DE914169C

DE914169C - Butt welding process

Info

Publication number: DE914169C
Application number: DED2936D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Buchmueller; Dr-Ing Hermann Voss
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1944-02-04
Filing date: 1944-02-04
Publication date: 1954-06-28

Description

Stumpfschweißverfahren Die Erfindung betrifft ein Stumpfschweißverfahren, bei welchem die zu verschweißenden Flächen elektroinduktiv mit einem den Flächen gegenüberstehenden Induktor erhitzt werden, der vor dem Zusammenfügen der Flächen aus der Schweißebene herausgeführt wird. Bei den nicht vorbekannten Maßnahmen dieser Art ist so verfahren worden, daß der Induktor in Form einer Heizleiterschleife die zu verschweißenden Flächen lediglich vorgewärmt hat. Wenn eine gewisse Vorwärmtemperatur erreicht war, wurden die beiden Flächen zusammengeführt und im unmittelbaren Stromdurchgang das Schweißen vollendet. Entweder wurde hierbei der Schweißstrom von einem besonderen Widerstandsschweiß-aggregat geliefert, oder es wurde die Anordnung so getroffen, daß im Augenblick des Zusammenfügens der zu verschweißenden Flächen der sonst im Induktor fließende Induktionsstrom unmittelbar durch die Werkstücke hindurchfloß. Im einen Falle werden unvorteilhafterweise zwei gesonderte Stromquellen benötigt und im anderen Falle sind zusätzliche Einrichtungen notwendig, um den unmittelbaren Stromdurchgang im Augenblick des Zusammenfügens der zu verschweißenden Flächen sicherzustellen. Es können diese Nachteile beim Stumpfschweißen unter elektroinduktivem Erhitzen vermieden werden, wenn die beiden Flächen dicht zusammengebracht und die Nahtstelle von einem spulenförmigen Induktor umgeben wird. Dieses nicht vorbekannte Verfahren ist im wesentlichen für das Stumpfschweißen von Rohren vorgeschlagen worden, und es bewährt sich, sofern die Werkstückquerschnitte nicht zu groß sind. Es läßt sich aber dort nicht anwenden, wo zwei Werkstücke verschieden großen Querschnittes stumpf aneinandergeschweißt werden sollen, weil eine solche Stoßstelle nicht von einer Spule umschlossen werden kann.Butt welding process The invention relates to a butt welding process, in which the surfaces to be welded are electroinductively connected to one of the surfaces opposite inductor are heated before joining the surfaces is led out of the welding plane. With the not previously known measures this Art has been done so that the inductor in the form of a heating conductor loop has only preheated the surfaces to be welded. When a certain preheating temperature was reached, the two surfaces were merged and in the immediate passage of electricity the welding completed. Either the welding current here was of a special one Resistance welding unit delivered, or the arrangement was made so that that at the moment of joining the surfaces to be welded, the otherwise im Induction current flowing directly through the workpieces. In one case, two separate power sources are disadvantageously required and in the other case additional facilities are necessary to the immediate Ensure current passage at the moment of joining the surfaces to be welded. There can be these disadvantages in butt welding with electroinductive heating can be avoided if the two surfaces are brought close together and the seam is surrounded by a coil-shaped inductor. This not previously known method is essentially proposed for the butt welding of pipes and it works as long as the workpiece cross-sections are not too large. However, it cannot be used where two workpieces with different cross-sections to be butt welded together because such a joint is not of a coil can be enclosed.

Das Verfahren gemäß der Erfindung löst die Aufgabe, die Flächen mit Induktoren in Form von Heizleiterschleifen aufzuheizen, ohne daß zusätzlich elektrische Mittel erforderlich sind, um vor allem Querschnitte jeder Größe und untereinander unterschiedlicher Größe miteinander verbunden werden können. Hierzu wird vorgeschlagen; die zu verschweißenden Flächen senkrecht übereinander anzuordnen. Die Heizwirkung des zwischengefügten Induktors wird so eingestellt, daß die untere Fläche eine Temperatur über der Schmelztemperatur erreicht, während die obere Fläche auf eine Temperatur gebracht wird, die niedriger liegt als die Schmelztemperatur. Wenn die Flächen derart aufgeheizt sind, werden sie zusammengeführt und vermittels des Schmelzbades geschweißt, das auf der einen Fläche entständen ist. In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, die untere Fläche, die aufgeschmolzen wird, mit einem Keramikring zu umgeben, der ein Überlaufen der Schmelze verhindert. Wenn Hohlkörper wie Rohre oder Wellen mit Bohrungen verschweißt werden sollen, kann in die Bohrung ein Kern eingesetzt werden; der zusammen mit dem außen herumgelegten Ring eine ringförmige Mulde bildet, in der sich die Schmelze befindet.The method according to the invention solves the problem, the surfaces with Heat inductors in the form of heating conductor loops without additional electrical ones Means are required, especially cross sections of any size and among each other different sizes can be connected to each other. To this end, it is proposed; to arrange the surfaces to be welded vertically one above the other. The heating effect of the interposed inductor is adjusted so that the lower surface has a temperature reached above the melting temperature, while the upper surface at a temperature is brought, which is lower than the melting temperature. If the surfaces are like that are heated up, they are brought together and welded by means of the weld pool, that arose on one surface. In many cases it will be useful to surround the lower surface, which is melted, with a ceramic ring, which prevents the melt from overflowing. When hollow bodies such as pipes or shafts with If holes are to be welded, a core can be inserted into the hole; which, together with the ring that is placed around the outside, forms an annular trough, in where the melt is located.

Als Induktor wird eine Heizleiterschleife verwendet. Am zweckmäßigsten ist die Anordnung so zu treffen, daß zwei Heizleiterschleifen vorgesehen werden, deren eine die obere und deren andere die untere Fläche erwärmt. Beide Heizleiter können von derselben Stromquelle gespeist werden und beispielsweise in Reihe liegen. Um die verschiedene Heizwirkung hervorzurufen, sind die Induktoren, wie an sich bekannt, verschieden auszulegen. Es kann die unterschiedliche Heizwirkung hervorgerufen werden durch verschieden große Leiterquerschnitte, durch die Wahl des Kopplungsspaltes, durch Aufsetzen von Magnetjochen und gegebenenfalls auch durch geeignete Wahl der Frequenz. Es ist aber auch möglich, mit einem einzigen Induktor zu arbeiten. In diesem. Falle ist der Kopplungsabstand gegenüber der aufzuschmelzenden Fläche geringer zu wählen als gegenüber der nicht auf Schmelztemperatur zu erhitzenden Fläche. Es ist ferner möglich, die Querschnittsform der Heizleiterschleife so zu wählen, daß sie mit einer schmalen Wirkfläche gegenüber der aufzuschmelzenden Fläche ausgerüstet ist, während der anderen Fläche gegenüber ein- breiterer Querschnitt zu wählen wäre. In Fällen, in denen dies erforderlich erscheint, kann dafür gesorgt werden, daß die Schweißstelle durch Schutzgas vor unerwünschter Oxydation bewahrt wird. Das Verfahren macht die Anwendung einer Schutzgasatmosphäre besonders einfach. Das Verfahren wird an Hand der Abbildungen näher erläutert. In Abb. i soll der Rundkörper i mit dem Rundkörper 2 geringen Querschnittes durch Stumpfschweißen verbunden werden. Die zu verschweißenden Körperwerden in einer Achse x-y senkrecht übereinander angeordnet, so daß der Körper geringeren Querschnittes sich oben befindet. Die Schweißfläche des Körpers wird mittels eines Induktors 3 erhitzt. Die Fläche wird auf einer Zone 4. auf eine Temperatur gebracht, die wenig unter der Schmelztemperatur liegt. Der Körper i wird von einem Induktor 5 an seiner Schweißfläche auf Schmelztemperatur gebracht. Die Zone 6, die hierbei zum Schmelzen gebracht wird, entspricht in der Abmessung der Stirnfläche des Körpers 2. Wenn die Temperaturen erreicht sind, werden die beiden Körper axial zusammengeführt, wobei gleichzeitig die Induktoren 3 und 5 aus der Schweißebene heraüsgeschwenkt werden. Das schmelzflüssige Bad 6, das sich auf der Fläche des Körpers i gebildet hat, stellt ein einwandfreies Stumpfschweißen der beiden Körper i und :2 sicher.A heating conductor loop is used as the inductor. Most convenient the arrangement is to be made in such a way that two heating conductor loops are provided, one of which heats the upper surface and the other the lower surface. Both heat conductors can be fed by the same power source and can be connected in series, for example. In order to produce the various heating effects, the inductors are, as in themselves known to interpret differently. It can cause the different heating effect are made by different sized conductor cross-sections, by the choice of the coupling gap, by putting on magnetic yokes and, if necessary, by a suitable choice of Frequency. But it is also possible to work with a single inductor. In this. Case the coupling distance is smaller compared to the surface to be melted to be chosen as compared to the surface that is not to be heated to the melting temperature. It it is also possible to choose the cross-sectional shape of the heating conductor loop so that they are equipped with a narrow effective area compared to the area to be melted is, while the other surface would have to be chosen with a wider cross-section than that. In cases where this appears necessary, it can be ensured that the welding point is protected from undesired oxidation by protective gas. That Process makes the use of a protective gas atmosphere particularly easy. The procedure is explained in more detail on the basis of the figures. In Fig. I the round body i should be with the round body 2 of small cross-section are connected by butt welding. The bodies to be welded are arranged vertically one above the other in an x-y axis, so that the body of smaller cross-section is at the top. The welding area the body is heated by means of an inductor 3. The area is on a zone 4. brought to a temperature slightly below the melting temperature. Of the Body i is heated to melting temperature by an inductor 5 on its welding surface brought. Zone 6, which is melted here, corresponds to Dimension of the face of the body 2. When temperatures are reached, will be the two bodies are brought together axially, at the same time the inductors 3 and 5 are pivoted out of the welding plane. The molten bath 6, which has formed on the surface of the body i, constitutes proper butt welding of the two bodies i and: 2 sure.

Die Induktoren 3 und 5 werden an eine Stromquelle angeschlossen und können in Reihe geschaltet sein.The inductors 3 and 5 are connected to a power source and can be connected in series.

In Abb. 2 handelt es sich ebenfalls darum, zwei Körper verschiedenen Querschnittes miteinander zu verbinden, und zwar soll der Schaft 7 eines Bolzens mit der Kopfplatte 8 durch Stumpfschweißen verbunden werden. Beide Teile werden ebenfalls in Richtung der senkrechten Achse x-y übereinander angeordnet. Die Kopfplatte 8 ist mit einer Vertiefung 9 versehen, in der sich unter Einwirkung des Induktors 5 die Schmelze ausbildet. Der Schaft ist mit einer der Vertiefung 9 entsprechenden Ausbuchtung io versehen, die zum Zweck des Schweißens vom Induktor 3 auf erhöhte Temperatur gebracht wird. Wie aus der Abbildung ersichtlich, sind die beiden Induktoren, die ebenfalls an eine Stromquelle angeschlossen sind, der Form der zu erhitzenden Stelle der beiden Körper angepaßt. Diese anpassende Formgebung ist aber nicht unter allen Umständen erforderlich. Unter Anwendung des Schweißverfahrens gemäß der Erfindung auf die Herstellung von Kopfbolzen lassen sich diese Körper wesentlich einfacher herstellen als durch Schmieden und Stauchen bzw. durch anders geartete Schweißverfahren.In Fig. 2 it is also a question of two bodies being different To connect cross-section with each other, namely the shank 7 of a bolt be connected to the head plate 8 by butt welding. Both parts will also arranged one above the other in the direction of the vertical axis x-y. The headstock 8 is provided with a recess 9 in which, under the action of the inductor 5 forms the melt. The shaft is with one of the recess 9 corresponding Bulge io provided, which increased for the purpose of welding from the inductor 3 on Temperature is brought. As can be seen from the figure, the two inductors, which are also connected to a power source, the shape of the one to be heated Adjusted position of the two bodies. This adaptive shape is not under required under all circumstances. Using the welding method according to the invention These bodies can be made much easier on the production of headed bolts than by forging and upsetting or other types of welding process.

Bei den Ausführungsformen des Verfahrens nach Abb. i und 2 sorgt der größere Querschnitt des unten befindlichen Körpers dafür, däß die Schmelze nicht über die Ränder tritt, weil der Schmelzfluß so geleitet wird, daß er nicht bis an den Rand heranreicht: Wenn aber, wie in Abb. 3 dargestellt, Körper gleichmäßigen Querschnittes miteinander verbunden werden sollen, so muß dafür gesorgt werden, daß-die Schmelze ii beim unteren Körper 12 nicht über die Ränder tritt. Hierzu ist ein Keramikring 13 vorgesehen. Im übrigen entspricht die Darstellung sinngemäß den voraufgehenden Abbildungen.In the embodiments of the method according to Fig. I and 2, the larger cross-section of the body below for the fact that the melt does not occurs over the edges because the melt flow is directed so that it does not go up to reaches the edge: But if, as shown in Fig. 3, bodies are even Cross-section are to be connected to each other, it must be ensured that that-the melt ii in the lower body 12 does not pass over the edges. This is a ceramic ring 13 is provided. Otherwise, the representation corresponds accordingly to previous images.

Wenn es sich, wie in Abb. a. dargestellt, darum handelt, zwei Hohlkörper, wie beispielsweise Rohre, miteinander zu verbinden, so muß außer dem Ring 13 auch noch ein Kern 1q. im unteren Körper 15 vorgesehen werden. Der Ring 13 bzw. der Kern 1q. kann während des Aufheizens mit der oberen Fläche des unteren Körpers abschließen. In diesem Falle ist es zweckmäßig, sie vor erreichtem Schmelzfluß hochzuschieben. Es ist aber auch möglich, von vornherein Ring und Kern etwas höher zu setzen als die obere Fläche des unteren Körpers. Der Kern 1q. kann beim Zusammenfügen der zu verschweißenden Flächen als Zentrierung für den oberen Körper dienen.If, as in Fig. A. shown, it is a matter of connecting two hollow bodies, such as pipes, to one another, so in addition to the ring 13 also a core 1q. in the lower body 15 are provided. The ring 13 or the core 1q. can be flush with the upper surface of the lower body as it heats up. In this case it is advisable to push it up before the melt flow is reached. But it is also possible from the outset to set the ring and core a little higher than the upper surface of the lower body. The core 1q. can serve as a centering for the upper body when joining the surfaces to be welded.

In allen Abbildungen sind jeweils zwei Induktoren dargestellt. Es handelt sich dabei um Heizleiterschleifen, die ein- oder mehrwindig ausgeführt sein können. An Stelle von zwei Induktoren kann aber auch ein einziger Induktor in Form einer Heizleiterschleife benutzt werden, der dann durch geeignete Mittel so wirken muß, daß er die untere Fläche über und die obere Fläche unter Schmelztemperatur erhitzt. Die hierzu anzuwendenden Mittel sind eingangs erwähnt worden.Two inductors are shown in each of the figures. It These are heating conductor loops that have one or more windings can. Instead of two inductors, however, a single inductor in the form a heating conductor loop can be used, which then act by suitable means it must have the lower surface above and the upper surface below the melting temperature heated. The means to be used for this purpose have been mentioned at the beginning.

Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es lassen sich auf diese Weise z. B. auch Nocken von Nockenwellen anbringen. Ferner können Ritzelwellen aus zwei Teilen oder Vorgelegewellen aus mehreren Teilen zusammengeschweißt werden. Ferner ist es möglich, auf diese Weise Kurbelwellen mit Längsbohrungen in den Lagerzapfen zusammenzuschweißen.The application of the procedure is not limited to that in the drawings illustrated embodiments limited. It can be used in this way, for. B. also attach cams of camshafts. Furthermore, pinion shafts can consist of two parts or countershafts are welded together from several parts. Furthermore it is possible to weld together crankshafts with longitudinal bores in the bearing journals in this way.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Butt welding process in which the to be welded The surfaces are electroinductively heated with an inductor opposite the surfaces that is brought out of the welding plane before the surfaces are merged is, characterized in that the surfaces to be welded are perpendicular to each other are arranged and the heating effect is adjusted so that the lower surface one temperature above, the upper one below the melting point of the material reached, whereupon the surfaces are merged.

2. The method according to claim i, characterized in that a ceramic ring is placed around the lower surface and at Hollow bodies in the bore a ceramic plug is inserted.