DE3706316C2 - Verfahren zum Abbrennstumpfschweißen von stumpf miteinander zu verbindenden Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abbrennstumpfschweißen von stumpf miteinander zu verbindenden Teilen gemäß Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Die Abbrenn-Schweißung, die auch als Abschmelz-Schweißung bezeichnet wird, zählt zu den wichtigsten Verfahren der elektrischen Widerstandsschweißung. Gemäß Lueger "Lexikon der Technik", Band 3, Seite 502, zählt sie zu den Preßschweißverfahren. Dabei werden die miteinander zu ver­ bindenden Teile in eine Stumpfschweißmaschine eingespannt und nach Einschalten des Stromes miteinander in Berührung gebracht. Durch kurzes Auseinanderrücken wird dabei ein Lichtbogen gezogen und der Vorgang wird so lange wiederholt, bis sich der Lichtbogen über den ganzen Querschnitt gebildet hat. Die dabei entstehende Wärmeentwicklung schmilzt den Werkstoff an den Stoßflächen der Teile unter starkem Funkensprühen ab. Nachdem die Stoßflächen auf Schweißtempe­ ratur gebracht sind, werden die beiden Teile schnell und mit der erforderlichen Kraft zusammengepreßt. Der abgeschmolzene Werkstoff wird fortge­ schleudert; dadurch ist der Schweißwulst kleiner als bei der Stumpfschweißung. Er hat perliges Aussehen und ist leicht zu entfernen. Die Festigkeit der nach dem Abschmelzverfahren hergestellten Schweißung ist höher als die bei der gewöhn­ lichen Stumpfschweißung. Sie erreicht nahezu die Werkstoffestig­ keit. Die bekannte Abbrenn-Schweißung wird daher hauptsäch­ lich zum Schweißen schwieriger Querschnitte angewendet. Sie läßt auch das Schweißen von Stählen mit höherem C-Gehalt und von legierten Stählen zu. Beispiele für Abbrenn-Schweißungen im Maschinenbau sind das Anschweißen von Gabeln an eine Rundstahlstange, das Schweißen von Kurbelwellen oder das Schweißen von Schienen.

Das bekannte Abbrennstumpfschweißen von Schienen, wie es im DE-Fachbuch "DVS-Merkblätter Widerstandsschweißtechnik", Band 68, Teil III, Seiten 3-8, beschrieben ist, umfaßt üblicherweise die Schritte Planbrennen, Vorwärmen, Abbren­ nen, Nachwärmen, woran sich noch ein zweiter Stauchprozeß anschließen kann. Das Planbrennen dient dem Einebnen von Ungleichmäßigkeiten in den Stoßflächen der Verbindung. Das Vorwärmen dient der Vermeidung von Aufhärtungen des Schie­ nenstahls. Das Abbrennen dient dazu, die Stoßflächen der Schienenenden möglichst gleichmäßig auf Schweißtemperatur zu bringen. Das Stauchen ist der eigentliche Schweißvorgang, bei dem es sowohl auf hohe Stauchkraft, als auch auf eine große Vorschubgeschwindigkeit ankommt. Letztere soll nicht unter 30 mm/s liegen. Das Nachwärmen dient ebenso wie das Vorwärmen zur Verringerung der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen und wird derzeit nur bei hochfesten Stählen oder Sonderstählen angewendet. Der zweite Stauchprozeß dient dazu, ein dichteres und feines Gefüge zu erhalten.

Nachteil des bekannten Abbrenn-Schweißverfahrens ist der Umstand, daß an den Stellen, an denen Werkstoff herausge­ schleudert wird, linsenförmige Krater entstehen, da bei der ersten Berührung verhältnismäßig kleine Querschnittsflächen miteinander in Berührung gelangen, in denen hohe Stromdichten herrschen. Dies führt zu einer schnellen Verflüssigung des Werkstoffs, und zwar innerhalb von Bruchteilen einer Se­ kunde, was nach dem Wegschleudern des Werkstoffs zur erwähn­ ten Kraterbildung führt.

Die DE 30 30 126 C2 betrifft nur das Abbrennen beim Abbrenn­ stumpfschweißen von metallischen Werkstücken, ohne daß dort ein Stauchen angesprochen ist.

Die DE 34 04 649 C2 beschreibt das bereits aus dem zuvor genannten DE-Fachbuch bekannte Widerstands-Abbrennstumpfschweißverfahren.

Die DE 29 04 414 A1 befaßt sich nur mit der Stromverteilung beim Abbrennstumpfschweißen.

Schließlich befaßt sich die DD-Zeitschrift "Schweißtechnik", 35 (1985) 10, Seiten 442 bis 444, "Abbrennstumpfschweißmaschinen mit mikroelektronischer Steuerung", von F. Häntze mit einer mikroelektronischer Steuerung von Schweißmaschinen, ohne daß auf den Stauchprozeß speziell eingegangen wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das bekannte Abbrennstumpf­ schweißen dahingehend zu verbessern, daß am Ende des Abbrennvorganges nur sehr kleine Werkstoffteilchen wegge­ schleudert werden, damit lediglich kleinste Krater entste­ hen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merk­ male des Patentanspruchs 1.

Gemäß Erfindung wird das Stauchen praktisch ohne Unterbre­ chung nach dem Abbrennen vorgenommen. Der Spalt zwischen den hocherhitzten Schweißstellen soll nämlich möglichst schnell geschlossen werden. Dies hat zur Folge, daß die Stauchge­ schwindigkeit zunächst sehr steil ansteigt und eine ausge­ prägte Spitze besitzt. Unmittelbar nach ihrer Ausbildung oder gering verzögert dazu wird die Stauchkraft auf die eigentliche, spezifische Stauchkraft abgesenkt und längere Zeit aufrechterhalten. Dies ergibt zu Beginn des Schweißens eine hohe Beschleunigung des Stauchschlittens und eine erhebliche Verkürzung der kritischen Zeit zwischen dem Abbrennen und dem Schweißprozeß.

Das Stauchen kann pneumatisch, elektromotorisch, mechanisch oder ölhydraulisch erfolgen, und zwar zeitabhängig oder wegabhängig. Darunter ist zu verstehen, daß die Beschleuni­ gung des Stauchschlittens entweder eine bestimmte, von den tatsächlichen Schweißverhältnissen abhängige Zeit oder Weg­ strecke lang erfolgt.

Je nach Werkstoff ist ein gewisser Stauchdruck von 40 bis 100 N/mm² erforderlich, um die beim Abbrennen entstandenen kraterförmigen Vertiefungen sicher auszustauchen. Wenn der Luftspalt am Ende des Abbrennvorganges durch eine hohe Schlittengeschwindigkeit schnell geschlossen wird, dann kann es nicht zu einer Oxidierung der flüssigen Metallteile an den zu verschweißenden Werkstückflächen kommen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Abbrenn-Stumpfschweißen von stumpf miteinander zu verbindenden Teilen, die in eine Stumpfschweißmaschine eingespannt und nach Einschalten des Stromes derart mitein­ ander in Berührung gebracht werden, daß durch kurzes Ausein­ anderrücken ein Lichtbogen gezogen wird, wobei der Vorgang solange wiederholt wird, bis sich der Lichtbogen über den ganzen Querschnitt gebildet hat und der Werkstoff an den Stoßflächen unter starkem Funkensprühen im Abbrennprozeß abgeschmolzen wird, worauf in einem Stauchprozeß der eigent­ liche Schweißvorgang erfolgt, bei dem die auf Schweißtempe­ ratur gebrachten Stoßflächen der beiden Teile mit der erfor­ derlichen Schweißkraft zusammengepreßt werden, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zu Beginn des Schweißens im Stauchprozeß eine hohe Beschleunigung des Stauchschlittens und eine Verkürzung der kritischen Zeit zwischen dem Abbren­ nen und dem Schweißprozeß in der Weise vorgenommen wird, daß die Stauchkraft eine ausgeprägte Spitze besitzt, und daß unmittelbar nach ihrer Ausbildung oder gering verzögert dazu die Stauchkraft auf die eigentliche, spezifische Stauchkraft abgesenkt und längere Zeit aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchgeschwindigkeit zeit- oder wegabhängig ge­ regelt wird.