CH654498A5 - Verfahren zum schweissen von bauteilen unterschiedlicher werkstoffdicken. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweissen von Bauteilen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen, insbesondere zum Ver-schweissen eines Messerheftes mit einer Messerklinge, wobei eine gezielte Wärmeein- und -ableitung sowie ein automatisches Schweissen ermöglicht wird.

Es ist allgemein bekannt, dass Bauteile mit einer unterschiedlichen Werkstoffdicke miteinander verschweisst werden, wobei der Energieeintrag vorwiegend in Richtung des dickeren Querschnittes erfolgt, wodurch es zu einer unsymmetrischen Einbringung der Energie kommt. Es ist auch bekannt, dass durch Verwendung von Badsicherungen das Schweissgut beim Schweissen unterschiedlicher Querschnitte im Wurzelbereich gestützt werden kann, um ein Durchbrechen zu vermeiden. Diese Lösungen sind für das Schweissen von Stumpfstössen an Blechen oder Behältern grösserer Durchmesser geeignet, bei welchen das Anbringen von Bad-sicherungen, wie Pulver, Keramik oder Blechstreifen, möglich ist. Auch das Anbringen von Sicken an Böden oder Behälterzargen, die als Badsicherung dienen, ist bekannt. Jedoch sind grössere Toleranzen notwendig, um die Teile zusammenzupassen. Zurückbleibende Luftspalte werden beim Schweissen dickerer Querschnitte überbrückt. Beim Zusammenpressen kleinerer Bauteile mit verschiedenen Querschnitten ist eine vorhergehende maschinelle Bearbeitung erforderlich.

Bekannt ist auch, dass mit dem Pressschweissen, wie dem Widerstandsschweissen, M BL-Schweissen oder Reibschweis-sen unterschiedliche Querschnitte, wie Profile auf Grundplatten oder Bolzen auf Bleche, miteinander geschweisst werden. Auch die Schmelzschweissverfahren, wie die Elek-trodenhandschweissung oder Gasschweissung, sind bei geeigneter Vorbereitung und Handhabung für das Schweissen von unterschiedlichen Querschnitten einsetzbar.

Es gibt auch Lösungen, bei welchen zwischen die zu schweissenden Bauteile Beilager eingelegt werden, um das Ausfüllen von Nahtquerschnitten zu fördern und damit die Arbeitsproduktivität zu steigern. Ausserdem wird mit solchen Lösungen babsichtigt, durch Einbringen von Feinkornbildner die Kristallisation zu beeinträchtigen. Gleichzeitig wird durch Kontaktherstellung zwischen den zu schweissenden Bauteilen, indem Bleichstreifen, Drahtkorn oder Drähte vor dem Schweissen zugeführt werden, der transversale Ma-gnetfeldeinfiuss reduziert.

Weiterhin sind Zwischenstücke bekannt, die die zu schweissenden Bauteile fixieren und anschliessend als Zusatzwerkstoff dienen. Damit ist es möglich, gleiche Querschnitte mit Zusammenbautoleranzen zu verschweissen.

Alle vorbeschriebenen Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, beim Schweissen unterschiedlicher Werkstoffdicken einen gleichmässigen Schmelzfluss beim Schweissen ohne Zusatzwerkstoff zu erzielen sowie genügend grosse Nahtüberhöhungen zu schaffen, um eine Nacharbeit wie Schleifen und Polieren zu ermöglichen.

Zweck der Erfindung ist es, diese aufgezeigten Nachteile weitestgehend zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, welches das Schweissen von Massebauteilen mit unterschiedlichen Werkstoffdicken ermöglicht und in der Lage ist, fehlerfreie Schweissnähte mit einer genügend grossen Nahtüberhöhung herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schweissen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen, insbesondere eines Messerheftes mit einer Messerklinge, zu entwickeln und dabei automatisierungsfahige Mittel vorzuschlagen, welche die bei diesen Schweissverbindungen geforderten Qualitätsmerkmale wie gleichmässiger Nahtaufbau und Schweissnähte, die frei von Poren, Schlackeneinschlüssen, Binde- und Wurzelfehlern sowie Rissen sind, gewährleisten.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen die zu verbindenden Bauteile ein Wärmeschutzschild derart eingebracht wird, dass die von einer Wärmequelle zugeführte Energie in eine primäre und eine sekundäre Energie aufgeteilt wird und in einem ersten Umlauf der Bauteile ein Vorwärmen mit teilweiser Zerschmelzung des hohlen Bauteiles mit dem Wärmeschutzschild erfolgt, wonach anschliessend im zweiten Umlauf der Bauteile eine völlige Umschmelzung des Wärmeschutzschildes stattfindet und unter Ausnutzung der Wirkung eines Polsters eine einwandfreie Nahtausbildung verursacht wird. Der Wärmeschutzschild wird durch die direkte Einwirkung der Energiequelle mit aufgeschmolzen, stellt jedoch gleichzeitig die Grenze zwischen primärer und sekundärer Wärmeeinwirkung dar und bildet ein genügend grosses Schmelzbad, um Toleranzen auszugleichen und Nahteinbrüche oder ein Zurückschmelzen des dünnwandigen hohlen Bauteiles zu verhindern. Das Anschmelzen dieses Bauteiles übernimmt das Schmelzgut des umgeschmolzenen Wärmeschutzschildes durch Ausnutzung der Sekundärwärme, die im Schmelzbad vorhanden ist.

Die Einbringung des Wärmeschutzschildes kann mit dem Massivkörper erfolgen, der zweckmässig fixiert, z.B. angepunktet wird. Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Einbringung auch getrennt vor dem Spannen der Bauteile vorgenommen werden. Die Dimensionierung des Wärmeschutzschildes hängt von der Wärmequelle, die in ihrer Wirkung nach der Schweissaufgabe bestimmt wird, ab. Der Wärmeschutzschild muss die Aufteilung der Energie in primäre und sekundäre Energie gewährleisten, d.h. der Über5

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stand des Wärmeschutzschildes über die Kanten der Bauteile wird durch die energieteilende Funktion und den Bedarf an Zusatzwerkstoff bestimmt. Seine Höhe beträgt vorzugsweise das Zweifache der Wanddicke, seine Dicke ist gleich oder grösser als die Wanddicke.

Das kontinuierliche Einbringen bzw. Verschmelzen von Zusatzwerkstoff in Schmelzbäder ist beim Schweissen unterschiedlicher Blechdicken dann von besonderer Bedeutung, wenn durch eine Änderung der Schweissrichtung am Bauteil die Strömung im Schmelzkrater erhöht wird oder die Möglichkeit einer Schmelzflussunterbrechung eintreten kann. Ein von aussen in den Lichtbogen zugeführter dünner Zusatzwerkstoff lässt sich nicht solchen Bedingungen, wie unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit, anpassen.

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: Darstellung der zu schweissenden Teile - Messerklinge, Messerheft und Wärmeschutzschild

Fig. 2: Schweissnahtvorbereitung mit Temperaturfeldausbildung in primäre und sekundäre Energie beim 1. Bauteilumlauf

Fig. 3: Darstellung der unsymmetrischen Schmelzkraterausbildung durch ungleiche Wärmeführung beim 1. Bauteilumlauf

Fig. 4: Nahtausbildung nach Ablauf der 1. Umdrehung des Bauteiles

Fig. 5: Temperaturfeldausbildung nach dem 2. Bauteilumlauf.

Gemäss Fig. 1 handelt es sich bei den beiden Bauteilen 1 und 3 um eine Messerklinge und ein Messerheft, die durch Schweissen miteinander verbunden werden sollen. Während des Spannvorganges dieser beiden Bauteile wird zwischen sie der Wärmeschutzschild 2 eingelegt, dessen Dimension entsprechend der vorliegenden Schweissaufgabe bestimmt wird. Im Ausführungsbeispiel wird der Überstand des Wärmeschutzschildes 2 mit mindestens dem Zweifachen der Wanddicke bemessen, damit die Teilung der Energie in primäre Energie 4 und sekundäre Energie 5 gemäss Fig. 2 gewährleistet ist. Die unterschiedliche Wärmeeinbringung nach Fig. 2, die neben der Wirkung des Wärmeschutzschildes 2 auch durch die Stellung der Energiequelle 6- im Ausführungsbeispiel einer unter Schutzgas nichtabschmelzenden Elektrode-erreicht wird, führt nach Fig. 3 zu einer unsymmetrischen Schmelzbadausbildung, wobei stellenweise der nicht verschmolzene Wärmeschutzschild 2 noch vorhanden ist.

Die Schweissnaht 8 nach Fig. 4 ist nach dem 1. Bauteilumlauf durch die Energiequelle 6 unvollkommen ausgebildet. Sie zeigt neben dem nicht verschmolzenen Wärmeschutzschild 2 einen ungenügenden Einbrand und unbrauchbare Nahtübergänge. Die Wirkung des noch vorhandenen Wärmeschutzschildes 2 gemäss Fig. 2, die zur Ausbildung verschiedener Temperaturfelder führt und im Bauteil 3 nur sekundäre Energie 5 auftreten lässt, wird im 2. Bauteilumlauf durch die Energiequelle 6 aufgehoben.

Jetzt übernimmt der umgeschmolzene Wärmeschutzschild 2 eine Polsterwirkung, wodurch eine Verminderung des Lichtbogendruckes erfolgt und damit ein Schmelzbad-durchbruch vermieden wird. Gleichzeitig hat der Wärmeschutzschild 2 die Aufgabe, zur Bildung einer einwandfreien Nahtausbildung 9 als Zusatzwerkstoff zu dienen. Durch die vollkommene Umschmelzung des Wärmeschutzschildes 2 im zweiten Umlauf der Bauteile 1 und 3 bildet sich gemäss Fig. 5 der Schmelzkrater 10 fast symmetrisch aus und führt auch zur Angleichung der primären und sekundären Energie 4 bzw. 5 zu einem Temperaturfeld 11, welches nur durch die aussermittige Stellung der Energiequelle 6 in diesem Bereich ein Maximum zeigt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Verfahren zum Schweissen von Bauteilen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise zum Verbinden von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen, insbesondere zum Schweissen von Messerheften mit Messerklingen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die zu verbindenden Bauteile ( 1 ; 3) ein Wärmeschutzschild (2) derart eingebracht wird, dass die von einer Wärmequelle (6) zugeführte Energie in eine primäre und eine sekundäre Energie (4; 5) aufgeteilt wird und in einem ersten Umlauf der Bauteile (1; 3) ein Vorwärmen mit teilweiser Zerschmelzung des Bauteiles (3) mit dem Wärmeschutzschild (2) erfolgt, wonach anschliessend im zweiten Umlauf der Bauteile (1; 3) eine völlige Umschmelzung des Wärmeschutzschildes (2) stattfindet und unter Ausnutzung der Wirkung eines Polsters eine einwandfreie Nahtausbildung (9) verursacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeschutzschild (2) verwendet wird, der unter Berücksichtigung der Wärmequelle (6) einen Überstand über die Kanten der Bauteile (1; 3) besitzt, wobei die Höhe des Überstandes das Zweifache der Wanddicke beträgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeschutzschild (2) verwendet wird, der aus einem gleichartigen Werkstoff wie die Bauteile (1,3) besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeschutzschild (2) verwendet wird, der aus einem Werkstoff besteht, der sich von den Werkstoffen der Bauteile (1,3) unterscheidet.