DE4333283A1 - Spot welding of two parts - avoids excessive melting of the contact areas - Google Patents
Spot welding of two parts - avoids excessive melting of the contact areasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen zweier aneinanderliegender Bauteile durch Stromfluß durch die Berührungsstelle, der durch Entladung eines vorher aufge ladenen Kondensators erfolgt und wobei die Bauteile aneinan dergedrückt werden.The invention relates to a method for welding two adjacent components by current flow through the Contact point, which is released by discharging a previously charged capacitor takes place and the components together be depressed.
Bei bekannten Schweißverfahren werden zwei Bauteile, die aus dem gleichen Material hergestellt sind, mit im wesentlichen planen Flächen aneinanderliegend zusammengeschweißt, wobei ein Strom über die aneinanderliegenden Flächen geleitet wird, wäh rend diese Flächen aneinandergepreßt werden. Dabei wird ein im wesentlichen konstanter Strom über die aneinanderliegenden Flächen geleitet. Dazu ist eine entsprechend stabile Konstant stromquelle erforderlich, die einen relativ hohen konstrukti ven und regeltechnischen Aufwand erfordert.In known welding processes, two components are made are made of the same material, with essentially plan surfaces welded together, being a Electricity is passed over the adjacent surfaces, weh rend these surfaces are pressed together. Here, an im substantially constant current over the adjacent Areas. In addition, there is a correspondingly stable constant Power source required that has a relatively high construction ven and control engineering effort required.
Außerdem muß bei den herkömmlichen Verfahren Formier- oder Schutzgase verwendet werden, um die Bildung von Anlauffarben im Bereich der Schweißstelle zu vermeiden. In addition, in the conventional processes, forming or Shielding gases are used to prevent the formation of tarnish to avoid in the area of the weld.
Des weiteren ergeben sich bei den bekannten Schweißverfahren relativ lange Schweißzeiten.Furthermore, there are known welding methods relatively long welding times.
Ein weiterer Nachteil der üblichen Verfahren liegt auch darin, daß es zu starken Verquetschungen der beiden zu verschweißen den Bauteile kommt, da es im wesentlichen im gesamten Bereich der aneinanderliegenden Flächen der beiden Bauteile zu einem gleichzeitigen Übergang in die flüssige Phase des Materials kommt.Another disadvantage of the usual methods is that that there is too much crushing to weld the two The components come as it is essentially in the entire area of the adjacent surfaces of the two components into one simultaneous transition to the liquid phase of the material is coming.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich einfach durchführen läßt.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a method of the type mentioned at the outset that is easy to do.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Bauteil einen in einer Kante oder Schneide endenden Vorsprung oder eine Vielzahl von punktförmigen Erhebungen aufweist und mit diesem beziehungsweise diesen auf einer im wesentlichen planen Fläche des anderen Bauteiles aufliegt, wobei die vorragenden Bereiche des einen Bauteiles beim Schweißen ganz oder teil weise abgeschmolzen werden.According to the invention this is achieved in that a component a projection ending in an edge or cutting edge or has a plurality of punctiform surveys and with this or this on an essentially plan Surface of the other component rests, the protruding Areas of one component in whole or in part during welding be melted wisely.
Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß es beim Verschweißen der beiden Bauteile lediglich zu einem Abschmelzen der vorra genden Bereiche des einen Bauteiles kommt, wobei es aufgrund der Spitzenwirkung auch im Bereich des Kontaktes der vorragen den Bereiche des einen Bauteiles mit dem zweiten Bauteil auch in dessen planer Fläche zu einem örtlichen Aufschmelzen kommt. These measures ensure that it is during welding of the two components only to melt the vorra areas of a component, due to the peak effect also in the area of contact of the project the areas of one component with the second component too local melting occurs in its flat surface.
Dadurch kommt es zu einer sehr guten Verbindung der beiden Bauteile.This leads to a very good connection between the two Components.
Weiter kommt es bei der Entladung des Kondensators zu einem Stromfluß, der rasch eine hohe Stromstärke aufweist. Dadurch kommt es zu einem sehr plötzlichen Aufschmelzen des Vor sprunges beziehungsweise der Erhebungen und damit zu einer Verringerung des Übergangswiderstandes, wodurch trotz der ab nehmenden Ladung des Kondensators für eine ausreichend lange Zeit ein entsprechend hoher Stromfluß aufrecht erhalten werden kann.Furthermore, there is a discharge of the capacitor Current flow that quickly has a high current. Thereby there is a very sudden melting of the pre jump or the surveys and thus to one Reduction of the contact resistance, which despite the taking charge of the capacitor for a sufficiently long Time a correspondingly high current flow can be maintained can.
Dabei kann weiter vorgesehen sein, daß das den Vorsprung be ziehungsweise die Erhebungen aufweisende Bauteil aus einem Ma terial hergestellt ist, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der jenes Materiales, aus dem das zweite Bauteil hergestellt ist.It can further be provided that the projection be component with the elevations from one dimension is produced material whose melting point is lower than the material from which the second component is made is.
Auf diese Weise kommt es zu einem raschen Aufschmelzen des Vorsprunges beziehungsweise der Erhebungen.In this way, the Projection or surveys.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die vorragenden Bereiche des einen Bauteiles einen Schneiden- oder Spitzenwinkel von 30°0 bis 45° aufweisen.According to a further feature of the invention can be provided be that the protruding areas of a component one Have cutting edge or point angles from 30 ° 0 to 45 °.
Auf diese Weise ergeben sich sehr hohe Stromdichten im Bereich der Kanten und Spitzen der Erhebung, so daß diese sehr rasch anschmelzen und es zu einer sehr raschen Verminderung des Übergangswiderstandes von einem Bauteil zum anderen Bauteil kommt.This results in very high current densities in the area of the edges and peaks of the bump, making them very quick melt and there is a very rapid reduction in the Contact resistance from one component to another component is coming.
Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden sehr hohen Stromstärken und die sehr kurze Schweißzeit ist es auch möglich, Werkstoffe mit unterschiedlicher elektrischer Leitfä higkeit zu verschweißen.Because of the very occurring in the inventive method high currents and the very short welding time it is too possible materials with different electrical guidelines ability to weld.
Weiter kann vorgesehen sein, daß die beiden zu verbindenden Bauteile aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sind.It can also be provided that the two to be connected Components are made of different materials.
Dadurch ergibt sich eine Erweiterung der dem Konstrukteur zur Verfügung stehenden Möglichkeiten.This results in an extension of the to the designer Available options.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 zwei erste zu verschweißende Bauteile vor der Ver schweißung, Fig. 1 shows two first parts to be welded before Ver weld,
Fig. 2 die beiden Bauteile nach der Fig. 1 nach der Ver schweißung, Fig. 2, the two components welding of FIG. 1 according to the Ver.
Fig. 3 zwei weitere zu verschweißende Bauteile vor der Ver schweißung, Fig. 3, two further weld parts to be welded before Ver,
Fig. 4 die beiden Bauteile nach der Fig. 3 nach der Ver schweißung, Fig. 4, the two components welding of FIG. 3 according to the Ver.
Fig. 5 zwei dritte zu verschweißende Bauteile vor der Ver schweißung, Figure 5 shows two welding. Third components to be welded before Ver,
Fig. 6 die beiden Bauteile nach der Fig. 5 nach der Ver schweißung, Fig. 6, the two components of the welding according to Fig. 5 by the Ver.
Fig. 7 ein Prinzipschaltbild einer Einrichtung zum erfin dungsgemäßen Verschweißen, Fig. 7 is a schematic diagram of a device for welding OF INVENTION to the invention,
Fig. 8 ein Diagramm des Stromverlaufs beim Verschweißen, Fig. 8 is a diagram of the current profile during the welding,
Fig. 9 eine Variante der Erfindung vor dem Verschweißen und Fig. 9 shows a variant of the invention before welding and
Fig. 10 der Endzustand der Verbindung nach Fig. 9, Fig. 10, the final state of the connection according to Fig. 9,
Fig. 11 eine weitere Anwendung der Erfindung, Fig. 11 shows another application of the invention,
Fig. 12 das Werkzeug zur Durchführung dieser Anwendung der Erfindung und Fig. 12, the tool for carrying out this application of the invention, and
Fig. 13 die Elektroden des Werkzeugs in vergrößerter Darstel lung. Fig. 13, the electrodes of the tool in enlarged representation.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Ein zelheiten.The same reference numerals mean the same A in all figures details.
Bei den beiden in der Fig. 1 und 2 dargestellten Bauteilen 1, 2 die als Rohrarmatur aus Messing und einem Blechstück aus Stahlblech bestehen, weist das Bauteil 1 im noch unverschweiß ten Zustand einen umlaufenden Vorsprung 3 auf, der in einer Schneide 4 endet, die an einer im wesentlichen planen Fläche 5 des zweiten Bauteiles 2 aufliegt.In the two components 1 , 2 shown in FIGS . 1 and 2, which consist of a pipe fitting made of brass and a piece of sheet metal made of sheet steel, the component 1 has a circumferential projection 3 in the still unwelded state, which ends in a cutting edge 4 rests on an essentially flat surface 5 of the second component 2 .
Zum Schweißen wird über beiden Bauteilen 1 und 2 ein entspre chend hoher elektrischer Strom geführt, wodurch es zu einem Anschmelzen des Vorsprunges 3 des Bauteiles 1 kommt. Dabei kommt es zu einer Verminderung des Übergangswiderstandes zwi schen den beiden Bauteilen.For welding, a correspondingly high electrical current is conducted over both components 1 and 2 , causing the projection 3 of component 1 to melt. This leads to a reduction in the contact resistance between the two components.
Während des Stromdurchflusses durch die beiden Bauteile 1, 2 werden die beiden Bauteile 1 und 2 mittels einer Anpreßvor richtung 6 gegeneinander gepreßt. Dadurch kommt es zu einer Verteilung der im wesentlichen aus dem Vorsprung 3 gewonnenen Schmelze über die gesamte Berührungsfläche 7 der beiden Bau teile 1 und 2 und damit zu einer Verschweißung der beiden Bau teile 1 und 2 über deren gesamte Berührungsfläche, wobei der Vorsprung 3 im wesentlichen vollständig aufgeschmolzen wird.During the current flow through the two components 1 , 2 , the two components 1 and 2 are pressed against each other by means of a Anpreßvor device 6 . This results in a distribution of the melt obtained essentially from the projection 3 over the entire contact surface 7 of the two construction parts 1 and 2 and thus to a welding of the two construction parts 1 and 2 over their entire contact surface, the projection 3 essentially is completely melted.
Bei den beiden Bauteilen 1′ und 2′ nach den Fig. 3 und 4 ergeben sich im wesentlichen gleiche Verhältnisse, wie bei den Bauteilen 1 und 2 nach den Fig. 1 und 2. Auch bei diesen beiden Bauteilen weist der Bauteil 1′ einen Vorsprung 3 auf, der in einer Schneide 4 endet. Die beiden Bauteile 1′, 2′ be stehen dabei aus Stahlblech.In the two components 1 'and 2 ' according to FIGS. 3 and 4 there are essentially the same conditions as in components 1 and 2 according to FIGS. 1 and 2. Also in these two components, the component 1 'has a projection 3 , which ends in a cutting edge 4 . The two components 1 ', 2 ' be made of sheet steel.
Auch bei diesen Bauteilen 1′, 2′ kommt es beim Verschweißen zu einem im wesentlichen vollständigen Aufschmelzen des Vor sprunges 3 des Bauteiles 1′. Even with these components 1 ', 2 ' there is a substantially complete melting of the pre jump 3 of component 1 'during welding.
Die Fig. 5 und 6 zeigen das Verschweißen eines Kupferrohres 1′′ mit einer ebenen Stahlplatte 2′′. Dabei ergibt sich eben falls eine Linienberührung 8 zwischen den beiden Bauteilen, wie sie sich auch bei den Bauteilen nach den Fig. 1 bis 4 ergibt. FIGS. 5 and 6 show the welding of a copper tube 1 '' with a flat steel plate 2 ''. This results in a line contact 8 between the two components, as is also the case with the components according to FIGS. 1 to 4.
Beim Verschweißen der Bauteile 1′′ und 2′′ mittels eines Strom durchflusses durch die beiden Bauteile unter gegenseitiger An pressung kommt es zu einem Anschmelzen des Rohres 1′′, das vor zugsweise aus einem Material mit niedrigerem Schmelzpunkt als die Platte 2′′ hergestellt ist. Durch das gegenseitige Anpres sen der beiden zu verschweißenden Bauteile wird die Schmelze geteilt, so daß sich zu beiden Seiten des Rohres 1′′ Keile aus der Schmelze ausbilden, die letztlich Nähte bilden.When welding the components 1 '' and 2 '' by means of a current flow through the two components under mutual pressure, there is a melting of the tube 1 '', which is preferably made of a material with a lower melting point than the plate 2 '' is. Due to the mutual pressing of the two components to be welded, the melt is divided so that 1 '' wedges form from the melt on both sides of the tube, which ultimately form seams.
Das Rohr 1′′ kann dabei aufgrund des Anpressens an das zweite Bauteil 2′′ etwas verformt werden, wie dies auch in der Fig. 6 dargestellt ist.The tube 1 '' can be slightly deformed due to the pressure on the second component 2 '', as is also shown in Fig. 6.
Zum Verschweißen der Bauteile 1, 2, 1′, 2′ beziehungsweise 1′′, 2′′ wird eine Einrichtung verwendet, die schematisch in der Fig. 7 dargestellt ist.For welding the components 1 , 2 , 1 ', 2 ' and 1 '', 2 '' , a device is used, which is shown schematically in FIG. 7.
Diese Schweißeinrichtung weist einen von Thyristoren gesteuer ten Spannungsregler 10 auf, dessen Ausgang mit einem Kondensa tor 11 verbunden ist. Dabei ist der Spannungsregler 10 von ei nem Laderegler 12 gesteuert, der die am Kondensator 11 anlie gende Spannung erfaßt. This welding device has a voltage regulator 10 which is controlled by thyristors and whose output is connected to a capacitor 11 . The voltage regulator 10 is controlled by a charge controller 12 which detects the voltage present at the capacitor 11 .
An den Kondensator 11 ist ein Impulstransformator 13 ange schlossen, an dessen Ausgang die zu verschweißenden Bauteile 1, 2 angeschlossen werden können, wobei über die Preßeinrich tung 6 die zu verschweißenden Bauteile gegeneinander gepreßt werden können.To the capacitor 11 , a pulse transformer 13 is connected, at the output of which the components 1 , 2 to be welded can be connected, and the components to be welded can be pressed against one another via the press device 6 .
Die Entladung des Kondensators 11 wird von einer Impulsauslösung 15 gesteuert.The discharge of the capacitor 11 is controlled by a pulse trigger 15 .
Die Fig. 8 zeigt den Verlauf des Schweißstromes über die Zeit T. Dabei zeigt sich, daß der Strom in einem ersten Be reich 16 sehr rasch ansteigt und einen etwas flacheren Abfall nach dem Überschreiten des Maximums 17 in einem zweiten Be reich 18 aufweist. Fig. 8 shows the course of the welding current over time T. It shows that the current in a first loading area 16 rises very quickly and has a somewhat flatter decline after exceeding the maximum 17 in a second loading area 18 .
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 und 10 wird ein aus Messing bestehendes Rohrkupplungsstück 20 auf seiner einen Stirnseite 21 mit einem Kupferrohr 22 verschweißt, das an sei nem der Stirnseite 21 zugewandten Ende 23 mit einer umlaufen den Spitzenkante 24 versehen ist.In the embodiment according to FIGS. 9 and 10, a pipe coupling piece 20 made of brass is welded on its one end face 21 to a copper pipe 22 which is provided with an end 23 facing the end face 21 with a circumferential tip edge 24 .
Nach dem Verschweißen ist die Stirnseite des Kupferrohres 22 plan und unmittelbar mit der ebenfalls planen Stirnseite 21 des Kupplungsstücks 20 verbunden.After welding, the end face of the copper tube 22 is flat and directly connected to the likewise flat end face 21 of the coupling piece 20 .
In der Fig. 11 ist der Brennkammerschacht 30 eines Gas-Was serheizers dargestellt, der als doppelwandiger Hohlkörper ge staltet ist. Eine Außenwandung 31 und Innenwandung 32 schlie ßen einen im Endzustand wassergefüllten Zwischenraum 33 ein, in den zu seiner Entlüftung Edelstahlröhrchen 34 hineinragen und im Betriebszustand des Wasserheizers mit ihren oberen En den 35 im obersten Bereich des Brennkammerschachts enden. Zur Abführung etwa dort vorhandener Luft sind Entlüftungsnippel 36 vorgesehen, in die Entlüftungsventile eingeschraubt werden. Außen- und Innenwandungen des Brennkammerschachtes sind mit Sicken 37 versehen, die Schweißpunkte 38 aufweisen, um ein Aufblähen des doppelwandigen Brennkammerschachtes bei Drucker höhung zu vermeiden. Der erwähnte Zwischenraum 32 ist mit ei nem Wasserauslaßanschluß 39 versehen, der Einlaßanschluß 40 liegt darüber. In den Auslaß mündet das andere Ende 41 des Entlüftungsröhrchens 34, das an zwei Stellen 42 und 43 mit der Außenwandung 31 verschweißt ist. Diese Schweißstellen sind Ge genstand der Fig. 12 und 13.In Fig. 11, the combustion chamber shaft 30 of a gas What water heater is shown, which is designed as a double-walled hollow body ge. An outer wall 31 and inner wall 32 include a space 33 filled with water in the final state, into which stainless steel tubes 34 protrude for its ventilation and, in the operating state of the water heater, end with their upper ends 35 in the uppermost region of the combustion chamber shaft. Venting nipples 36 , into which venting valves are screwed, are provided in order to discharge any air present there. Outer and inner walls of the combustion chamber shaft are provided with beads 37 which have welding points 38 in order to avoid inflation of the double-walled combustion chamber shaft when the pressure is increased. The above-mentioned space 32 is provided with a water outlet connection 39 , the inlet connection 40 lies above it. The other end 41 of the vent tube 34 , which is welded to the outer wall 31 at two points 42 and 43, opens into the outlet. These welds are the subject of FIGS . 12 and 13.
Man erkennt im Rahmen der Fig. 12 den hier nur aus seiner Au ßenwandung 31 bestehenden Brennkammerschacht und das Röhrchen 34, die hier an drei sichtbaren Schweißstellen miteinander be festigt werden, wobei die mittlere dritte Schweißstelle in der Fig. 11 nicht zu sehen ist. Das Schweißwerkzeug besteht aus einem mit einer innenprismatischen Rinne 44 versehenen Gegen halter 45, der an einen Pol einer Speisespannungsquelle gelegt ist. Die Gegenelektrode 45 weist eine konvexprismatische Ober fläche auf. Analog sind die Elektroden und Gegenelektroden der beiden anderen Schweißstellen ausgebildet, alle drei Schweiß stellen werden zugleich geschweißt, der Brennkammerschacht ist hierbei in einer Halterung 46, 47 gelagert. Die Gegebenheiten sind aus der Fig. 13 gut sichtbar, so ist zu erkennen, daß das Röhrchen 34 mit seinem Außenmantel 49 in die konkave Rinne 44 der Gegenelektrode 45 eingelegt wird und daß anschließend das Blech 31 mit seiner einen Außenwandung 50 auf den Außen mantel des Rohres aufgelegt wird. Danach fährt die Elektrode 46 mit ihrer konvexprismatischen Formgebung 48 gegen beide Bauteile. Da Edelstahl elektrisch leitend ist, erfolgt ein Stromfluß über beide Elektroden und über die Bauteile 31 und 34, so daß sie miteinander verschweißen und eine Konfiguration ergeben, die in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.It can be seen in the context of FIG. 12, the combustion chamber shaft consisting only of its outer wall 31 and the tube 34 , which are fastened together at three visible welding points, the middle third welding point not being shown in FIG. 11. The welding tool consists of an inner prismatic trough 44 counter holder 45 which is connected to a pole of a supply voltage source. The counter electrode 45 has a convex prismatic surface. The electrodes and counter electrodes of the other two welding points are formed analogously, all three welding points are welded at the same time, and the combustion chamber shaft is supported in a holder 46 , 47 . The circumstances are clearly visible from Fig. 13, so it can be seen that the tube 34 is inserted with its outer jacket 49 in the concave groove 44 of the counter electrode 45 and that the sheet 31 with its one outer wall 50 on the outer jacket of Pipe is placed. The electrode 46 then moves with its convex prismatic shape 48 against both components. Since stainless steel is electrically conductive, a current flows over both electrodes and over the components 31 and 34 , so that they weld together and result in a configuration which is shown in FIGS. 5 and 6.
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Publications (1)
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