DE976390C

DE976390C - Punktschweisselektrode aus Metall guter elektrischer Leitfaehigkeit, die an der dem Werkstueck zugekehrten Flaeche einen Kontaktteil aus Stoffen hoeheren elektrischen Widerstandes traegt, zum Widerstandsschweissen von Metallen, insbesondere von guter elektrischer und Waermeleitfaehigkeit

Info

Publication number: DE976390C
Application number: DEG4011D
Authority: DE
Inventors: Erhard Fasshauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-11-20
Filing date: 1942-11-20
Publication date: 1963-08-01

Description

Punktschweißelektrode aus Metall guter elektrischer Leitfähigkeit; die an der dem Werkstück zugekehrten Fläche einen Kontaktteil aus Stoffen höheren elektrischen Widerstandes trägt, zum Widerstandsschweißen von Metallen, insbesondere von guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit Die Erfindung betrifft eine Punktschweißelektrode aus Metall guter elektrischer Leitfähigkeit, die an der dem Werkstück zugekehrten Fläche einen Kontaktteil aus Stoffen hohen elektrischen Widerstandes trägt, zum Widerstandsschweißen von Metallen, insbesondere solchen von guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit.
Bei derartigen bekannten Elektroden, deren Schaft aus gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer, besteht, ist die Spitze derselben mit einem Kontaktkörper in Form von Drähten, Spitzen oder eines Verbundkörpers aus Wolfram, Molybdän oder Tantal oder deren Legierungen versehen, deren, kontaktgebende Oberfläche auch rauh oder poliert sein kann. Bei diesen zwischengeschalteten Kontaktkörpern ist die Wärmekapazität nicht so groß, daß schon durch Wärmeleitung und Strahlung allein der Werkstoff an der Schweißstelle schmelzen würde. Es ist vielmehr so, daß bei Stromdurchgang ein Wärmestau an der Kontaktstelle mit dem Werkstück her~-orgerufen wird, der die V erschweißung der gut strom- und wärmeleitenden Metalle, wie Kupfer, Messing oder Aluminium, ermöglicht. Es ist ferner auch bekannt, beim Punktschweißen von Tantal mit Kupferelektroden zwischen der Elektrode und dem Werkstück eine Zwischenlage aus Molvbdänfolie vorzusehen, um ein Kleben der Elektrode an dem Tantälwerkstoff zu vermeiden. -- Beiden bekannten Elektroden ist der Wärmestau in Verbindung mit den erforderlichen elektrischen Eigenschaften der Widerstandskörper bzw. der Elektrodenspitze nicht immer befriedigend. Die Erfindung bezweckt, hier Abhilfe zu schaffen, und ermöglicht eine wesentlich höhere Schweißnutzleistung.
Die Erfindung besteht darin, daß der Kontaktteil höheren elektrischen Widerstandes als hautdünne Widerstandsschicht auf dem Elektrodenschaft gebildet oder aufgebracht ist und daß diese Schicht aus Metallen mit spezifisch hohem elektrischem Widerstand oder deren Legierungen, insbesondere solchen mit negativem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, oder echten Metalllegierungen, gegebenenfalls auch physikalischen Gemengen bzw. Verbindungen mit gebundenen Gasen, z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, oder solchen mit Gaseinschlüssen besteht.
Um die Ausübung eines undefinierten Druckes der Zange auf das Schweißgut bei reiner Handbedienung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, eine Zange mit einstellbarem Druck zu verwenden.
Metalle oder Legierungen mit gebundenen Gasen (Hydride) haben einen besonders hohen spezifischen elektrischen Widerstand und entsprechende Wärmeleitfähigkeit, ebenso Metalle und Legierungen mit Gaseinschlüssen, die beim Schweißvorgang austreten und ein Ankleben des. Schweißgutes an den Elektroden verhindern.
Der Wärmestau am Schweißgut wird in bekamiter Weise günstig beeinflußt durch eine Oberflächenbehandlung der Elektrode bzw. der Widerstandsschicht an der dem Schweißgut zugekehrten Fläche, die beispielsweise in Mattieren, Aufrauhen, Polieren oder Aufnarben bestehen kann; es tritt hierdurch eine Vergrößerung des übergangswiderstandes auf, die den Wärmestau begünstigt, während zugleich durch Anwendung erhöhten Zangendruckes ein guter Wärmefluß auftritt, ohne daß das Schweißgut gequetscht wird. Es ist auch in Weiterbildung der Erfindung möglich, den Wärmestau an der Schweißgutoberfläche durch eine weitgehend wärmeisolierende Anbringung von Zwischenlagen schwer schmelzender Metalle zwischen Elektrode und Widerstandsschicht zu vergrößern.. Die Möglichkeit der Wahl guter oder schlechter Wärmeisolation - unter Wahrung einer elektrisch gut leitenden Verbindung - besteht in geeigneter Gestaltung des Querschnittes der Zwischenlage aus schwer schmelzbarem Metall, z. B. durch Einbau von Distanzklötzchen oder Ringen oder durch Formierung einer Oxydhaut auf der Zwischenlage.
Als vorteilhaft für einen guten Wärmestau erweisen sich in manchen Fällen mehrere Zwischenlagen von Körpern verschiedener Wärmeleitfähigkeit und entsprechenden spezifischen Widerstandes, wie z. B. Messing, Eisen, Molybdän u. a.
Für den Schweißvorgang ist von Wichtigkeit der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands des verwendeten Elektrodenmaterials bzw. des Materials der Widerstandsschicht. In dieser Hinsicht erweisen sich gemäß der Erfindung Stoffe mit negativem Temperaturkoeffizienten als günstig, insbesondere Oxyde allein oder in Mischung oder Verbindung mit Metalloxyden, Metallkarbiden und i'#le:tallnitriden, da sie einen hohen Anfangswiderstand bei Beginn der Schweißung besitzen, der dann am Ende niedrig wird. Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Widerstandsschicht hergestellt unter Verwendung von Stoffen, die freie Valenzelektronen enthalten und deren Gitter sich trotz der Entfernung eines Teiles einer Komponente noch nicht verändert haben, z. B. Ti01.999; auch Widerstandsschichten aus Halbleitermaterialien oder aus Metallsalzen mit oder ohne porenfüllende elektrische Leiter haben sich bewährt.
Als günstig hat sich für den Wärmestau wie auch für die Kontaktverhältnisse zwischen Schweißgut und Widerstandsschicht die Verwendung von Aufschleminungen von Leitern in Schichten mit großem Porenvolumen, z. B. phosphatierten Schichten, erwiesen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemäßen Punktschweißelektrode wird an Hand der Abbildungen im folgenden beschrieben.
Abb. I zeigt eine Ausführung der Elektrode, die am besten in doppelter Ausführung für eine Schweißzange Verwendung findet; sie besteht aus der Kupferelektrode i und einer aufgebrachten Widerstandsschicht 2 aus Stoffen hohen Widerstandes, die an der dem Schweißgut zugekehrten Fläche Kalottenform besitzt. 3 und 4. stellen das Schweißgut, z. B. Kupferdrähte, dar.
Eine andere Ausführung des Erfindungsgedankens ist in Abb. ä dargestellt. Die Elektrode ist in diesem Fall aus mehreren Zwischenlagen von Metallen verschiedener Wärmeleitfähigkeit und entsprechenden spezifischen Widerstandes hergestellt. Zunächst ist an dem Körper 5 aus Kupfer eine Messingplatte6 angebracht, an die sich, um durch gute Wärmeisolation den Wärmestau am Schweißgut zu begünstigen, eine Zwischenlage aus schwer schmelzbarem Metall, z. B. Eisen, in Form von Klötzchen oder Distanzstücken 7 anschließt. An diese schließlich ist die am Schweißgut kalottenförmig anliegende Widerstandsschicht angebracht.
Die günstigste Dimensionierung der einzelnen Zwischenlagen aus verschiedenen Metallen ergibt sich durch Versuche und ist abhängig von den zu schweißenden Materialien und ihren OOuerschnitten und den im Interesse der möglichst gute Erhaltung des äußeren und inneren Zustandes des Schweißgutes erforderlichen kurzen Schweißzeiten.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf diese Ausführungsformen. Es liegt im Können des Schweißfachmannes, weitere zweckmäßige Schweißelektroden im Rahmen der Erfindung zu bauen. Die Elektrode ist nicht nur für die Zwecke der Verschweißung von Drähten, Lötösen oder ähnlichem Schaltmaterial, insbesondere in Geräten der Nachrichtentechnik, brauchbar; sie eignet sich auch für alle anderen Schweißungen von Metallen, insbesondere von solchen guter elektrischer Leitfähigkeit.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Punktschweißelektrode mit Metallschaft guter elektrischer Leitfähigkeit, die an der dem Werkstück zugekehrten Fläche einen Kontaktteil aus Stoffen höheren elektrischen Widerstandes trägt, zum Widerstandsschweißen von Metallen, insbesondere solchen von guter und elektrischer Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktteil höheren elektrischen Widerstandes als hautdünne Widerstandsschicht auf dem Elektrodenschaft gebildet oder aufgebracht ist und daß diese Schicht aus Metallen mit spezifisch hohem elektrischem Widerstand oder deren Legierungen, insbesondere solchen mit negativem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes, oder echten Metallegierungen, gegebenenfalls auch physikalischen Gemengen bzw. Verbindungen mit gebundenen Gasen, z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, oder solchen mit Gaseinschlüssen besteht.
2. Elektrode nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Widerstandsschichten aus Metallverbindungen, die keinen reinen Salzcharakter tragen, z. B. aus Metalloxyden, Metallcarbiden, Nitriden.
3. Elektrode nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch Widerstandsschichten aus Oxyden allein oder in Mischung oder Verbindung mit Metallen oder Verbindungen nach Anspruch 2.
4. Elektrode nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Widerstandsschichten aus Metallsalzen mit oder ohne porenfüllenden elektrischen Leitern.
5. Elektrode nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch Widerstandsschichten aus Stoffen, die freie Valenzelektronen enthalten und deren Gitter sich trotz der Entfernung eines Teiles einer Komponente noch nicht verändert haben, z. B. Ti01.s991
6. Elektrode nach den Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch Widerstandsschichten aus Halbleitern.
7. Elektrode nach Anspruch i und/oder folgenden, gekennzeichnet durch wärmeisolierende Zwischenlagen zwischen Elektrode und Widerstandsschicht. B. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Zwischenlage aus einer Aufschlämmung von Leitern in Schichten mit großem Porenvolumen, z. B. phosphatische Schichten, besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Buch: »Die elektrische Widerstandsschweißung« von D. Gönner, 1942, S. 59, 61, 72, 73; Buch: »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik« von Espe und Knoll, 1936, S. 136, 138; Zeitschrift: Elektroschweißung, März 1933, S. 53; deutsche Patentschriften Nr. 625 toi, 295 649e 342 992, 408 748, 65 1594; französische Patentschrift Nr. 829 543.