Verfahren zum elektrischen Schweissen von metallischen Werkstücken, insbesondere von dünnen Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, sowie eine zur Durchführung desselben geeignete Vorrichtung. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfah ren zum elektrischen Schweissen von metalli schen Werkstücken, insbesondere von dünnen Blechen aus Aluminium oder Aluminium legierungen unter Vermeidung eines Licht bogens, das dadurch gekennzeichnet ist, dass stabförmige Elektroden aus elektrischem Widerstandsmaterial verwendet werden, die an den Arbeitsenden einander zugekehrte und miteinander,
sowie mit der Schweissnaht spitze Winkel bildende Abflachungen auf weisen und welche entlang der zu verschwei ssenden Ränder des Werkstückes entgegen der Spitze des von den Elektrodenflächen ge bildeten Winkels gleitend geführt werden, und dabei das zu schmelzende Material zwi schen sich einschliessen, derart, dass man die Ränder der Werkstücke an einem Teilstück auf Schmelztemperatur erhitzt und sodann durch gleitendes Weiterführen der Elektro den entlang der Ränder die geschmolzene Metallmasse auf Schweisstemperatur bringt, während gleichzeitig die in der Führungs- richtung an die geschmolzenen Metallteile an grenzenden Teile der Ränder auf Schmelz temperatur vorerhitzt werden.
Die bisher bekannten Schweissverfahren, wie z. B. die elektrische Lichtbogenschwei ssung, die Gasschmelzschweissung oder die be kannten Widerstandsschweissverfahren haben sich zum Schweissen von dünnen Werkstük- ken praktisch nicht besonders bewährt.
Die Erfindung vermeidet die Gefahr der Überhitzung und einer unerwünschten Ogyd- bildung, da beim vorliegenden Verfahren der Grad der Erhitzung nur einen Bruchteil der Hitze des elektrischen Lichtbogens oder der Flamme eines Schweissbrenners ausmacht und genau auf der Temperatur gehalten werden kann, auf welcher das zu schweissende Metall gut fliesst. Dies ist von besonderer Bedeu tung bei der Schweissung von Leichtmetallen.
Ferner braucht beim Durchführen des er findungsgemässen Verfahrens nicht wie bei der sogenannten Widerstands-Press-Schwei- Bung ein starker Pressdruck auf die Werk stücke ausgeübt zu werden.
Zum Schweissen nach der Erfindung kann Gleich- oder Wechselstrom von niedriger Spannung, beispielsweise von 3 bis 8 Volt, und 50 bis 350 Amp. verwendet werden. Die ser Strom kann den zu verschweissenden Kan ten, die vorteilhafterweise besonders vorbe reitet, z. B. umgebördelt oder abgeschrägt sind, durch ein Paar Elektroden, z. B. Koh lenstifte, zugeführt werden, welches zum Bei spiel mit der Sekundärwicklung eines Trans formators in Verbindung steht.
Zum Schweissen kann man die Elektroden entweder durch direkten Kurzschluss ohne Berührung der Werkstücke auf die erforder liche Temperatur vorwärmen, oder man setzt die Elektroden beidseitig der zu verschwei ssenden Kanten so lange auf, bis sie glühen. Sobald das Metall zu fliessen beginnt, kann mit dem Schweissen begonnen werden, indem man in gleichförmiger Bewegung und ohne, Druck die Elektroden ohne Stromunterbre chung beidseitig den Kanten entlang führt. Ihr gegenseitiger Abstand kann den Erfor dernissen entsprechend verstellt werden. Beim Schweissen sinkt die Spannung entsprechend dem Anstieg der Stromstärke beispielsweise auf 11/2 bezw. 3 Volt, wenn die Anfangs spannung 3 bezw. 6 Volt betrug. Die Ge schwindigkeit, mit welcher geschweisst wer den kann, beträgt bei dünnen Blechen bei spielsweise 0,6 bis 1 m/min.
Zum Schweissen von 0,9 mm dicken Blechen eignet sich bei spielsweise eine Spannung von 6 Volt. Dabei tritt bei eventuellen Unterbrechungen keine Funkenbildung auf. Es wird also vermieden, dass sich ein Lichtbogen bilden kann, durch welchen Elektrodenteilchen in das flüssige Metall abgestossen werden, welche bei Wie derbeginn des Schweissens den Stromdurch fluss erschweren oder die Naht verunreinigen könnten. Zweckmässigerweise ordnet man die Elek troden während des Arbeitsganges derart an, daB sie zu der Oberfläche der Werkstücke lind zur Schweissfuge zum mindesten annä hernd rechtwinklig stehen.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei auf diese Art geschweissten Werkstücken (las Metall in der Schweissnaht ein ausser ordentlich feines, gleichmässiges Gefüge auf weist.
Gegenstand der Erfindung bildet ferner eine zur Durchführung des Verfahrens ge eignete Vorrichtung, die dadurch gekenn zeichnet ist, dass an einem Halter mit Hand griff zwei stabförmige Elektroden schräg zueinander stehend angeordnet sind, die an ihren Arbeitsenden einander zugekehrte und miteinander einen nach dem Handgriff zu offenen spitzen Winkel bildende Abflachun- gen aufweisen, wobei die Elektroden quer zur Halterachse angeordnet sind, ferner dass Mittel zum Verändern des gegenseitigen Ab standes der Arbeitsenden der Elektroden vor gesehen sind.
Im folgenden wird das Verfahren an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Elektrodenhalters beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Elektrodenhalter in Seiten ansicht, Fig. 2 in der Draufsicht, Fig. 3 in Ansicht von vorne: Fig. 4a bis 4e zeigen schematisch die Lage der Elektroden zu den Werkstücken und die Bildung der Schweissnaht aus den aufgebördelten Kanten der Werkstücke in grösserer Darstellung.
Der in der Zeichnung dargestellte Elek- trodenhalter weist einen Griff 1 auf, welcher von zwei stromleitenden Armen 2, 3 durch setzt wird. Die Leiter 2, 3 stehen mit einer nicht gezeichneten Stromquelle in Verbin dung. 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 drehbar 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 Verbindungsstück 8 und dieses wiederum mit einem in den Leiter 3 eingesetzten Bol zen 9 verbunden. Eine Feder 10, welche einerseits am Hebel 4 und anderseits am Griff 1 anliegt, ist bestrebt, den Hebel 4 in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage zu halten. Wird der Hebel 4 im Sinne des Pfeils 1 in Fig. 1 verschwenkt, so wird Leiter 3 um seine Längsachse ebenfalls verschwenkt; dabei braucht das Schwei ssen nicht unterbrochen zu werden.
Die En den der Leiter 2, 3 tragen die Elektroden 11, 12, zu welchem Zwecke an den Enden der Leiter 2, 3 zum Beispiel angeschweisste Lappen 13, 14 angeordnet sind; an diesen sind mittels Flügelmuttern 15, 16 Klemm backen 17, 18 vorgesehen. Die Lappen 13, 14 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, so an die Leiter 2, 3 angesetzt, dass sie miteinander einen in Richtung auf den Handgriff geöff neten spitzen Winkel bilden. Die Elektroden 11, 12 können auch, wie dies in Fig. 3 bei 11 dargestellt ist, in einem Futter 19 angeordnet sein. Kohleelektroden sind zweckmässiger weise mit einem Kupferüberzug versehen.
Zur Abführung der sich bildenden Wärme sind an den Leitern 2, 3 die Oberfläche ver grössernde Kühlscheiben 20, 21 angeordnet, und zwar selbstverständlich so, dass dadurch die Drehbewegung des Leiters 3 nicht behin dert wird. An Stelle der Luftkühlung kann auch Wasserkühlung treten.
Die Elektroden sind quer zu den Armen angeordnet, konvergieren nach ihren freien Enden und schliessen miteinander einen spit zen Winkel ein (Fig. 3). Die schneidkanten artige Form der Kohlen geht aus Fig. 3 her vor. Auf der einander zugekehrten Seite sind die Kohlen flach, auf der entgegengesetzten Seite im wesentlichen halbrund ausgebildet. Die Schneidkanten s der Elektroden konver gieren entgegengesetzt zur Bewegungsrich tung x-y (Fig. 4c) und bilden miteinander den Winkel a.
Durch die Konvergenz der Kanten s wird das Eintreten des Materials 25 zwischen die Schneidkanten und das Nieder schmelzen desselben, sowie das Fortführen der an den Ecken ihrer Kanten vorzugsweise abgerundeten Elektroden längs der Schweiss- kanten begünstigt. Wären die Schneid kanten der Elektroden zum Beispiel parallel gerichtet, so würden sich die Kohlenenden in das Werkstück einschmelzen und somit das Weiterziehen des Elektrodenhalters verhin dern. Die auf dem Schweissgut 22a und 22b aufliegenden Schneidkanten der Elektroden können je nach Blechdicke bezw. Gestaltung der Werkstücke mehr oder weniger breit sein.
Die Form der Elektroden und ihre Lage zu den Kanten der Werkstücke sowie die bei Bildung der Schweissnaht aus den nieder schmelzenden Kanten eintretenden Vorgänge werden durch Fig. 4a bis 4c veranschaulicht. Die Elektroden werden auf den Werkstücken ohne Druck geführt. Auf der Unterseite der Kanten der Werkstücke 22a und 22b ist an der künftigen Nahtwurzel ein breiförmiges Flussmittel 24 aufgestrichen.
Durch die Wärme der Elektroden wird das Material bei 26 auf Schmelztemperatur gebracht. Gleichzeitig beginnt die Bewegung des Elektrodenhalters in Richtung x-y. Da durch wird erreicht, dass das bei 26 vor gewärmte und gegen 27 zu niedergeschmol zene Material bei 27 durch den noch zusätz lich wirkenden Übergangswiderstand auf Schweisshitze gebracht wird.
In. Fig. 4b wird gezeigt, dass nach vollen detem Schweissvorgang die Kanten 25 nieder geschmolzen sind 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 mit einander zu verbindende ganten nicht um- gebördelt sind, wird vorzugsweise die Elek- trodenform etwas stumpfer als in andern Fällen gewählt und die Kante nicht schneide- förmig gehalten. Man kann in solchen Fäl len die Ränder der Bleche ebenfalls vorberei ten, zum Beispiel derart abschrägen, dass eine gegen die Elektroden zu offene Schweiss fuge gebildet wird.
In die Schweissfuge kann in diesem Falle ein Zusatzmaterial eingelegt werden, das etwas über die Blechoberkante hinausragt und dessen Zusammensetzung dem Grundmaterial entspricht. Die Elektroden gleiten in diesem Falle dem Zusatzdraht ent lang und schweissen denselben in die Naht fuge ein. Auch hierbei kann zweckmässig ein Flussmittel verwendet werden.
Es können sowohl aus Kohle bestehende Elektroden wie auch solche aus anderem hochschmelzbarem, elektrischem Widerstands material verwendet werden.
Zweckmässig sind die Schweisskanten von Verunreinigung, Walzhaut etc. zu säubern. Bei der Schweissung von Dünnblech ist die Bördelung der Kanten vorzuziehen.
Die Bördelung der Bleche kann parallel, das heisst in rechtem oder in spitzem oder stumpfem Winkel erfolgen. Man kann die Blechränder einander berühren lassen, oder aber in geringer Entfernung voneinander an ordnen.
Um eine Überhitzung der Elektroden zu vermeiden, welches zwangsläufig ein Durch brennen der Werkstücke verursachen würde, empfiehlt es sich, eine regulierbare, auto matische Vorrichtung zwischen Stromquelle und Elektroden einzuschalten, welche eine Überschreitung der je nach Werkstück zu lässigen Stromhöchstgrenze verhindert.
Die Führung des Elektrodenhalters kann sowohl von Hand wie auch automatisch be wirkt werden. Ebenso kann anstatt einer Be wegung des Elektrodenhalters auch eine Be wegung des Werkstückes sowohl von Hand wie automatisch an dem stillstehenden Elek trodenhalter entlang, oder auch wahlweise eine gegenläufige Bewegung von Elektroden halter und Werkstoff, gegebenenfalls ab wechslungsweise, bewirkt werden.
Aus vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass bei dem beschriebenen Verfahren die Schweisswirkung durch die vereinigte Wirkung der durch den elektrischen Strom erhitzten Elektroden und durch die beim Stromdurchgang durch den Werkstoff auf tretende Widerstandswärme erzeugt wird.
Method for the electrical welding of metallic workpieces, in particular thin sheets of aluminum or aluminum alloys, and a device suitable for carrying out the same. The invention relates to a method for electrical welding of metallic workpieces, in particular thin sheets of aluminum or aluminum alloys, avoiding an electric arc, which is characterized in that rod-shaped electrodes made of electrical resistance material are used, which face each other at the working ends and with each other,
as well as flattened areas that form acute angles with the weld seam and which are slid along the edges of the workpiece to be welded against the tip of the angle formed by the electrode surfaces, and thereby include the material to be melted between them, in such a way that the The edges of the workpieces are heated to melting temperature on one part and then, by sliding the electric along the edges, the molten metal mass is brought to welding temperature, while at the same time the parts of the edges adjoining the molten metal parts in the guide direction are preheated to melting temperature.
The previously known welding processes, such as. B. electric arc welding, gas fusion welding or the well-known resistance welding processes have not proven particularly effective in practice for welding thin workpieces.
The invention avoids the risk of overheating and undesirable Ogyd- formation, since in the present method the degree of heating is only a fraction of the heat of the electric arc or the flame of a welding torch and can be kept exactly at the temperature at which the welded one Metal flows well. This is of particular importance when welding light metals.
Furthermore, when carrying out the method according to the invention, a strong pressure does not have to be exerted on the work pieces, as is the case with the so-called resistance press welding.
For welding according to the invention, direct or alternating current of low voltage, for example from 3 to 8 volts, and 50 to 350 amps. Can be used. The water stream can th to be welded Kan, which advantageously rides especially vorbe, z. B. flanged or beveled, by a pair of electrodes, e.g. B. Koh lenstifte, which is connected for example to the secondary winding of a transformer in connection.
For welding, the electrodes can either be preheated to the required temperature by a direct short circuit without touching the workpieces, or the electrodes can be placed on both sides of the edges to be welded until they glow. As soon as the metal begins to flow, welding can be started by moving the electrodes in a uniform motion and without pressure, without interrupting the current, along the edges on both sides. Their mutual distance can be adjusted according to requirements. When welding, the voltage drops according to the increase in the current strength, for example to 11/2 respectively. 3 volts when the initial voltage 3 respectively. 6 volts. The speed at which welding can be carried out is, for example, 0.6 to 1 m / min for thin sheet metal.
For example, a voltage of 6 volts is suitable for welding 0.9 mm thick sheet metal. In the event of any interruptions, no sparking occurs. It is thus avoided that an arc can form through which electrode particles are repelled into the liquid metal, which could make the current flow more difficult or contaminate the seam when welding starts again. The electrodes are expediently arranged during the operation in such a way that they are at least approximately at right angles to the surface of the workpieces and to the weld joint.
Investigations have shown that workpieces welded in this way (read metal in the weld seam have an extremely fine, even structure.
The invention also provides a device suitable for carrying out the method, which is characterized in that two rod-shaped electrodes are arranged obliquely to one another on a holder with a hand grip, the working ends facing one another and one open to the other after the handle have flattened areas forming acute angles, the electrodes being arranged transversely to the holder axis, and means for changing the mutual spacing of the working ends of the electrodes are provided.
In the following, the method is explained using the exemplary embodiment of an electrode holder shown in the drawing, for example. 1 shows the electrode holder in a side view, FIG. 2 in a top view, FIG. 3 in a view from the front: FIGS. 4a to 4e show schematically the position of the electrodes in relation to the workpieces and the formation of the weld seam from the flared edges of the workpieces in a larger representation.
The electrode holder shown in the drawing has a handle 1 which is passed through by two current-conducting arms 2, 3. The conductors 2, 3 are connected to a power source (not shown). One of the two conductors (2) is fixed in the handle 1, while conductor 3 is rotatably arranged. A rotation of the conductor 3 about its longitudinal axis can be brought about by the lever 4, which is seated rotatably about the axis 5 on the tab 6 attached to the handle 1.
One end of the lever 4 is connected by a bolt 7 with a connector 8 and this in turn with a bolt 9 inserted into the conductor 3. A spring 10, which rests on the one hand on the lever 4 and on the other hand on the handle 1, strives to hold the lever 4 in the initial position shown in FIG. If the lever 4 is pivoted in the direction of arrow 1 in FIG. 1, then conductor 3 is also pivoted about its longitudinal axis; the welding does not need to be interrupted.
The ends of the conductors 2, 3 carry the electrodes 11, 12, for which purpose welded tabs 13, 14, for example, are arranged at the ends of the conductors 2, 3; on these 15, 16 clamping jaws 17, 18 are provided by means of wing nuts. As can be seen from FIG. 2, the tabs 13, 14 are attached to the conductors 2, 3 in such a way that they form an acute angle with one another that opens in the direction of the handle. The electrodes 11, 12 can also, as shown in FIG. 3 at 11, be arranged in a chuck 19. Carbon electrodes are expediently provided with a copper coating.
To dissipate the heat that is formed, cooling disks 20, 21, which enlarge the surface area, are arranged on the conductors 2, 3, of course in such a way that the rotary movement of the conductor 3 is not hindered. Water cooling can also be used in place of air cooling.
The electrodes are arranged transversely to the arms, converge towards their free ends and form an acute angle with one another (FIG. 3). The cutting edge-like shape of the coals is shown in FIG. 3. On the side facing each other, the coals are flat, on the opposite side they are essentially semicircular. The cutting edges s of the electrodes converge opposite to the direction of movement x-y (Fig. 4c) and form the angle a with one another.
The convergence of the edges s promotes the entry of the material 25 between the cutting edges and the melting down of the same, as well as the continuation of the electrodes, which are preferably rounded at the corners of their edges, along the welding edges. If the cutting edges of the electrodes were aligned in parallel, for example, the carbon ends would melt into the workpiece and thus prevent the electrode holder from being pulled further. The cutting edges of the electrodes resting on the weld metal 22a and 22b can, depending on the sheet thickness, respectively. Design of the workpieces to be more or less wide.
The shape of the electrodes and their position in relation to the edges of the workpieces, as well as the processes occurring when the weld seam is formed from the low-melting edges, are illustrated by FIGS. 4a to 4c. The electrodes are guided on the workpieces without pressure. On the underside of the edges of the workpieces 22a and 22b, a paste-like flux 24 is spread on the future seam root.
The material is brought to the melting temperature at 26 by the heat of the electrodes. At the same time, the movement of the electrode holder begins in the x-y direction. This ensures that the material, which has been preheated at 26 and is too melted down towards 27, is brought to welding heat at 27 by the transition resistance that is still acting in addition.
In. 4b shows that after the welding process is complete, the edges 25 have melted down and that the melted material has completely and evenly filled the butt joint 28, which has been somewhat widened by the melting, up to the seam root 29.
For welding metal sheets, the ganten to be connected to one another are not beaded, the electrode shape is preferably chosen to be somewhat blunt than in other cases and the edge is not kept in the shape of a cutting edge. In such cases, the edges of the metal sheets can also be prepared, for example beveled in such a way that a weld joint that is too open towards the electrodes is formed.
In this case, an additional material can be inserted into the welding joint, which protrudes slightly over the top edge of the sheet and whose composition corresponds to the base material. In this case, the electrodes slide along the additional wire and weld it into the seam. Here, too, a flux can expediently be used.
Electrodes made of carbon as well as electrodes made of other high-fusible electrical resistance material can be used.
It is advisable to clean the welding edges of contamination, rolled skin, etc. When welding thin sheet metal, flanging the edges is preferable.
The flanging of the sheets can be done in parallel, that is, at right or at an acute or obtuse angle. You can let the sheet metal edges touch each other, or arrange them at a short distance from each other.
In order to avoid overheating of the electrodes, which would inevitably cause the workpieces to burn through, it is advisable to switch on an adjustable, automatic device between the power source and the electrodes, which prevents the maximum current limit from being exceeded depending on the workpiece.
The electrode holder can be guided by hand or automatically. Likewise, instead of moving the electrode holder, the workpiece can also be moved both manually and automatically along the stationary electrode holder, or alternatively a counter-rotating movement of the electrode holder and material, if necessary alternately.
It can be seen from the foregoing that in the method described, the welding effect is generated by the combined effect of the electrodes heated by the electric current and by the resistance heat that occurs when the current passes through the material.