DE2432962A1 - Verfahren zum widerstands-verbindungsschweissen von mit ihren kantflaechen einander gegenueberstehenden metallblechraendern - Google Patents

Description

• Verfahren zum Tvriderstands-Verbindungsschweißen von mit ihren Kantflächen einander gegenüberstehenden Metaliblechrändern Die Erfindung betrifft ein auf dem Prinzip des Widerstandsschweißens beruhendes Verfahren zum Verschweißen von mit ihren Kantflächen einander gegenüberstehenden Netaliblechrändern.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, zum Schweißen von Rohren aus Bandstahl bestimmt und hier wieder insbesondere aus einem Bandstahl, der mindestens auf einer Seite mit einer Auflage, beispielsweise einer Aluminlumauflage, versehen ist.
• In modernen Rohrfertigungsanlagen werden die Rohre kontinuierlich aus endlosem Band gefertigt, wobei gleichzeitig eine Längsnaht konduktiv oder induktiv mittels Hochfrequenz bis zu 450 Kit7 geschweißt wird. In jedem Fall werden Schweißnähte hoher GUte erzielt. Diese Verfahren sind jedoch für relativ kurze Fertiglngslän ge aus wirtschaftlichen und technischen Grtinden wenig geeignet.
• Andererseits wird das Schweißen von kurzen Fertigungslängen für viele Anwendungszwecke, beispielsweise für die Herstellung von Schalldämpfer-Rohren oder auch von Rohren für den Apparatebau verlangt. Bei der Herstellung dieser kurzen Rohre wendet man in den meisten Fällen das Schmelzschweißverfahren mit und ohne Zusatzwerkstoff an, das unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Dieses letztere Verfahren hat vor allem bei dem Schweißen von beschichteten Werkstoffen, insbesondere Aluminiumbeschichteten Blechen erhebliche Nachteile. Verunreinigungen durch Oxide und Einschlüsse von Aluminium - welches in Verbindung mit Eisen zu spröder Mischkristallbildung führt - im Schmelzbad vermindern die Festigkeit, so daß eine spätere Verformung des Produktes nur in geringem Umfang möglich ist. Auch wird durch die Anwesenheit des Beschichtungswerkstoffs der Lichtbogen gestört und es kommt zu Lochbildungen in der Naht. Wendet man das Schmelzschweißverfahren mit Zusatzdraht an, so tritt eine Verdickung und Verbreiterung der Naht ein, die dann in vielen Fällen, z.B. aus passungstechnischen Gründen,mechanisch nachbearbeitet werden muß. Hinzu kommt, daß durch die hohe thermische Belastung im Nahtbereich die als Korrosionsschutz vorgesehene Beschichtung teilweise zerstört wird, so daß der Korrosionsschutz beseitigtwird und zur Wiederherstellung des Korrosionsschutzes Zusatzmaßnahmen angewandt werden müssen. Die Schweißgeschwindigkeit ist bei Anwendung des Schmelzschweißverfahrens gering. Die bei der Durchführung des Schmelzschweißverfahrens angewandten Schutzgase, wie Argon, Mischgas und andere sind sehr teuer.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen von mit ihren Kantflächen einander gegenüberstehenden Metaliblechrändern anzugeben, das auch bei kurzen Schweißlangen wirtschaftlich durchgeführt werden kann und das die Nachteile des bekannten Schmelzschweißverfahrens meidet.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß man zwischen den Kantflächen eine sich wenigstens über einen Teil der Blechstärke erstreckende V-förmige Fuge bildet, daß man in diese Fuge einen Schweißdraht einlegt, daß man an den Schweißdraht einerseits und an die fugenwurzelseitigen Blechseitenflächen andererseits Widerstandsschweißelektroden anlegt, wobei die Strçmübergangswiderstände an den Widerstandsschweißelektroden derart bemessen werden, daß der Spannungsabfall beim Widerstandsschweißen überwiegend zwischen dem Draht und der ihm anliegenden Widerstandsschweißelektrode und/oder dem Draht und den Kantflächen eintritt.
• Der Flächeninhalt des Drahtsquerschnitts wird dabei bevorzugt annähernd so bemessen, daß er dem Flächeninhalt des Fugenquerschnitts entspricht, so daß beim Schweißen die Fuge it wesentlichen vollständig mit dem Material des Sohweißdrahts gefüllt wird, ohne daß ein wesentlicher Überstand entsteht.
• Wenn man im wesentlichen koplanar liegende Blechränder miteinander verschweißen will, so kann man die V-förmige Fuge zwischen den Kantflächen dadurch gewinnen, daß man die Kantflächen unter einem von 900 verschiedenen Winkel gegen die Blechseitenfläche schneidet.
• Der Öffnungswinkel der V-förmigen Fuge kann beispielsweise 30 bis 600,vorzugsweise ca. 450 betragen, Wenn die V-förmige Fuge sich nicht über die ganze Materialstärke des Blechs erstreckt, so kann man sie auch als eine Y-förmige Fuge bezeichnen.
• Der in die V-förmige Fuge einzulegende Draht kann unterschiedliche Querschnittsformen besitzen. Gute Ergebnisse wurden mit einem Draht von kreisrundem Querschnitt erzielt.
• Neben dem kreisrunden Querschnitt kommen insbesondere alle diejenigen Querschnittsformen in Frage, die eine Linienberührung mit den Kantflächen ergeben. Die Variationsmöglichkeit der Querschnittsformen wird dabei noch größer, wenn man in Betracht zieht, daß die Flanken der V-Fuge nicht streng geradlinig sein müssen, sondern auch mehr oder minder stark gekrümmt sein können. Neben dem Schweißdraht von kreisrundem Querschnitt kommt jedenfalls einem Schweißdraht von dreieckigem Querschnitt und einem Schweißdraht von rautenförmigem Querschnitt noch praktische Bedeutung zu, wobei zur Sicherstellung der Linienberührung jeweils entweder die Flanken des Drahtquerschnitts oder die Flanlcen der V-Fuge konvex gekrümmt sein können. Ein Schweißdraht von rautenförmigem Querschnitt, beispielsweise quadratischem Querschnitt, bietet den Vorteil, daß die fugenferne Kante eine Linienberührung mit der drahtseitigen Widerstandsschweißelektrode gewährleistet.
• Wenn man einen Schweißdraht in eine V-förmige Fuge durch die Anpreßkraft der drahtseitigen Widerstandsschweißelektrode hineindrückt, so wollen die miteinander zu verschweißenden Blechränder auseinander weichen. Dies muß durch äußere Krafteinwirkung verhindert werden. Um sicherzustellen, daß die miteinander zu verschweißenden Blechränder eine gewünschte koplanare Lage oder eine gewünschte Winkellage relativ zueinander einnehmen, wird man sie an ihren fugenwurzelseitigen Seitenflächen auf einer Anlagefläche führen, wobei diese Anlagefläche gleichzeitig die eine Widerstandsschweißelektrode darstellen kann. Die an den fugenwurzelseitigen Seitenflächen der Bleche anzulegende Widerstandsschweißelektrode bzw.
• -elektroden wird man mit großer Anlagefläche an diesen Seitenflächen anliegen lassen, um hier möglichst geringen Übergangswiderstand zu haben, so daß einerseits die Erwärmung wie geamnscht zum größten Teil im Bereich der Fuge und des Schweißdrahtes eintritt und andererseits eine unerwünschte Erwärmung der fugenvurzelseitigen Seitenflächen vermieden wird.
• Beim Rohrschweißen kann man die Ränder auf einem dem entstehenden Querschnitt annähernd querschnittsgleichen, gleichzeitig als Elektrode dienenden Dorn führen.
• Bei der Einstellung des Abstands der die V-Fuge bildenden Kantflächen kann man darauf achten, daß neben der Berührung dieser Kantflächen mit dem Schweißdraht keine unmittelbare Berührung zwischen den Schweißflächen stattfindet; in vielen Fällen wird es allerdings unschädlich sein, auf die Einhaltung eines Abstands zwischen den Kantflächen zu achten, so daß man aus Gründen der verringerten Einstellgenauigkeit gerne darauf verzichten wird, einen Spalt zwischen den Kantflächen einzuhalten.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, Aluminium-beschichtete Stahlbänder mit Auflage stärken von 50/um und darüber zusammenzuschweißen, ohne daß eine Anlegierung an den Elektroden eintritt und deshalb eine häufige Nacharbeitung der Elektroden notwendig wird. Dies ist in hohem Maße überraschend, wenn man bedenkt, daß beispielsweise das Widerstandsschweißen überlappter Fläche, gleichgültig ob Punktschweißen oder Rollnahtschweißen, wegen des hohen Grades der Anlegiening sehr schwierig ist und ein ständiges Nachbearbeiten der Elektroden erforderlich macht.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann grundsätzlich zum Nahtschweissen auf Rollennahtschweißmaschinen, aber auch zum Steppschweißen auf Punkt- oder Steppschweißmaschinen angewandt werden; ein bevorzugter Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Schweißen von Blechen mit einer Blechstärke von 0,50 bis 25 mm.
• Auch hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als vorteilhaft erwiesen; im Vergleich zu dem herkömmlichen Lichtbogenschmelzschweißen von beschichteten Blechen, bei dem man über eine Schweißgeschwindigkeit von 0,5 bis 2 m/min kaum hinauskommt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Schweißgeschwindigkeit von 3 bis 5 mlmin gerechnet werden.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle Me#alle, insbesondere alle Bandstähle miteinander verschweißt werden, die dem Widerstandsschweißen oder -loten zugänglich sind.
• Für den Schweißdraht wird man in der Regel das gleiche Material verwenden, das man in dem zu verschweißenden Blech vorliegen hat. Im übrigen gilt für den Schweißdraht die gleiche Foderung wie für das Blech, daß er nämlich im Widerstandsverfahren verarbeitbar sein muß, was sich, soweit es nicht durch die jeweilige Spezifikation bereits festgelegt ist, durch einfache Vorversuche bestimmen läßt.
• Es spielt keine entscheidende Rolle, nach welchem Verfahren die Beschichtung bei den zu verschweißenden Blechen aufgebracht worden ist. Versuche mit Blechen, denen eine Beschichtung, und zwar insbesondere eine Aluminiumbeschichtung ein- oder beidseitig aufgewalzt worden ist, waren sehr erfolgreich.
• Die Beschichtung auf den zu verschweißenden Flächen wird bei richtiger Einstellung der Schweißparameter durch den erfindungsgemäßen Schweißvorgang nicht merklich beschädigt. Auf der fugenwurzelseitigen Blechseite bleibt eine praktisch ununterbrochene Beschichtung über die Schweißnaht hinweg erhalten.
• Auf der fugenöffnungsseitigen Blechseite kann die Beschichtung über die Schweißnaht hinweg ergänzt werden, z.B. bei Aluminiumbeschichtung durch das Pulverspritzverfahren oder durch Auftragen eines Aluminiumschutzlackes und bei anderen Beschichtungen durch entsprechende Verfahren.
• Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung. Es stellen dar: Fig. 1 einen Abschnitt eines Aluminium-plattierten Bandstahls mit abgeschrägten Kantflächen, Fig. 2 - 4 aus einem Bandstahl gemäß Fig. 1 gebogene Rohre unterschiedlicher Querschnittsformen, Fig. 5 und 5a verschiedene Ausbildungen der V-förmigen Fuge zwischen den zu verschweißenden Blechrändern, Fig. 5b verschiedene Querschnittsformen der beim erfindungsgemäßen Verfahren zu verarbeitenden Schweißdrähte, Fig. 6 eine Prinzipskizze einer Steppschweißanlage' zum Zusajmnenschweißen von zwei koplanar angeordneten Elechrändern, Fig. 7 eine prinzipskizze einer Rohrschweißanlage, Fig. 8 einen' Schnitt nach Linie 8-8 der Fig. 7 und Fig. 9 das Zusammenschweißen von ebenen Blechstreifen im Rollennahtverfahren.
• In der Fig. 1 ist ein beidseitig Aluminium-beschichteter Bandstahlabschnitt ganz allgemein mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einer mittleren Bandstahlschicht 12 und je einer Aluminiumbeschichtung 14, 16 auf beiden Seiten. Die Kantflächen des Bandstahlabschnitts sind mit 18 und 20 bezeichnet; sie sind gegen die Seitenflächen unter einem von 900 verschiedenen Winkel zugeschnitten.
• In den Figuren 2 bis 4 erkennt man den Bandstahlabschnitt 10 nach Verformen zu Rohren verschiedenen Querschnitts, wieder.
• In jedem Fall bildet sich eine V-förmige Fuge 22, in deren Bereich die Schweißnaht hergestellt wird. Fig. 5 läßt in vergrößerter Darstellung die Fuge 22 für den Fall der Rohrform gemäß Fig. 2 erkennen. Fig. 5a zeigt eine abgewandelte Fugenform, auch Y-Fuge genannt, wie sie dann entsteht, wenn die Kantflächen 18, 20 nur auf einem Teil der Materialstärke abgeschrägt sind.
• Zum Herstellen der Schweißnaht wird in die V- bzw. Y-förmige Fuge ein Schweißdraht über die ganze Länge der Schweißstrecke eingelegt, wie er in den Darstellungen der Fig. 5b erkennbar ist.
• In Fig. 6 ist das Verschweißen zweier koplanarer ebener Blechabschnitte 24 dargestellt. Die Blechabschnitte 24 definieren auch hier eine V-förmige Fuge 22, in die bereits ein Schweißdraht 26 eingelegt ist. Die Blechabschnitte 24 liegen mit ihren Seitenflächen 14 auf einer metallischen Widerstandsschweißelektrode 28 auf. Auf die aus der Fuge 22 herausragende Kuppe des Schweißdrahts 26 wirkt eine weitere Widerstandsschweißelektrode 30 ein. Di e Die Blechabschnitte 24 werden durch Andrückorgane 32 gegen die Elektrode 28 angedrückt und gleichzeitig in Richtung auf den Schweißdraht 26 gedrückt, so daß sie durch die Andruckkraft der Schweißelektrode 30 gegen den Schweißdraht 26 nicht auseinandergeschoben werden.
• Die Schweißelektroden 28 und 30 liegen an der Sekundärwicklung 34 eines Schweißtransformators 36. Der Transformator wird mit einem Wechselstrom von für Widerstandsschweißung üblicher Niederfrequenz, beispielsweise 50 Hz, gespeist.
• Die aus der Schweißelektrode 28, den Blechen 24, den Andrückorganen 32 und dem Schweißdraht 26 bestehende Einheit führt relativ zu der anderen Schweißelektrode 30 eine Vorschubbewegung senkrecht zur Zeichenebene aus, während gleichzeitig die Elektrode 30 im Takt der Steppschweißfolge auf- und abgeht.
• Natürlich ist es auch möglich, daß die Elektrode 30 sowohl die Vorschubbewegung relativ zu den dann stillstehenden übrigen Teilen übernimmt und gleichzeitig im Takt der Steppschweißfolge auf- und abgeht.
• Die Figuren 7 und 8 zeigen die apparative Durchführung des Schweißprozesses beim Rohrschweißen. Ein Rohr 38 von kreisrundem Querschnitt ist auf einen als Elektrode dienenden Dorn 40 aufgeschoben, der in zwei Lagerböcken 42, 44 eingespannt ist.
• Die Schweißfuge 22 mit dem Schweißdraht 26 liegen, wie aus Fig. 8 ersichtlich, oben. Seitlich greifen an dem Rohr 38 zwei Spannrollen 46, 48 an, die auch durch Spannbacken ersetzt werden können. Eine weitere Rolle 50 liegt an der Unterseite des Rohres 38 an und verhindert das Durchbiegen des Dornes 40 nach unten durch den Arbeitsdruck der Elektrode 51. Die Rolle 50 kann gleichzeitig als Vorschubrolle für die lineare Bewegung dienen, vorzugsweise wird das Rohr 38 von de mit den Lagerböcken 42, 44 zu einer Einheit verbundenem Dorn 40 selbst in Vorschubrichtung nach links bewegt, wobei vermittels eines Elektrodenrads 51 der Schweißdraht 26 in die Fuge22 eingelegt wird, in dem sich der Schweißdraht 26 von einer Vorratsspule 52 abwickelt. Einer der Lagerböcke 44 ist mit dem einen Pol einer Stromquelle verbunden, während das Elektrodenrad 51 mit dem anderen Pol dieser Stromquelle verbunden ist. Durch die Rollen 46, 48 werden die Kantflächen der zusammentretenden Ränder gegeneinander angedrückt, so daß sie durch den vermittels des Elektrodenrads 51 in die Fuge eingedrückten Schweißdraht 26 nicht auseinander geschoben werden können.
• In Fig. 9 erkennt man das Zusammenschweißen von zwei ebenen Blechabschnitten 24 im Rollennahtverfahren. Die Blechabschnitte sind hier auf ihrer Unterseite durch eine Elektrodenrolle 56 geführt und werden durch seitliche Führungsschienen 58 zusammengehalten. Der Schweißdraht wird durch eine Elektrodenrolle 60 in die Fuge 22 hineingerollt. Die Elektrodenrollen 56 und 60 sind mit einer Stromquelle verbunden.
• Zum Material des Schweißdrahtes ist noch nachzutragen, daß dieser aus Legierungen bestehen kann, welche derart korrosionsgeschützt sind, daß ein nachträglicher Korrosionsschutz im Bereich der Schweißnaht nicht erforderlich ist, auch nicht auf der Öffnungsseite des V-Querschnitts.

Claims (11)

patentansprüche

1. Auf dem Prinzip des Widerstandsschweißens beruhendes Verfahren zum Verschweißen von mit ihren Kantflächen einander gegenüberstehenden Metallblechrändern, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen den Kantflächen (18, 20) eine sich #;Tenigstens über einen Teil der Blechstärke erstreckende V-förmige Fuge (22) bildet, daß man in diese Fuge (22) einen Schweißdraht (26) einlegt und daß man an den Schweißdraht (26) einerseits und an die fugenwurzelseitigen Blechseitenflächen (14) andererseits Widerstandsschweißelektroden (28, 30) anlegt, wobei die Übergangswiderstände an den Widerstandsschweißelektroden (28, 30) derart bemessen werden, daß der Spannungsabfall beim Widerstandsschweißen überwiegend zwischen dem Schweißdraht (26) und der ihm anliegenden Widerstandsschweißelektrode (30) und/oder dem Schweißdraht (26) und den Kantflächen (18, 20) eintritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeickulet, daß man einen Schweißdraht (26) verwendet, dessen Querschnitt in seinem Flächeninhalt annähernd dem Flächeninhalt des Fugenquerschnitts entspricht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei im wesentlichen koplanar liegenden Blechrändern die V-förmige Fuge (22) dadurch gewinnt, daß man die Kantflächen (18, 20) unter einem von 900 verschiedenen Winkel gegen die Blechseitenflächen schneidet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die voneinander entfernt liegenden Ränder eines Blechbandes zu einem Rohr beliebigen Querschnitts verschweißt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schweißdraht (26) runden Querschnitts verwendet

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet 9 daß man einen Schweißdraht (26) von im wesentlichen dreieckigem Querschnitt verwendet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4s dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schweißdraht (26) von im wesentlichen rautenförmigem, vorzugsweise quadratischem, Querschnitt verwendet

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Blechränder an ihren fugenwurzelseitigen Seitenflächen (14) führt und gegen Auseinanderweichen infolge eines auf den Schweißdraht (26) einwirkenden Elektrodendrucks sichert

9. Verfahren nach Anspruch 89 dadurch gekennzeichnet, daß man die Ränder mit ihren fugenwurzelseitigen Seiten flächen (14) auf mindestens einer Widerstandsschweißelektrode (28) führt

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Rohrschweißen die Ränder auf einem dem entstehenden Rohrquerschnitt annähernd querschnitts gleichen, gleichzeitig als Elektrode dienenden Dorn führt.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Verschweißen der Ränder von mindestens einseitig plattierten Blechen, L e e r s Leerseite t e