DD260177A3 - METHOD AND DEVICE FOR PRE-TREATING RESISTANCE SPOT WELDING ELECTRODES - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Widerstandspunktschweisselektroden aus Kupferwerkstoff zur Erzielung hoeherer Standzeiten mit einfachen Mitteln. Es soll eine Gefuegestruktur erreicht werden, die der von langzeitig benutzten Elektroden aehnlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Elektrode durch eine Vorrichtung auf eine Metallplatte periodisch aufgesetzt und wieder abgehoben wird und ein zwischen der Elektrode und der Metallplatte fliessender Strom die Kontaktflaechen erwaermt, beim Abheben die Ausbildung eines Lichtbogens bewirkt, durch den Metall- und Kohlenstoffteilchen aus der Metallplatte in den Kupferwerkstoff der Elektrode eindiffundieren. Dieser Behandlung, die fortgesetzt wird, bis der zum Punktschweissen gewuenschte Kontaktflaechendurchmesser durch die mechanische und thermische Belastung ueberschritten ist, schliesst sich ein Fliessprozessvorgang an. FigurThe invention relates to a method and a device for the pretreatment of resistance spot electrodes made of copper material to achieve higher service life with simple means. It is a Gefuegestruktur be achieved, which is similar to the long-term used electrodes. This is achieved in that the electrode is periodically put on a metal plate by a device and lifted off again and a current flowing between the electrode and the metal plate the contact surfaces heated, the lifting of the formation of an arc caused by the metal and carbon particles from the Diffuse metal plate into the copper material of the electrode. This treatment, which is continued until the contact spot diameter desired for spot welding has been exceeded by the mechanical and thermal loading, is followed by a flow process operation. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung ist vorteilhaft nutzbar zur Erhöhung der Standzeiten von Widerstandspunktschweißelektroden aus Kupferwerkstoffen.The invention can be used advantageously to increase the service life of resistance spot welding electrodes made of copper materials.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist aus der Praxis des Widerstandspunktschweißens bekannt, daß unbenutzte Elektroden aus Kupfer oder einer Kupferlegierung beim Einsatz zunächst einem hohen Verschleiß unterliegen, der im weiteren aber wesentlich geringer wird. Insbesondere Eisenteilchen aus zu verschweißenden Stahlteilen werden durch Funkenabtragung gelöst und diffundieren in das Kupfer der Elektroden bis eine Sättigung erreicht wird. In DE 1690620 wird ein Verfahren aufgezeigt, um diesen Vorgang bereits in die Herstellung der Elektroden zu integrieren und dadurch eine erhöhte Standzeit zu erzielen. Der notwendige Aufwand zur Realisierung dieser Technologie ist aber erheblich und deshalb für Anwender mit beschränkter Anzahl an eingesetzten Elektroden nicht ausreichend vorteilhaft. Die unerwünschte Vergrößerung der Kontaktfläche der Elektroden entsteht durch die Materialabtragung, insbesondere aber durch die Verformung unter mechanischer und thermischer Belastung. Die dabei auftretende Verbesserung der Standfestigkeit der Elektroden ist durch die Erhöhung der Leitfähigkeit bedingt und dies tritt gemäß DE 3310423 auch bei Kaltumformung auf.It is known from the practice of resistance spot welding that unused electrodes made of copper or a copper alloy are initially subject to high wear when used, which is however much lower in the other. In particular, iron particles to be welded steel parts are released by spark erosion and diffuse into the copper of the electrodes until saturation is achieved. In DE 1690620 a method is shown to integrate this process already in the production of the electrodes and thereby to achieve an increased service life. However, the effort required to implement this technology is considerable and therefore not sufficiently advantageous for users with a limited number of electrodes used. The undesired enlargement of the contact surface of the electrodes is caused by the material removal, but in particular by the deformation under mechanical and thermal stress. The resulting improvement in the stability of the electrodes is due to the increase in the conductivity and this occurs according to DE 3310423 also in cold forming.

Weiterhin besteht gemäß DE 2808392 die Möglichkeit, in einem Glühprozeß bis zu 20 Stunden Dauer eine künstliche Alterung und Warmaushärtung des Kupferwerkstoffes zu realisieren. Auch dieses Verfahren wird für Anwender von Elektroden als zu aufwendig betrachtet.Furthermore, according to DE 2808392 it is possible to realize an artificial aging and hot curing of the copper material in an annealing process up to 20 hours duration. This method is considered too expensive for users of electrodes.

Es ist gemäß DE 1615420 bekannt, durch Anwendung von Plattierungsverfahren oder des Funkenaufsprühverfahrens dünne Schichten vorzugsweise aus Wolfram oder Wolframkarbid auf die Kontaktfläche der Punktschweißelektrode aufzubringen.It is known from DE 1615420 to apply thin layers, preferably of tungsten or tungsten carbide, to the contact surface of the spot welding electrode by using plating methods or the sputtering method.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es soll ein Verfahren mit entsprechender Vorrichtung geschaffen werden zur Erzielung höherer Standzeiten der Elektroden durch eine Vorbehandlung. Die Vorrichtung dazu soll sehr einfach und billig sein, um so dem Anwender auch bei nur geringen Stückzahlen eine Veredlung von neuen oder regenerierten Elektroden bzw. Elektrodenkappen kostengünstig zu ermöglichen.A method with a corresponding device is to be created in order to achieve a longer service life of the electrodes by means of a pretreatment. The device for this purpose should be very simple and cheap, so as to enable the user to cost-effectively refine new or regenerated electrodes or electrode caps even in small quantities.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Elektroden sollen vor ihrem Einsatz eine Werkstoffzusammensetzung und Gefügestruktur erhalten, die der von langzeitig benutzten Elektroden, die sich durch gute Standfestigkeit auszeichnen, ähnlich ist.Before use, the electrodes should have a material composition and microstructure similar to that of long-term electrodes, which are characterized by good stability.

Die auch bei der normalen Benutzung der Elektroden auftretenden Vorgänge wie Einlagerung von Elementen aus dem zu verschweißenden Werkstoff in das Kupfermaterial der Elektroden, Umformung unter thermischer Belastung undThe occurring also in the normal use of the electrodes operations such as storage of elements of the material to be welded in the copper material of the electrodes, deformation under thermal stress and

Warmaushärtung sollen in einem Arbeitsgang als Vorbehandlung realisiert werden bei Gewährleistung der geforderten Abmessungen der Elektrodenspitze.Hot curing should be realized in a single operation as a pretreatment while ensuring the required dimensions of the electrode tip.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß eine Widerstandspunktschweißelektrode aus einem Kupferwerkstoff auf eine Platte aus einer Eisenkohlenstofflegierung unter mechanischer Belastung periodisch aufgesetzt und wieder abgehoben wird und dazwischen eine elektrische Spannung anliegt, so daß sich beim Abheben ein Lichtbogen ausbildet, die Elektrodenspitze stark erwärmt und unter der mechanischen Belastung umgeformt wird im Sinne einer Vergrößerung des Durchmessers der Kontaktfläche. Während dieses Vorganges diffundieren Eisen- und Kohlenstoffatome aus der Platte in den Kupferwerkstoff der Elektrode ein und bewirken eine standzeiterhöhende Verfestigung. Diese Behandlung wird fortgesetzt bis der Durchmesser der Kontaktfläche der Elektrode das zum Punktschweißen gewünschte Maß erheblich überschritten hat, so daß durch einen nachfolgend vorgesehenen Fließpreßvorgang mittels eines Gesenks sowohl der gewünschte Kontaktflächendurchmesser als auch aufgehärtete, stützend wirkende Seitenflächen im Spitzenbereich der Elektroden erzielt werden können. Besonders günstige Ergebnisse werden erreicht durch Einleitung eines Inertgases in den Bereich der Lichtbogenausbildung zwecks Vermeidung von Oxidationserscheinungen.The inventive method provides that a resistance spot welding electrode made of a copper material is placed periodically on a plate of an iron carbon alloy under mechanical stress and lifted again and intervening an electrical voltage, so that forms an arc when lifted, the electrode tip strongly heated and under the mechanical stress is transformed in the sense of increasing the diameter of the contact surface. During this process, iron and carbon atoms from the plate diffuse into the copper material of the electrode and cause a solidification-increasing solidification. This treatment is continued until the diameter of the contact surface of the electrode has exceeded the desired level for spot welding considerably, so that both the desired contact surface diameter and hardened, supporting side surfaces in the tip region of the electrodes can be achieved by a subsequently provided extrusion molding process by means of a die. Particularly favorable results are achieved by introducing an inert gas in the field of arc formation in order to avoid oxidation phenomena.

Die zur Realisierung dieses Verfahrens notwendige Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Elektrodenhalter mit der vorzubehandelnden Punktschweißelektrode und einer elektromagnetischen Antriebseinrichtung, die eine Auf- und Abwärtsbewegung mit einstellbarer Geschwindigkeit und Abhebehöhe ermöglicht.The device necessary for the realization of this method consists essentially of an electrode holder with the spot welding electrode to be pretreated and an electromagnetic drive device which allows an up and down movement with adjustable speed and lift height.

Weiterhin ist kennzeichnend für die Vorrichtung, daß der Strom, der über die Punktschweißelektrode und die Metallplatte auch durch die Wicklung fließt, durch deren Magnetfeld der Elektrodenhalter von der Metallplatte abgehoben wird. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Vorrichtung auf der Stahlplatte leicht lös- und versetzbar elektromagnetisch befestigt wird mittels einer weiteren Wicklung.Furthermore, it is characteristic of the device that the current flowing through the coil via the spot welding electrode and the metal plate is lifted by the magnetic field of the electrode holder from the metal plate. It is further provided that the device on the steel plate is easily releasably and displaceably electromagnetically secured by means of another winding.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll in einer Ausführungsform an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Wie ersichtlich, liegt die Vorrichtung auf einer Metallplatte 1 aus einer Eisen-Kohlenstofflegierung auf, die über die Klemmschraube 2 mit einer Spannungsquelle verbunden ist.The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to the drawing. As can be seen, the device rests on a metal plate 1 made of an iron-carbon alloy, which is connected via the clamping screw 2 with a voltage source.

Die vorzubehandelnde Punktschweißelektrode 3 ist im Elektrodenhalter 4 aus ferromagnetischem Material in einen Konus eingesetzt. Der Elektrodenhalter 4 ist im Gehäusefuß 5 in einer Hartgewebebuchse sowie auf der Führungsstange 6 gleitend angeordnet und wird durch die Spiralfeder 7 mit eine Vorspannkraft beauflagt, die mit der Stellschraube 8 einstellbar ist. Die Hülse 10 und die Kappe 9 bilden das Gehäuse der Vorrichtung. Darin ist die Spule 11 derart angeordnet, daß der Elektrodenhalter 4 darin eintauchen kann. Beide sind über Klemme 16, die durch die Isolation 17 vom Gehäuse getrennt ist und über die flexible Leitung 18 leitend verbunden. Durch die Zuleitung 12 kann ein inertes Gas, vorzugsweise Kohlendioxid, in den Freiraum zwischen Elektrode3 und Gehäusefuß 5 eingeleitet werden. Durch den Kanal 13 besteht Verbindung zur umgebenden Atmosphäre. Die im Gehäusefuß 5 angeordnete Spule 14 ist auch die leistungsfähige Spannungsquelle 15 mit 6-60 V Gleichspannung, vorzugsweise 12V, angeschlossen.The spot welding electrode 3 to be pretreated is inserted in the electrode holder 4 made of ferromagnetic material into a cone. The electrode holder 4 is slidably disposed in the housing base 5 in a hard tissue bushing and on the guide rod 6 and is biased by the coil spring 7 with a biasing force, which is adjustable with the adjusting screw 8. The sleeve 10 and the cap 9 form the housing of the device. Therein, the coil 11 is arranged such that the electrode holder 4 can dip therein. Both are connected via terminal 16, which is separated by the insulation 17 from the housing and via the flexible line 18 conductively connected. Through the supply line 12, an inert gas, preferably carbon dioxide, are introduced into the free space between the electrode 3 and housing foot 5. Through the channel 13 is connected to the surrounding atmosphere. The arranged in the housing base 5 coil 14 is also the powerful power source 15 with 6-60 V DC, preferably 12V, connected.

Zur Vorbehandlung einer neuen Punktschweißelektrode 3 wird diese außerhalb der Vorrichtung in den Elektrodenhalter 4 eingesetzt, beide werden in die Vorrichtung eingeschoben und diese auf eine Stahlplatte 1 aufgesetzt.For pretreatment of a new spot welding electrode 3, it is inserted outside the device in the electrode holder 4, both are inserted into the device and placed on a steel plate 1.

Das Zuschalten der Spannungsquelle 15 bewirkt, daß die Vorrichtung durch die Spule 14 erzeugten Magnetkraft auf der Stahlplatte 1 fixiert wird.The connection of the voltage source 15 causes the device is fixed by the magnetic force generated by the coil 14 on the steel plate 1.

Gleichzeitig fließt ein Strom über Spule 11, Klemme 16, flexible Leitung 18, Elektrodenhalter 4, Elektrode 3 über den Übergangswiderstand zur Metallplatte 1 und Klemmschraube 2. Durch das Magnetfeld der Spule 11 wird der Elektrodenhalter 4 mit Punktschweißelektrode 3 von der Stahlplatte abgehoben und der entstehende Lichtbogen bewirkt das Eindiffundieren von Eisen- und Kohlenstoffatomen in den Kupferwerkstoff.At the same time, a current flows through coil 11, terminal 16, flexible lead 18, electrode holder 4, electrode 3 via the contact resistance to the metal plate 1 and clamping screw 2. By the magnetic field of the coil 11, the electrode holder 4 is lifted with spot welding electrode 3 from the steel plate and the resulting Arc causes the diffusion of iron and carbon atoms into the copper material.

Nach dem Abriß des Lichtbogens bewegt sich der Elektrodenhalter 4 wieder auf die Stahlplatte 1 zu durch die Wirkung der Spiralfeder 7 und der Schwerkraft.After the elimination of the arc, the electrode holder 4 moves back to the steel plate 1 by the action of the coil spring 7 and gravity.

Günstige Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Masse des schwingenden Teils, die Vorspannkraft der Spiralfeder 7 und die Wicklungszahl der Spule 11 so gewählt werden, daß etwa 5-50 Schwingungen pro Sekunde bei einer Amplitude von 0,5-2 mm erreicht werden und die Vorbehandlungszeit 1-3 Minuten beträgt.Favorable results can be obtained if the mass of the oscillating part, the biasing force of the coil spring 7 and the winding number of the coil 11 are chosen so that about 5-50 oscillations per second are achieved with an amplitude of 0.5-2 mm and the Pretreatment time is 1-3 minutes.

Claims (6)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zur Vorbehandlung von Widerstandspunktschweißelektroden aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zwecks Aufbringung eines Kontaktflächenüberzuges mittels der Elektro-Funkenmethode, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktschweißelektrode (3) auf eine aus einer Eisenkohlenstofflegierung bestehende Metallplatte (1) unter mechanischer Belastung aufgesetzt und wieder abgehoben wird, bis durch den sich beim Abheben bildenden Lichtbogen hinreichend Material aus der Metallplatte (1) in den Kontaktflächenbereich der Punktschweißelektrode (3) ein- bzw. angelagert ist und durch die mechanische und thermische Belastung der zum Punktschweißen gewünschte Kontaktflächendurchmesser überschritten ist.1. A method for the pretreatment of resistance spot welding electrodes made of copper or a copper alloy for the application of a contact surface coating by the electric spark method, characterized in that the spot welding electrode (3) is placed on a metal plate (1) consisting of an iron carbon alloy under mechanical load and lifted off again, until sufficient material from the metal plate (1) is deposited or deposited in the contact surface region of the spot welding electrode (3) through the arc which forms during lifting and is exceeded by the mechanical and thermal loading of the contact surface diameter desired for spot welding. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen nachfolgenden Fließprozeßvorgang.2. The method according to claim 1, characterized by a subsequent flow process operation. 3. Verfahen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungszone ein Inertgas zugeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the treatment zone, an inert gas is supplied. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die vorzubehandelnde Punktschweißelektrode (3) in einem Elektrodenhalter (4) befestigt ist und dieser durch eine elektromagnetische Antriebseinrichtung in eine Auf- und Abwärtsbewegung mit einstellbarer Geschwindigkeit und Abhebehöhe versetzbar ist.4. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the pretreated spot welding electrode (3) in an electrode holder (4) is fixed and this by an electromagnetic drive means in an up and down movement with adjustable speed and Abhebehöhe is displaceable. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Punktschweißelektrode (3) und die Metallplatte (1) fließende Strom durch eine Wicklung (11) fließt und ein Magnetfeld aufbaut, das den Elektrodenhalter (4) anhebt.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that on the spot welding electrode (3) and the metal plate (1) flowing current flows through a winding (11) and a magnetic field builds up, which raises the electrode holder (4). 6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Vorrichtung auf der Metallplatte (1) durch eine elektromagnetische Wicklung (14) erfolgt.6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the fastening of the device on the metal plate (1) by an electromagnetic winding (14).