DE956163C

DE956163C - Method and device for welding metallic pins with the aid of an electric arc

Info

Publication number: DE956163C
Application number: DEV6313A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Van Dassen; Wilhelm Eickhoff; Walter Von Sondern
Original assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Current assignee: Vereinigte Kesselwerke AG
Priority date: 1953-09-24
Filing date: 1953-09-24
Publication date: 1957-01-17
Also published as: DE963175C

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aufschweißen von metallischen Stiften mit Hilfe des Lichtbogens Die Erfindung betrifft das Aufschweißen von metallischen Stiften, Schrauben od,. dgl. auf ein Werkstück, z. B. auf Metallplatten, Röhren usw., mit dem Lichtbogen, wobei der Stift selbst als Elektrode dient, und hat ein besonders vorteilhaftes Verfahren nebst Urrichtung zur Ausführung desselben zum Gegenstand, daß sich nicht nur durch Einfachheit, Zuverlässigkeit und Zweckmäßigkeit auszeichnet, sondern darüber hinaus noch den Vorzug hat, daß die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Mittel trotz ihrer Handlichkeit einem robusten Betr.iteb in jeder Beziehung vollauf Rechnung tragen.Method and device for welding on metallic pins With the help of the arc The invention relates to the welding of metallic Pins, screws or Like. On a workpiece, e.g. B. on metal plates, tubes etc., with the arc, with the pen itself serving as an electrode, and has a particularly advantageous method along with original device for executing the same for Object that is not just characterized by simplicity, reliability and expediency distinguishes itself, but also has the advantage that the implementation The means required for the procedure are a robust operator despite their handiness take full account of them in every respect.

Dieser Erfolg wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Zurückziehen des Schweißs,biftes zur Bildung des Lichtbogens und das Wiedervorstoßen und Aufdrücken des Stiftes in das Schmelzbad durch die kinetische Energie eines Asynchronmotors erzielt wird, und zwar derart, daß das Zurückziehen und das Wiedervorstoßen des Stiftes durch Umpolen des Asynchronmotors bewirkt wird, wobei, als zeitbestimmende Elemente für den Schweißvorgang Schaltrelais Verwendung finden, die von Synchronmotoren gesteuert werden.This success is achieved according to the invention in that the withdrawal of sweat, leads to the formation of the arc and the re-advancement and pushing open of the pin into the weld pool through the kinetic energy of an asynchronous motor is achieved, in such a way that the retraction and advancement of the Pin is effected by reversing the polarity of the asynchronous motor, as a time-determining Elements for the welding process of switching relays are used by synchronous motors being controlled.

Es ist bereits bekannt, das Zurückziehen, des Stiftes zur Erzeugung des Lichtbogens durch die elektromagnetische Kraft eines Solenoides unter gleichzeitigem Aufladen eines Kraftspeichers in Gestalt beispielsweise einer Spiralfeder zu bewirken. Auch ist vorgeschlagen worden, zum Aufdrücken des Stiftes auf das Werkstück hydraulische, mechanische oder elektromagnetische Vorrichtungen zu verwenden.It is already known to retract the pen to generate it of the arc by the electromagnetic force of a solenoid under simultaneous To effect charging of an energy store in the form of, for example, a spiral spring. It has also been suggested to be push-on of the pen on the Workpiece to use hydraulic, mechanical or electromagnetic devices.

Alle diese Mittel haben aber den Nachteil, daß sie einen großen baulichen Aufwand erfordern und deshalb zu unhandlichen Geräten führen, wenn genügend hohe Kräfte auf den anzuschweißenden Stift aufgebracht werden müssen, wie es der Fall ist, wenn Stifte aus weniger reinem Material verschweißt werden .sollen.However, all of these means have the disadvantage that they are a major structural factor Require effort and therefore lead to unwieldy devices, if sufficiently high Forces must be applied to the pin to be welded, as is the case is when pins made of less pure material are to be welded.

Weiterhin ist es bekannt, den zeitlichen Ablauf des Schweißvorganges durch Elektronengeräte oder Kondensatoren zu steuern.It is also known the timing of the welding process controlled by electronic devices or capacitors.

Diese Steuerungen hatten aber wiederum den Nachteil, daß sie bei rauhen Betriebsbedingungen, besonders auf Baustellen, oft störanfällig waren, da schon geringe Temperaturunterschiede die Schweißzeiten ungünstig beeinflußten. Auch waren zur Wartung und Beseitigung etwa auftretender Fehler geschulte Spezialkräfte erforderlich.However, these controls again had the disadvantage that they were rough Operating conditions, especially on construction sites, were often prone to failure, because already small temperature differences had an unfavorable effect on the welding times. Also were Specialists trained to maintain and eliminate any errors that may occur are required.

Mit der Erfindung werden alle diese Nachteile und Schwierigkeiten vermieden und ein außerordentlich handliches Gerät geschaffen. Gegenüber den mit Solenoiden ausgerüsteten Geräten hat die Erfindung den Vorteil, daß für das Aufdrücken des anzuschweißenden Stiftes die große kinetische Energie eines Asynchronmotors ausgenutzt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, auch mit einem Handschweißgerät kleinerer Abmessungen verhältnismäßig große Anpreßdrücke auf den anzuschweißenden Stift zu erzeugen, so d'aß Verunreinigungen aus dem Schmelzbad herausgeschleudert werden.The invention overcomes all of these disadvantages and difficulties avoided and created an extremely handy device. Compared to with Solenoid equipped devices, the invention has the advantage that for pressing of the pin to be welded the large kinetic energy of an asynchronous motor is exploited. This makes it possible to use a hand-held welding device as well Dimensions relatively large contact pressure on the pin to be welded so that impurities are thrown out of the weld pool.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht aber auch darin, daß der Anpneßdruck des Stiftes nicht durch das Erlahmen von Anpreßfedern beeinträchtigt werden kann.Another advantage of the invention is that the Pinch pressure of the pen is not affected by the weakening of the compression springs can be.

Die Lebensdauer des Asynchronmotors in dem Schweißgerät nach -der Erfindung ist praktisch unbegrenzt. Der mechanische Widerstand beim Eintauchen des Stiftes in das Schmelzbad wird zum Teil von der elektromagnetischen Richtkraft des Stators des Asynchronmotors aufgenommen.The service life of the asynchronous motor in the welding machine after -the Invention is practically unlimited. The mechanical resistance when immersing the The pin in the weld pool is partly controlled by the electromagnetic directivity of the Asynchronous motor stator added.

Das Steuergerät, welches als zeitbestimmende Elemente Synchronmotore vorsieht, arbeitet auch bei rauhen Betriebsverhältnissen einwandfrei und hat eine erheblich längere Lebensdauer als Elektronenröhren. Außerdem erfordert seine Wartung keine Spezialkräfte.The control unit, which as time-determining elements synchronous motors provides, works perfectly even under rough operating conditions and has a significantly longer service life than electron tubes. In addition, it requires maintenance no special forces.

Die Luftschütze zur Schaltung des Schweißstromes und die Schaltrelais zur Steuerung der Schweißzeit sind in dem Steuergerät gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besonders günstig angeordnet, in dem die Bewegungsrichtung der Luftschütze senkrecht zu der der Schaltrelais verläuft. Dadurch wird vermieden, daß bei der Betätigung der Luftschütze durch die auftretenden, mechanischen Erschütterungen die Schaltrelais zum Flattern oder Abschalten gebracht werden.The air contactors for switching the welding current and the switching relays to control the welding time are in the control device according to a development the invention arranged particularly favorably in which the direction of movement of the air guns perpendicular to which the switching relay runs. This avoids that in the Actuation of the air contactors due to the occurring mechanical vibrations the switching relays are made to flutter or switch off.

Die Erfindung wird an Hand -der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt Fig. i das Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgestaltetes Schweißgerät in Form einer Schweißpistole, jedoch ohne Schweißstift.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, namely FIG. 1 shows the circuit diagram of the control device according to the invention and FIG. 2 shows a welding device designed to carry out the method according to the invention in the form of a welding gun, but without a welding pin.

In dem Schaltschema nach Fig. i sind mit i, 2 und 3 die zeitbestimmenden Elemente bezeichnet, von denen jedes aus einem Schaltrelais mit Synchronmotor besteht. Mit q. und 5 sind die Luftschütze zur Schaltung des Schweißstromes und mit 6 ein zwischengeschalteter Widerstand bezeichnet. Weitere Hilfsschütze für die Spannung von 22o Volt sind bei 7, 9 und io vorgesehen, während mit 8 noch ein Hilfsschütz für die Spannung von q.:2 "Volt bezeichnet ist, die von dem Transformator i i als Sekundärspannung geliefert wird.In the circuit diagram according to FIG. I, i, 2 and 3 are the time-determining Designates elements, each of which consists of an all-or-nothing relay with a synchronous motor. With q. and 5 are the air contactors for switching the welding current and with 6 on called intermediate resistance. Further contactor relays for the voltage of 22o volts are provided at 7, 9 and io, while at 8 there is an auxiliary contactor for the voltage of q.:2 "volts is indicated by the transformer i i as Secondary voltage is supplied.

Das Schaltschema enthält weiterhin noch den Schweißumformer 12 sowie den Schalter 13, um das Schweißgerät 25 (Fig. 2) an das elektrische Stromnetz anzuschließen. Zum Schließen des Steuerstromkreises dient die Drucktaste 1q..The circuit diagram also contains the welding converter 12 and the switch 13 to connect the welding device 25 (Fig. 2) to the electrical power network. The 1q .. push button is used to close the control circuit.

Das Schweißgerät 25 besteht aus folgenden Teilen (Fig. 2) In dem erweiterten Teil der Pistole ist ein Asynchronmotor 15 für Rechts- und Linkslauf eingebaut, dessen Antriebswelle 28 den auf der oberen Seite des Motors angeordneten Kommutator 29 trägt, wobei die Bürsten 3o, 31 zur ibertragung des Antriebsstromes dienen. Auf der entgegengesetzten Seite. des Motors 15 ist die Antriebswelle 28 durch einen gehärteten Körper 16 verlängert, der auf seinem zylindrischen Teil zwei eingefräste Schraubengänge 17 für die Kugeln 18 für Vor- und Rücklauf aufweist..The welding device 25 consists of the following parts (Fig. 2) In the expanded Part of the gun is an asynchronous motor 15 for clockwise and counterclockwise rotation, the drive shaft 28 of which is the commutator located on the upper side of the motor 29 carries, the brushes 3o, 31 serving to transmit the drive current. on the opposite side. of the motor 15 is the drive shaft 28 through a hardened body 16 extended, the two milled on its cylindrical part Has screw threads 17 for the balls 18 for forward and reverse.

Der Körper 16 ist mit der Welle 28 fest verbunden und mit,einer Verlängerung versehen, die in der Büchse i9 ihre Führung hat. Beim Drehen des Motors werden die Kugeln 18 mit nach oben gezogen oder nach unten gedrückt. Die genannten Kugeln sind in einer Büchse i9 gebettet, die gegen Verdrehung gesichert ist. Die Büchse i9 wird demnach je nach Drehrichtung des Motors mit hochgehoben oder heruntergedrückt.The body 16 is firmly connected to the shaft 28 and has an extension provided, which has its lead in the rifle 19. When the engine turns, the Balls 18 with pulled up or pushed down. The balls mentioned are embedded in a sleeve 19, which is secured against rotation. The rifle i9 will accordingly, depending on the direction of rotation of the motor, lifted or pressed down.

Mit 2o ist eine Druckfeder bezeichnet, die an ihrem einen Ende an einer Schulter der beweglich in dien schmäleren Teil der Pistole eingesetzten Büchse 21, an ihrem anderen Ende auf dem Flansch 32 abgestützt ist. Diese Feder dient zurDämpfung der Rückzugsbewegung des Schweißstiftes.With a compression spring is referred to at one end one shoulder of the movable rifle inserted in the narrower part of the pistol 21, is supported at its other end on the flange 32. This spring is used for damping the retraction movement of the welding pin.

Mit 23 ist .eine obere und mit 2q. eine untere Begrenzungsplatte bezeichnet, von denen die. obere 23 fest eingebaut ist. Die Platte 24 dient zum Anschrauben des in der Zeichnung nicht dargestellten Elektrodenhalters und ist mit Gewinde in die Halterung 22 eingeschraubt.With 23 is a top and with 2q. denotes a lower delimitation plate, of which the. upper 23 is permanently installed. The plate 24 is used to screw on of the electrode holder, not shown in the drawing, and is threaded in the bracket 22 is screwed in.

Die Büchse i9 mit Flansch 26 dient zur Begrenzung der Ein- und Ausfahrmöglichkeiten des Schweißstiftes - ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt.The sleeve i9 with flange 26 is used to limit the entry and exit options of the welding pin - also not shown in the drawing.

Bei der Schweißpistole ist gemäß der weiteren Ausgestaltung der- Erfindung als Schweißstrom nicht nur Gleichstrom, sondern auch Wechselstrom verwendbar. Im Gegensatz zum Gleichstrom ist es jedoch bei der Verwendung von Wechselstrom nicht möglich, mit nackter Elektrode, also dem Schweißstift, einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen. Es wird daher bei der Verwendung von Wechselstrom als Schweißstrom vorgeschlagen, in bekannter Weise diesen Wechselstrom mit Gleichstrom zu überlagern. Mit dieser wird erreicht, daß ein konstanter Lichtbogen erzeugt werden kann, der als Träger für den fließenden Schweiß-Wechselstrom dient. Die Überlagerung kann in bekannter Weise dadurch erzielt werden, däß in dem Schweißstromkreis parallel zum Transformator sekundärseitig .eine Seelenzelle eingebaut ist. Der Wechselstrom, der durch die Selenzelle geht, wird @in Gleichstrom umgewandelt und dient als Überlagerungsgleichstrom zum Zünden und Aufrechterhalten des Lichtbogens für den Wechselstrom-Schweißstrom. Die Spannungen der beiden Ströme sind hierbei aufeinander abzustimmen.In the case of the welding gun, according to the further embodiment of the invention Not only direct current but also alternating current can be used as welding current. in the In contrast to direct current, however, it is not when using alternating current possible, to generate a stable arc with a bare electrode, i.e. the welding pin. It is therefore suggested when using alternating current as welding current, to superimpose this alternating current with direct current in a known manner. With this it is achieved that a constant arc can be generated, which acts as a carrier is used for the flowing alternating welding current. The overlay can be known in Way can be achieved in that in the welding circuit in parallel with the transformer a soul cell is built in on the secondary side. The alternating current flowing through the Selenium cell goes, is converted into direct current and serves as a superimposed direct current for igniting and maintaining the arc for the alternating current welding current. The voltages of the two currents must be coordinated with one another.

Die Betriebsweise des Steuergerätes ist folgende: Zur Inbetriebnahme des Steuergerätes wird der Hebel 13 umgelegt, so daß der Transformator i i gespeist wird und sekundärseitig mit einer Sparr nung von 42 Volt der Strom nach Schließen der Drucktaste 14. von der Sekundärspule über Leitung e, Erregerspule vonHilfsschütz 8, Leitung d, Druckknopf 14 und Leitungen b und a zum Transformator i i zurückfließt. Dadurch schließen die Kontakte des Hilfsschützes B.The operation of the control unit is as follows: To start up the control unit, the lever 13 is thrown so that the transformer ii is fed and the secondary side with a saving voltage of 42 volts of the current after closing the push button 14 from the secondary coil via line e, excitation coil from auxiliary contactor 8, line d, push button 14 and lines b and a to the transformer ii flows back. This closes the contacts of auxiliary contactor B.

Gleichzeitig ffl eßt ein. Teil des Stromes von der Leitung d über die Kontaktklemmen des Hilfsschützes 8 und Leitung f zum Schaltrelais i, welches geschlossen ist, und von dort über die Leitung c und a zum Transformator.At the same time f ows. Part of the current from line d over the contact terminals of the contactor relay 8 and line f to the switching relay i, which is closed, and from there via lines c and a to the transformer.

Außerdem fließt über die Leitung h, Umpolhilfsschütze 9 bzw. io und Leitung g ein Strom zum Asynchronmotor 15 der Schweißpistole und von dort über a zum Transformator. Die Hilfsschütze 9 und io sind abwechselnd in Tätigkeit, je nach Drehrichtung des Motors.In addition, the line h, polarity reversal contactors 9 and io and flow Line g a current to the asynchronous motor 15 of the welding gun and from there via a to the transformer. The contactor relays 9 and io are alternately in action, depending on Direction of rotation of the motor.

Durch die Tätigkeit der Erregerspuled des Hilfsschützes 8 werden gleichzeitig von der stromführenden Leitung A über Hilfsschütz 8 dieLeitungen B und C gespeist. Nur die Schaltr lais 2 und 3 sind steuerseitig an 220 Volt angeschlossen, während die Synchronmotore aller drei Schaltrelais an 220 Volt .liegen.By the activity of the exciter coil of the auxiliary contactor 8 are simultaneously The lines B and C are fed from the current-carrying line A via auxiliary contactor 8. Only the switching relay 2 and 3 are connected to 220 volts on the control side, while the synchronous motors of all three switching relays are at 220 volts.

Beim Einschalten des Stromes laufen die drei Synchronmotoren der Steuereinrichtung gleichzeitig an. Der Strom fließt über Hilfsschütz 8, B, C, über Erregerspule des Luftschützes q. zur Leitung F und von dort zur Primärseite des Transformators. Der Schweißstrom ist somit eingeschaltet und fließt von 12 über den Kontakt im Luftschütz 4. und Widerstand 6 zur Schweißpistole.When the power is switched on, the three synchronous motors of the control device run at the same time. The current flows via auxiliary contactor 8, B, C, via the exciter coil of the Air gun q. to line F and from there to the primary side of the transformer. Of the The welding current is thus switched on and flows from 12 via the contact in the air contactor 4. and resistor 6 to the welding gun.

Der Widerstand 6 reduziert dabei den Schweißstrom auf etwa 5o10/9 seiner vollen Stärke. Gleichzeitig läuft der Asynchronmotor 15 an, wie bereits oben beschrieben, und hebt den Schweißstift vom Werkstück ab. Hierbei entsteht -der Lichtbogen.The resistor 6 reduces the welding current to about 5o10 / 9 its full strength. At the same time, the asynchronous motor 15 starts up, as above described, and lifts the welding pin from the workpiece. This creates the arc.

Wenn die Vorschweäßzeit beendet äst, rückt der Kontakt D in das Schaltrelais 3 ein. Der Strom fließt von A, B, C über D und E zur Erregerspule des Hilfsschützes 7 und über diese zur Leitung F. Das Hilfsschütz 7 schließt. Dadurch fließt der Strom von A über 7 zur Erregerspule des Luftschützes 5. Ohne vorgeschalteten Widerstand bekommt nun die Schweißstelle ihre volle Stromstärke.When the pre-welding time has ended, contact D engages in switching relay 3. The current flows from A, B, C via D and E to the excitation coil of the auxiliary contactor 7 and via this to the line F. The auxiliary contactor 7 closes. As a result, the current flows from A via 7 to the excitation coil of the air contactor 5. Without an upstream resistor, the welding point now receives its full current strength.

Nachdem der Lichtbogen steht, schaltet im Schaltrelais 2 nach eingestellter Zeit das Relais um. Der Hebelarm fällt zurück und gibt über die Leitung H einen Impuls zu der Spule des Umpolhilfsschützes io. Gleichzeitig wird die Spule des Umpolhilfsschützes 9 stromlos, wobei die Kontakte herunterfallen und der Stromkreis unterbrochen wird. Durch Schließen der Kontakte io wird der Asynchronmotor 15 in der Pistole umgepolt. Der anzuschweißende Stift oder die Schraube wird durch die entgegengesetzte Drehrichtung mit großer Geschwindigkeit in das flüssige Metall gedrückt.After the arc is up, switching relay 2 switches according to the set Time the relay. The lever arm falls back and gives a via line H. Impulse to the coil of the pole reversal contactor OK. At the same time, the coil of the pole reversal contactor is activated 9 de-energized, whereby the contacts fall down and the circuit is interrupted. By closing the contacts io, the polarity of the asynchronous motor 15 in the pistol is reversed. The pin or screw to be welded is rotated in the opposite direction pushed into the molten metal at great speed.

Nach Beendigung der eingestellten Gesamtschweißzeit bei Schaltrelais i fallen alle Schaltrelais in ihre Ausgangsstellungen zurück.At the end of the set total welding time with switching relay i all switching relays return to their original positions.

Zur Steuerung wird ein Kabel mit fünf Kernen verwendet, zur Schweißstromführung ein Kabel mit einem Kern.A cable with five cores is used to control the welding current a cable with a core.

Die Steuerleitung ist unterteilt in folgende Stromkreise: a) vom Transformator über Leiter e, Hilfsschütz 8, Leiter d, Druckknopf 1q., Leiter b und a; b) vom Transformator über Leiter h, Umpolhilfsschütz 9 oder io, Feld und. Anker des Motors, Leiter a; c) Leiter a, b, d, Hilfsschütz 8, Leiter f, Schaltrelais i, Leiter c.The control line is divided into the following circuits: a) from the transformer via conductor e, contactor relay 8, conductor d, push button 1q., Conductor b and a; b) from the transformer via conductor h, polarity reversal contactor 9 or io, field and. Armature of the motor, conductor a; c) Conductor a, b, d, contactor relay 8, conductor f, switching relay i, conductor c.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for welding metallic pins, screws or the like onto a workpiece, e.g. B. metal plates, pipes or the like., With the help of the arc, the pin itself-serves as an electrode, characterized in that the retraction of the welding pin to form the arc and the Wäedvorstoben the pin into the weld pool by the kinetic energy of an asynchronous motor is achieved, in such a way that the retraction and the re-advancing .des pin is effected by unipoles of the asynchronous motor, with switching relays used as time-determining elements (i, 2, 3) for the welding process, which are controlled by synchronous motors.

2. Control device according to claim. i, characterized in that dä, ß the direction of movement of the built-in air contactors (q., 5) is arranged perpendicular to the direction of movement of the switching relay, so that a mutual influence of gusts by switching surges is avoided.

3. Control unit according to claims i and 2, characterized in that the polarity reversal of the asynchronous motor to achieve the back and forth moving pen movement through two Polarity reversal contactors (9, ro) takes place, which are connected in parallel to the switching relays (i, 2, 3) are.

4. Welding device for performing the method according to claim z, characterized in that that when using alternating current as welding current, a rectifier in the form of a Selenium cell is arranged parallel to the transformer, for the purpose of superimposing the alternating current in a known manner with a direct current component.

5. Welding device for implementation of the method according to claim z using the control device according to claims 2 and 3, characterized in that the motor shaft (28) is a hardened extension (i6) has screw threads (r7) milled into it for the purpose of guiding balls (i8) are, and that the balls guided therein engage in a bushing (z9) on whose The lower end of the plate (24) for receiving the electrode holder is screwed on.

6. Welding device according to claim 5, characterized in that the asynchronous motor is arranged and suspended so that the electromagnetic directional force of the The stator of the asynchronous motor is used to dampen the axial thrust on the rotor. Publications considered: Swiss Patent No. 93 o24.