrenzenden Teile der Ränder auf Schmelztemperatur vorerhitzt werden. Das geschmolzene Metall verläßt dabei seinen Entstehungsort, sinkt in die Schweißfuge nieder und füllt diese von der Vorderseite der Werkstücke her bis zur Naht* wurzel auf der Rückseite völlig aus, womit eine einwandfreie Verbindung der einzelnen Teilstücke sichergestellt wird.

Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretende Grad der Erhitzung macht nur einen Bruchteil der Hitze des elektrischen Lichtbogens oder der Flamme eines Schweißbrenners aus und kann genau auf der Temperatur gehalten werden, auf welcher das zu schweißende Metall gut fließt. Dies ist von besonderer Be-3» deutung bei der Schweißung von Leichtmetallen, _ deren Schmelzpunkt bekanntlich weit unter dem des Eisens liegt.

Ferner braucht bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht wie bei der sogenannten Widerstands-Preß-Schweißung ein starker Preßdruck auf die Werkstücke ausgeübt zu werden, da die Schweißtemperatur infolge des sich bildenden erhöhten Übergangswiderstandes hervorgerufen wird, den das durch die Schmelzhitze niedergeschmolzene Material zwangsläufig erzeugt.

Die Vorbereitung der Schweißstelle auf die vorerwähnte Weise bildet eine der wesentlichen Voraussetzungen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorbereitung wird dabei besonders zweckmäßig in der Weise durchgeführt, daß die Ränder der Werkstücke vor dem Erreichen der Schweißstelle oder fortlaufend derart aufgebördelt werden, daß die gebördelten Teile parallel zueinander angeordnet sind oder einen Winkel miteinander bilden, oder in der Weise, daß man die Ränder der stumpf zusammengestoßenen Werkstücke derart abschrägt, daß . eine gegen die Elektroden zu offene Schweißfuge entsteht.

Eine wichtige Voraussetzung für ein einwandfreies Schweißen besteht ferner in der erwähnten Formgebung und Lage der Elektroden, die an ihren Arbeitsenden vorzugsweise schneidenförmig ausgebildet werden. Die Elektroden werden während des Arbeitsganges zweck-

mäßigerweise in einer zu der Oberfläche der Werkstücke und zur Schweißfuge zu mindestens annähernd rechtwinklig gelagerten Ebene geführt und damit derart angesetzt, daß sie im -Aufriß nach der Schweißnaht zu konvergieren ■ und daß die auf der Oberfläche der Werkstücke gleitenden Schneidkanten der Elektrodenenden im Grundriß gesehen entgegengesetzt zu ihrer Bewegungsrichtung konvergieren.

Zum Schweißen kann man die Elektroden entweder durch direkten Kurzschluß ohne Berührung der Werkstücke auf die erforderliche Temperatur vorwärmen, oder man bringt die . Elektroden beiderseits mit den zu verschweißenden Rändern in leichte Berührung und hält sie in dieser Lage, bis sie genügend heiß geworden sind. Sobald dann das Metall zu fließen beginnt, kann mit dem Schweißen begonnen werden, indem man ohne Stromunterbrechung die Elektroden in gleichförmiger Bewegung und_ ohne Druck den Rändern entlang führt. Der Elektrodenabstand kann dabei den Erfordernissen entsprechend verstellt werden.

Um eine Oxydation bzw. ein Überkochen des Schmelzflusses zu vermeiden und damit die Erzielung einer sauberen, gleichmäßigen Naht sicherzustellen, wird die Kantenunterseite der Werkstücke zweckmäßig mit einem Flußmittel versehen, welches vorzugsweise in Form eines Breies aufgetragen wird.

Zum Schweißen nach der Erfindung kann Gleich- oder Wechselstrom von niedriger Spannung, beispielsweise von 3 bis 7 Volt 'und 80 bis 350 Amp. (am Widerstand gemessen), verwendet werden. Dieser Strom wird den zu verschweißenden Stellen durch die beiden Elektroden zugeführt, die z. B. aus Kohlenstiften bestehen und an die Sekundärwicklung eines Transformators angeschlossen werden können. Zum Schweißen von 0,9 mm dicken Blechen eignet sich beispielsweise eine Spannung von 6 Volt und zum Schweißen dünnerer Bleche eine solche von 3 Volt. Beim Sehweißen sinkt die Spannung entsprechend. dem Anstieg der ioj Stromstärke beispielsweise auf i^x/₂ bzw. bis 3 Volt, wenn die Anfangsspannung 3 bzw. 6 Volt betrug. Dieses Absinken der Spannung hat den Vorteil, daß bei etwaigen Unterbrechungen keine Funkenbildung auftritt. Es wird also vermieden, daß sich ein Lichtbogen bilden kann, durch welchen Elektrodenteilchen in das flüssige Metall abgestoßen werden, welche bei Wiederbeginn des Schweißens den Stromdurchfluß erschweren oder die Naht verunreinigen könnten. Die Geschwindigkeit, mit welcher geschweißt werden kann, beträgt bei dünnen Blechen beispielsweise 0,6 bis 1 m/min.

Untersuchungen haben gezeigt, daß erfindungsgemäß geschweißte Werkstücke den anno sie gestellten Anforderungen entsprechen und. daß das Metall in der Schweißnaht ein außer-

ordentlich feines, gleichmäßiges Gefüge aufweist.

Gegenstand der Erfindung bildet ferner eine zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens geeignete Vorrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß an einem Halter in Händgriffen zwei stabförmige, schräg zueinander stehende Elektroden angeordnet sind, die an ihren Arbeitsenden mit einander zugekehrten ίο und mit einander sowie mit der Schweißnaht verschiedene spitze Winkel bildenden Abflachungen versehen sind und deren gegenseitiger Abstand ohne Stromunterbrechung veränderbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, die '5 stabförmigen Elektroden an ihren einander zugekehrten Seiten abzuflachen und an ihrem Arbeitsende unter'Bildung einer Schneidekante an der Außenseite abzuschrägen. Des weiteren empfiehlt, es sich, im Elektrodenhalter Anlageso flächen für die Längsabflachungen der Elektroden vorzusehen, durch die sowohl die Schräglage der Elektroden gegeneinander als auch die Winkellage der Abflachungen der Arbeitsenden gesichert werden,

In der beiliegenden Zeichnung ist eine Vorrichtung gemäß -der Erfindung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens in beispielsweiser Ausführungsform schematisch dargestellt und sei an Hand derselben die Durchführung und Wirkungsweise des Verfahrens nachstehend im einzelnen noch näher erläutert. Es zeigen

Abb. ι den Elektrodenhalter in Seitenansicht, Abb. 2 in der Draufsicht,
Abb. 3 in Ansicht von vorn.'

■ .Abb. 4 a bis 4c zeigen schematisch die Lage der Elektroden zu den Werkstücken und die -Bildung der Schweißnaht aus den gebördelten Kanten der Werkstücke in vergrößerter Darstellung.

Der in der Zeichnung dargestellte Elektrodenhalter weist einen Griff 1 auf, welcher von zwei Stromleitern 2, 3 durchsetzt wird. Die Leiter 2, 3 stehen mit einer nicht gezeichneten Stromquelle· in Verbindung. Der eine der beiden Leiter 2- ist fest im Griff. 1 angeordnet, während Leiter 3 drehbar angeordnet ist. Eine Drehung des Leiters 3 um seine Längsachse kann .durch den Hebel 4 herbeigeführt werden,. welcher schwenkbar um die Achse 5 an der am Griff 1" befestigten Lasche 6 sitzt. Das eine Ende des Hebels 4 ist durch einen Bolzen 7 mit Verbindungsstücks und dieses wiederum mit einem in den Leiter 3 eingesetzten Bolzen 9 verbunden. Eine Feder 10, welche einerseits am Hebel 4 und andererseits am Griff 1 anliegt, ist bestrebt, den Hebel 4 in der in Abb. τ dargestellten Ausgängslage zu halten. Wird der Hebel 4 im Sinne des Pfeiles I in Abb, 1 verschwenkt, so wird Leiter 3 um seine Längsachse ebenfalls verschwenkt, ohne daß das Schweißen unterbrochen wird. Die Enden der Leiter 2, 3 tragen die Elektroden 11," 12, zu welchem Zwecke an den Enden der Leiter 2, 3 z. B. angeschweißte Lappen 13, 14 und mittels Flügelmuttern 15, 16 angeordnete Klemmbacken ij, 18 vorgesehen sind. Die Lappen 13, 14 sind, wie aus Abb. 2 ersichtlich, so an die Leiter 2, 3 angesetzt, daß sie miteinander einen in Richtung auf den Handgriff geöffneten spitzen Winkel bilden. Die Elektroden 11, 12 können auch, wie dies in Abb. 3 bei 11 dargestellt ist, in einem Futter 19 angeordnet sein; Kohleelektroden sind zweckmäßigerweise mit einem Kupferüberzug versehen. Zur Abführung der sich bildenden Wärme sind an den Leitern 2,3 die Oberfläche vergrößernde Kühlscheiben 20, 21 angeordnet, und zwar so, daß selbstverständlich dadurch die Drehbewegung des Leiters 3 nicht behindert wird. An Stelle der Luftkühlung kann auch Wasserkühlung treten.

Die Elektroden sind an den Armen in vertikaler Richtung angeordnet, konvergieren nach ihren freien.Enden und schließen miteinander einen spitzen Winkel ein (Abb. 3). Die schneidkantenartige Form der Kohlen geht aus Abb. 3 hervor. Auf der einander zugekehrten Seite sind die Kohlen flach, auf der entgegengesetzten Seite im wesentlichen halbrund ausgebildet. Die Schneidkanten s der Elektroden konvergieren entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung x-y der Stifte (Abb. 4c). Durch die beiden Konvergenzen wird erreicht, daß die Hitze gewissermaßen im Scheitel der Konvergenzwinkel konzentriert wird.daß die Formgebung "der Schweiß- naht durch das Eintreten der Schneidkanten in das niedergeschmolzene Material beeinflußt wird und daß das Fortführen der an den Ecken ihrer Kanten vorzugsweise abgerundeten Elektroden längs der Schweißkanten ohne Hemmung erfolgt. Wären die Schneidkanten der Elektroden z. B. parallel gerichtet, so würden sich die Kohlenenden durch ihre Temperatur in das Werkstück einschmelzen, gleichsam eine Vertiefung ihrer Form entsprechend im Werkstück bilden und somit das Weiterziehen des Elektrodenhalters verhindern. Die auf dem Schweißgut 22 ^s' und 22^ aufliegenden Schneidkanten der Elektroden können je nach Blechdicke bzw. Gestaltung der Werkstücke mehr oder weniger breit sein.

Die Konvergenz der Schneiden der Elektroden kann zwangläufig dadurch herbeigeführt sein, daß die an die Leiter 2,3 angesetzten Lappen, wie erwähnt, spitze Winkel miteinander bilden und als Anlageflächen für die abgeflachten Ele'ktroden dienen. Natürlich können aber die Elektroden auch ohne solche Anlageflächen so eingespannt werden, 'daß die gewünschte Konvergenz zustande kommt. .

Die besondere Form der Elektroden und ihre-120 Lage zu den Kanten der Werkstücke sowie die bei Bildung der Schweißnaht aus den nieder-

schmelzenden Kanten eintretenden Vorgänge wird durch Abb. 4a-bis 4c veranschaulicht.

Die im Aufriß konvergierenden Kohlenstifte 11

und 12 sind vertikal zu den Werkstücken 22°, 22⁶ symmetrisch zu den auf gebördelt en Kanten 25 derselben so angeordnet, daß sie mit ihren inneren Schneidkanten auf den Werkstücken ohne besonderen Druck aufsitzen. Auf der Unterseite der Kanten s der Werkstücke 22°

to und 22^b ist an der künftigen Nahtwurzel ein breiförmiges Flußmittel 24 aufgestrichen.

Aus Abb. 4c geht hervor, daß die Basisfläche der Stifte annähernd abgeschrägte Kreisform aufweist, derart, daß die Schneidkanten s mit der Naht einen spitzen Winkel bilden. Durch die hierdurch erzeugte Konvergenz der Schneidkanten wird die größte Hitze gegen das in bezug auf die Bewegungsrichtung der Kohlen rückwärtige Ende der Schneidkanten hin konzentriert und ferner wird dadurch verhindert, daß die im Sinne der Bewegungsrichtung x~y vorderen Kanten der Elektroden an den Kanten dps Schweißgutes anecken und dadurch die Bewegung stören könnten.

Durch die Wärme der- Elektroden wird das Material bei 27 auf Schmelztemperatur gebracht. Dabei wird das bei 26 vorgewärmte und gegen 27 zu niedergeschmolzene Material bei 27 durch den noch zusätzlich wirkenden Übergangswiderstand auf Schweißhitze gebracht.

In Abb. 4b wird gezeigt, daß nach vollendetem Schweißvorgang die Kanten 25 niedergeschmolzen sind, die Schmelze daher den Ort ihres Entstehens verlassen hat, und daß das geschmolzene Material die durch das Abschmelzen etwas erweiterte Stoßfuge 28 bis zur Nahtwurzel 29 völlig und gleichmäßig ausgefüllt hat.

Zum Schweißen von Blechen, deren miteinander zu verbindende Kanten nicht umgebördelt sind, wird vorzugsweise die Elektrodenform etwas stumpfer als in anderen Fällen gewählt und die Kante breiter gehalten. Man kann in solchen Fällen die Ränder der Bleche ebenfalls besonders vorbereiten, z.B. derart abschrägen, daß eine gegen die Elektroden zu offene Schweißfuge gebildet wird.

In die Schweißfuge kann in diesem Falle ein

Zusatzmaterial z. B. in Drahtform eingelegt Werden, das etwas über die Blechoberkante hinausragt und dessen Zusammensetzung dem

Grundmaterial entspricht. · ·

Die Elektroden gleiten in diesem Falle dem Zusatzdraht entlang und schweißen denselben in die Nahtfuge. ein. Auch hierbei kann zweckmäßig ein Flußmittel verwendet werden.

Beim Verfahren nach der Erfindung kann man sowohl aus Kohle bestehende Elektroden wie auch solche aus anderem unschmelzbarem oder hochschmelzbarem Material verwenden. Die schweißgerechte Vorbearbeitung der Werkstücke wird sich jeweils dem besonderen

Bedürfnis anpassen. Zweckmäßig sind die '

Schweißkanten von Verunreinigung, Walzhaut usw. zu säubern. Bei der Schweißung von Dünnblech wird man z. B. die Bördelung vorziehen.

Die Bördelung der Bleche kann in rechtem, spitzem oder stumpfem Winkel erfolgen. Mankann die Blechränder einander berühren lassen oder aber in geringer Entfernung voneinander anordnen! Die Anwendung von Zusatzmaterial, 7° z. B. eines Schweißstabes, empfiehlt sich vorzugsweise dann, wenn man von einer Bördelung der Ränder absieht und diese nur stumpf aneinanderstoßen läßt.

Um eine Überhitzung der Elektroden zu vermeiden, welche zwangsläufig ein Durchbrennen der Werkstücke verursachen würde, empfiehlt es sich, eine regulierbare automatische Vorrichtung zwischen Stromquelle und Elektroden einzuschalten. Diese verhindert eine Überschreitung der je nach Werkstück zulässigen Stromhöchstgrenze.

Die Führung des Elektrodenhalters kann sowohl von Hand wie auch selbsttätig erfolgen. Ebenso kann anstatt einer Bewegung des Elektrodenhalters auch eine Bewegung des Werkstoffes sowohl von Hand wie automatisch an dem stillstehenden Elektrodenhalter entlang oder auch wahlweise eine gegenläufige Bewegung von Elektrodenhalter und Werkstoff, gegebenen- 9 falls abwechslungsweise, bewirkt werden.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   r. Verfahren zum elektrischen Schweißen von Nähten an- Werkstücken, insbesondere an dünnen Blechen aus beliebigem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke entweder an den zu verbindenden Enden auf--

   - gebördelt und mit den Bördeln zusammen- χ gestoßen werden oder stumpf zusammengestoßen werden und auf die Stoßstelle ein sich über die ganze Lange des Stoßes erstreckendes Zusatzmaterial in Band-, Stab-

   - oder Drahtform gelagert wird, oder daß diese beiden Arten der Vorbereitung der Schweißstelle gemeinsam angewendet werden, und daß weiterhin zur Durchführung der Schweißung zwei schräg zueinander stehende Elek-

   , troden, die an den Arbeitsenden mit einander ' 1 <> zugekehrten und mit einarider sowie mit der Schweißnaht" verschiedene spitze Winkel bildenden Abflachungen versehen sind, gegen die Bördel oder/und gegen den aufgelegten Werkstoff mit leichtem Kontaktdruck angelegt und so dann entlang diesem entgegen der Spitze des von den Elektrodenflächen gebildeten Winkels gleitend geführt werden und daß schließlich die Elektroden während der Schweißung, an eine eine Lichtbogen-• bildung. verhindernde .Niederspannung an-. .: gelegt werden. '· .. .■ ..
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Werkstücke vor dem Erreichen der Schweißstelle oder fortlaufend derart aufgebördelt werden, daß die gebördelten Teile parallel zueinander angeordnet sind oder einen Winkel miteinander bilden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der

   ίο stumpf .zusammengestoßenen Werkstücke derart abgeschrägt werden, daß eine gegen die Elektroden zu offene Schweißfuge entsteht.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroden, gegebenenfalls nachdem man sie durch Kurzschluß erhitzt hat, zunächst in leichte Berührung mit den Rändern der Werkstücke bringt und sie, sobald sie genügend heiß geworden sind, ohne Stromunterbrechung den Rändern entlang führt.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden während des Arbeitsganges in einer zu der Oberfläche der Werkstücke und zur Schweißfuge zu mindestens annähernd rechtwinklig gelagerten Ebene geführt werden.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder die Werkstücke am Elektrodenhalter oder den Elektrodenhalter an den Werkstücken vorbeiführt oder Elektrodenhalter und Werkstücke eine gegenläufige Bewegung, ausüben läßt und* daß gegebenenfalls die Bewegungen automatisch und/oder abwechselnd erfolgen.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis. 6, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Halter in Händgriffen zwei stabförmige, schräg zueinander stehende Elektroden angeordnet sind, die an ihren Arbeitsenden mit einander zugekehrten und mit einander sowie mit der Schweißnaht verschiedene spitze Winkel bildenden Abmachungen versehen sind und deren gegenseitiger Abstand ohne Stromunterbrechung veränderbar ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elektroden an ihren einander zugekehrten Seiten abgeflacht und an ihrem Arbeitsende unter Bildung einer Schneidekante an der Außenseite abgeschrägt sind.
9. 9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Elektrodenhalter Anlageflächen für die Längsabflachungen der Elektroden vorgesehen sind, durch die sowohl die Schräglage der Elektroden gegeneinander als auch die Winkellage der Abflachungen der Ärbeitsenden gesichert werden. . . '
10. 10. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus hoch- oder unschmelzbarem Material, wie z.B. Kohlenstiften, bestehen!

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen