DE3029004C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver­ fahren zum Lichtbogenpunktschweißen, bei dem die zu schweißenden Teile im Bereich der herzustellenden Schweißverbindung zusammengedrückt werden und danach mit Hilfe einer mittig durch eines der Zusam­ mendrückteile hindurch zugeführten abschmelzenden Elektrode bis zur Entstehung von Verstärkungen an den beiden Seiten derjeweiligen Punktschweißverbindung durchgeschweißt werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die genannte Technik ist aus der GB-PS 11 55 488 bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung sind die Zusammen­ drückteile in der Art einer Schraubzwinge ausgebildet, die mit einer gewöhnlichen Handschweißpistole kombi­ niert ist, um dem Bedienungsmann das Zusammendrük­ ken der Schweißteile von Hand zu ersparen und eine bessere Gleichmäßigkeit der Punktschweißverbindun­ gen zu erzielen. Eine Vorwärmung der Schweißstelle ist bei dem mit diesem Gerät verwirklichten Verfahren nicht vorgesehen und auch nicht möglich. Es ist be­ schränkt auf das Schweißen von Teilen verhältnismäßig geringer Dicke und ist insbesondere nicht geeignet zum Punktschweißen von Werkstücken mit Dicken von ca. 15 mm und mehr, z. B. Oberleitungsschienen, Überland­ leitungen, metallischen Tragkonstruktionen im Bauwe­ sen usw.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren zum Lichtbogenpunktschweißen und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben zu schaffen, mit denen auch bei dicken Schweißteilen eine intensive und tiefe Durchschweißung gelingt und somit Schweißverbindungen hoher Qualität erzielt werden. Auf diese Weise sollen Teile großer Dicke von 25 bis 45 mm und darüber hinaus geschweißt werden können, z. B. Baustahlkonstruktionen, Fachwerk-Stahlkonstruk­ tionen, Trägerelemente, Säulen, Rieseltürme, Stromfrei­ leitungsmasten, Treppen, Schutzgeländer usw. Die Erfindung soll Anwendung finden können im Schiffsbau, Maschinenbau, Kraftfahrzeugbau, Waggon­ bau, im landwirtschaftlichen Maschinenbau, beim Schweißen von Gitterkonstruktionen und Überlap­ pungsverbindungen, insbesondere von Rahmenkon­ struktionen, Gehäusen und anderem mehr, und zwar auch beim automatischen Schweißen.

Ausgehend von dem eingangs genannten bekannten Verfahren werden zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß nach dem Zusammendrücken und vor der Durchschweißung der zu schweißenden Teile diese einer Jouleschen Erwärmung ausgesetzt.

Das Vorwärmen der Schweißstelle bei der Durchfüh­ rung von Punktschweißungen ist an sich bekannt. Beim Lichtbogenpunktschweißen ist aus "Welding Journal" vom Juli 1964, S. 598 ff. bekannt, den Schweißstrom durch eine elektronische Schaltung so zu steuern, daß ein Lichtbogen mit minimalem Strom gezündet wird und auf diesem Wert oder auch auf verschiedene Weise ansteigend gehalten wird, bis die Schweißstelle vorge­ wärmt ist und zum Schweißstrom übergegangen wird, wobei dieser, nachdem die Schweißstelle vorgewärmt ist, auch niedriger liegen kann als der Vorwärmestrom.

Abgesehen davon, daß dieses Verfahren eine kompli­ zierte Steuereinrichtung für den Speisestrom voraus­ setzt, ist auch die genaue Anpassung und Einhaltung des Stromprogramms in Abhängigkeit von den Parametern der Schweißteile kritisch. Da die Vorwärmung kein un­ abhängig von dem eigentlichen Schweißvorgang ver­ laufender Schritt ist, sondern eigentlich ein Teil des Schweißvorgangs selbst, ist eine genaue Trennung der Vorwärmung von der Schweißung kaum möglich, und die Gefahr von Fehlsteuerungen und damit von qualita­ tiv unzureichenden Schweißverbindungen ist groß.

Hinzu kommt, daß auch dieses bekannte Verfahren, bei dem die Wärmeenergie durch den Lichtbogen in die Schweißteile eingetragen werden muß, nicht zum Punktschweißen von Teilen größerer Dicke geeignet wäre; tatsächlich dient es speziell zum Schweißen von dünnen Blechen.

Auch beim Widerstandsschweißen ist das Vorwär­ men von Werkstücken vor dem eigentlichen Schweiß­ vorgang bekannt, z. B. aus "Das elektrische Wider­ standsschweißen" von W. Brunst, Berlin/Göttingen/Hei­ delberg 1952. Auch hier geht es jedoch nur um eine bestimmte Steuerung des zeitlichen Verlaufs des Schweißstroms innerhalb eines einheitlichen Schweiß­ vorgangs, nämlich einem Widerstandsschweißen, wobei die Schweißstücke zwischen den den Schweißstrom ein­ leitenden Elektroden eingespannt bleiben, wenn auch die Zusammendrückkraft während der Bearbeitung ebenfalls nach einem bestimmten Programm geändert werden kann.

Dieses Widerstandsschweißverfahren erfordert einen großen apparativen Aufwand nicht nur zur erwähnten Steuerung des Schweißstroms und ggf. der Zusammen­ preßkraft, sondern auch wegen der während des eigent­ lichen Schweißvorgangs notwendigen hohen elektri­ schen Leistung für die Stromquelle, die mithin groß, schwer und aufwendig sein muß. Damit ist ein Einsatz schon unter fabrikmäßigen Bedingungen erschwert, und erst recht ist ein Einsatz vor Ort, z. B. an einer Montage­ stelle, unmöglich.

Im übrigen ist auch das Widerstandsschweißen zwi­ schen Elektroden nicht zur Punktverbindung zwischen Teilen größerer Dicke geeignet.

Schließlich ist aus US-PS 29 35 312 bekannt, daß vor einem Punktschweißen mit einer Schweißpistole ein Vorwärmen mittels Brenngas möglich ist, was allerdings im Vergleich mit einer Vorwärmung durch Einleitung elektrischer Energie einen ganz anderen Charakter hat und auch viel mehr Aufwand erfordert.

Somit sind bei Betrachtung der Vorwärmeverfahren mittels elektrischer Energie nur solche bekannt, bei de­ nen der Charakter des gesamten Bearbeitungsvorgangs einheitlich bleibt, also bei einem Lichtbogenschweißen mittels eines Lichtbogens vorgewärmt wird und bei ei­ nem Widerstandsschweißen durch Widerstandserhit­ zung vorgewärmt wird. Demgegenüber werden durch die vorliegende Erfindung zwei verschiedene Arten der Einleitung der elektrischen Energie kombiniert, nämlich die vorbereitende Joulesche Erwärmung durch Einlei­ tung eines durch Widerstandserhitzung wirksamen elektrischen Stroms und die Schweißung durch Zün­ dung des Lichtbogens zwischen Abschmelzelektrode und Werkstück.

Die Vorerhitzung der Schweißstelle auf eine be­ stimmte Temperatur erleichtert wesentlich den weite­ ren Schweißvorgang mit einem Lichtbogen, weil die ge­ samte Wärme des Schweißbogens für das Schmelzen des Metalls der zu schweißenden Teile in der Schweiß­ zone verfügbar ist. So wird es möglich, Teile zusammen­ zuschweißen, deren Dicke 15 mm übersteigt.

Schließlich verhindert die Vorerhitzung abrupte Temperaturänderungen im Moment der lokalen Licht­ bogen-Temperatureinwirkung auf die zu schweißenden Teile, was sich positiv auf die Struktur des Gefüges im Bereich der Nahtzone auswirkt.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann es zweck­ mäßig sein, wenn die zu verschweißenden Teile außer­ halb der zu erzeugenden Punktschweißung zusammen­ gedrückt und erwärmt werden. Dann wird sich die bei der Widerstandserwärmung entstandene Wärme in den zu schweißenden Teilen von der Peripherie der Punkt­ schweißverbindung zu ihrem Zentrum fortpflanzen, was besonders vorteilhaft beim Schweißen von Teilen ist, deren gemeinsame Dicke 30 mm nicht übersteigt.

Wenn dagegen in einer anderen Weiterbildung der Erfindung die zu verschweißenden Teile im Bereich der zu erzeugenden Punktschweißung zusammengedrückt und erwärmt werden, kommt es zu einer konzentrierten Erhitzung der Schweißstelle, und die vorgegebene Tem­ peratur an der Schweißstelle wird besonders schnell er­ reicht. Dies eröffnet die Möglichkeit, Teile einer be­ trächtlichen Dicke (30 bis 50 mm) zu verschweißen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn man nach der Durchschweißung und der Entstehung von Verstärkun­ gen an den beiden Seiten der Punktschweißverbindung die Schweißteile einer zusätzlichen Erhitzung auf eine Temperatur unterwirft, die das Auftreten bleibender Spannungen verhindert.

Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren dient eine Vorrichtung mit einem Paar einander gegen­ überliegender Zusammendrückteile, von denen wenig­ stens eines eine Zentralbohrung zur Führung einer ab­ schmelzenden Elektrode aufweist. Dabei sind erfin­ dungsgemäß die Zusammendrückteile Widerstands­ elektroden. Wenn dabei die Schweißteile außerhalb der zu erzeugenden Punktschweißung zusammenzudrük­ ken und zu erwärmen sind, weist mindestens eine der Widerstandselektroden die Zentralbohrung auf und bei­ de haben an den den Schweißteilen zugewandten Ober­ flächen konkave Ausnehmungen, deren Form der vor­ gesehenen Form der Verstärkungen an den beiden Sei­ ten der Punktschweißverbindung entspricht. Wenn da­ gegen die Schweißteile im Bereich der zu erzeugenden Punktschweißung zusammenzudrücken und zu erwär­ men sind, haben wiederum beide Widerstandselektro­ den an den den Schweißteilen zugewandten Oberflä­ chen konkave Ausnehmungen, deren Form der vorgese­ henen Form der Verstärkungen an den beiden Seiten der Punktschweißverbindung entspricht, und in beiden sind zentrale Ausnehmungen ausgeführt, in denen zu­ sätzliche Widerstandselektroden axialverschieblich un­ tergebracht sind, von denen mindestens eine mit der Zentralbohrung zur Führung der Abschmelzelektrode ausgeführt ist.

Durch diese Bauart der Vorrichtungen wird das Schweißen in einem schutzgasgefüllten geschlossenen Raum möglich, was ein stabiles Brennen des Schweiß­ lichtbogens begünstigt. Dabei befindet sich das Metall der zu schweißenden Teile an der Schweißstelle im pla­ stischen Zustand, was eine gute Qualität der jeweiligen Punktschweißverbindung gewährleistet. Die vollständi­ ge Durchschweißung des Metalls der Punktschweißver­ bindung führt zu einem effektiven Austragen von Gasen und Schlackeneinschlüssen an die Oberfläche, so daß die hergestellte Verbindung keine Poren, Lunker und Schlackeneinschlüsse aufweist.

Im Zusammenhang damit, daß an die zu schweißen­ den Teile während des gesamten Schweißvorgangs ein Druck angelegt wird, der eine dichte Berührung dersel­ ben sichert, wird ein Herausfließen des flüssigen Metalls der Punktschweißverbindung ausgeschlossen.

Durch die Entstehung von beidseitigen Verstärkun­ gen in Form der konkaven Ausnehmungen wird eine visuelle Kontrolle der Schweißverbindung leicht mög­ lich. Eine nicht einwandfreie Ausbildung der Verstär­ kungen weist auf eine möglicherweise fehlerhafte Schweißverbindung hin.

Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschrei­ bung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeich­ nungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens zum Lichtbogenpunktschweißen, bei dem der Druck an die zu schweißenden Teile außer­ halb der zu erzeugenden Punktschweißverbindung an­ gelegt wird, im Längsschnitt;

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens zum Lichtbogenpunktschweißen, bei dem der Druck an die zu schweißenden Teile im Bereich der zu erzeugenden Punktschweißverbindung angelegt wird, im Längsschnitt.

Das Verfahren zum Lichtbogenpunktschweißen mit Durchschweißen der zu schweißenden Teile mit Hilfe einer abschmelzenden Elektrode verläuft derart, daß man die zu schweißenden Teile vor der Heranführung der abschmelzenden Elektrode mittels Widerstands­ elektroden bis zur Herstellung eines Kontaktes zwi­ schen den zu schweißenden Teilen und diesen Wider­ standselektroden zusammendrückt, der es ermöglicht, einen elektrischen Strom durchfließen zu lassen. Da­ nach wird den Widerstandselektroden ein elektrischer Strom von einer Stromquelle zugeführt, der die Schweißteile auf dem kürzesten Weg in der Schweißzo­ ne durchfließt. Auf Grund des ohmschen Widerstands der zu schweißenden Teile erfahren diese in der Schweißzone eine Joulesche Erwärmung auf eine Tem­ peratur, die unter der Temperatur der Umkristallisation des Metalls der zu schweißenden Teile zu bleiben hat.

Dann wird der erhitzten Schweißstelle die abschmel­ zende Elektrode zugeführt, man zündet einen Lichtbo­ gen zwischen der abschmelzenden Elektrode und den zu schweißenden Teilen und läßt es zur Durchschweißung der zu schweißenden Teile in der Schweißzone kom­ men. Dabei entsteht eine Punktschweißverbindung.

Das Verfahren zum Lichtbogenpunktschweißen kann so durchgeführt werden, daß die zu schweißenden Teile außerhalb der herzustellenden Punktschweißverbin­ dung, nämlich längs einer Peripherie der vorgesehenen Schweißverbindung zusammengedrückt und erwärmt werden. Hierzu werden die zu schweißenden Teile le­ diglich durch den peripheren Teil der mit ihnen in Be­ rührung stehenden Oberfläche der Widerstandselektro­ den zusammengedrückt, während der zentrale Teil die­ ser Oberfläche mit den zu schweißenden Teilen nicht in Berührung kommt. Der elektrische Strom durchfließt dann die zu schweißenden Teile nur im peripheren Be­ reich der Oberfläche der Widerstandselektroden, und die entstehende Wärme pflanzt sich von der Peripherie zum Zentrum der Punktschweißverbindung fort. Diese Technik ist zweckmäßig, um Teile mit einer Dicke bis 30 mm zusammenzuschweißen.

Das Verfahren zum Lichtbogenpunktschweißen kann auch so durchgeführt werden, daß die zu schweißenden Teile im Bereich der zu erzeugenden Punktschweißver­ bindung zusammengedrückt und erwärmt werden. Hierzu werden die zu schweißenden Teile mittels zu­ sätzlicher Widerstandselektroden unmittelbar im Be­ reich der Punktschweißverbindung zusammengedrückt und durch elektrischen Strom einer Widerstandserwär­ mung unterworfen, die somit die Temperatur des Me­ talls der zu schweißenden Teile in der Schweißzone selbst auf die erforderliche Höhe bringt. Diese Technik ist zweckmäßig, um Teile mit einer Dicke von 30-50 mm zu schweißen.

Wenn Teile aus legiertem Stahl verschweißt wurden, wird nach der Herstellung der Punktschweißverbindung nochmals ein elektrischer Strom durchgelassen und die Erwärmung der Schweißstelle auf eine Temperatur durchgeführt, die das Auftreten bleibender Spannungen verhindert.

Zur Durchführung des Verfahrens in der ersten Vari­ ante dient die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einem Paar von Widerstandselektroden 1 und 2, die gegenüberlie­ gend angeordnet sind.

In der Widerstandselektrode 1 ist eine axial verlau­ fende zentrale Bohrung ausgeführt, in der eine Ab­ schmelzelektrode 3 mittels einer Vorschubeinrichtung 4 vorschiebbar ist. Zwischen der Widerstandselektrode 1 und der Abschmelzelektrode 3 befindet sich eine aus­ wechselbare Buchse 5 aus Isolierwerkstoff, deren Innen­ durchmesser dem Durchmesser der Abschmelzelektro­ de 3 entspricht. In der Widerstandselektrode 1 ist ein Kanal 6 für die Zuführung von Schutzgas vorgesehen. Die beiden Widerstandselektroden 1 und 2 weisen Kühlkanäle 7 auf.

Die Widerstandselektroden 1 und 2 haben je einen peripheren flachen Andrückteil 8 mit Oberflächen 9, die den zu schweißenden Teilen 10 zugekehrt sind und mit ihnen in Berührung kommen, sowie eine im Zentrum vorgesehene konkave Ausnehmung 11 mit einer Ober­ fläche 12, die der gewünschten Form der Verstärkung entspricht, die an der jeweiligen Seite der Schweißver­ bindung entstehen soll.

Die Abschmelzelektrode 3 wird von einer nicht ge­ zeigten Gleichstromquelle gespeist. Die Widerstands­ elektroden 1 und 2 sind mittels eines Schalters 14 an eine Stromquelle 13 anschaltbar.

Zur Durchführung des Verfahrens in der zweiten Va­ riante dient die Vorrichtung gemäß Fig. 2 mit einem Paar Widerstandselektroden 15 und 16, die gegenüber­ liegend angeordnet sind und je eine zentrale Ausneh­ mung aufweisen, in der sich zusätzliche innere bewegli­ che Widerstandselektroden 17 und 18 befinden, relativ zu denen die Widerstandselektroden 15 und 16 Außen­ elektroden sind.

Längs der Achse der zusätzlichen Widerstandselek­ trode 17 ist eine durchgehende Zentralbohrung vorge­ sehen, in der eine Abschmelzelektrode 19 mittels einer Vorschubeinrichtung 30 vorschiebbar ist. Zwischen der Abschmelzelektrode 19 und der inneren Widerstands­ elektrode 17 ist eine auswechselbare Isolierbuchse 20 angebracht, deren Innendurchmesser dem Durchmesser der Abschmelzelektrode 19 entspricht. In der Elektrode 15 sind Kanäle 21 zur Zuführung von Schutzgas in die Schweißzone ausgeführt. In den beiden Widerstands­ elektroden 15 und 16 sind außerdem Kühlkanäle 22 vor­ gesehen.

Die Außenwiderstandselektroden 15 und 16 weisen jeweils einen flachen Andrückteil 23 längs ihrer Peri­ pherie auf, der den zu schweißenden Teilen 24 mit Ober­ flächen 25 zugekehrt ist, sowie eine zentrale konkave Ausnehmung 26 mit einer Oberfläche 27, deren Form der gewünschten Form der Verstärkungen entspricht, die sich an den beiden Seiten der Punktschweißverbin­ dung ausbilden sollen.

Die Abschmelzelektrode 19 wird von einer nicht ge­ zeigten Gleichstromquelle gespeist, und die Wider­ standselektroden 15, 16, 17 und 18 sind mittels eines Schalters 29 an eine Stromspeisequelle 28 anschaltbar.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verläuft wie folgt:
Vor dem Schweißen werden die Teile 10 zwischen den Widerstandselektroden 1 und 2 untergebracht und mittels derselben zusammengedrückt, bis ein Kontakt zwischen den zu schweißenden Teilen 10 und diesen Widerstandselektroden 1 und 2 hergestellt wird. Dabei drücken die Widerstandselektroden 1 und 2 die zu schweißenden Teile 10 mit ihren flachen Andrückteilen 8 zusammen. Dann wird die Stromspeisequelle 13 durch Einschaltung des Schalters 14 angeschaltet und der elek­ trische Strom fließt auf dem kürzesten Weg durch die zu schweißenden Teile 10 im Bereich der Andrückteile 8 der Widerstandselektroden 1 und 2. Die entstehende Joulesche Wärme pflanzt sich von der Peripherie zum Zentrum der vorgesehenen Punktschweißverbindung fort. Die Temperatur der Vorerwärmung soll nicht die Temperatur des Beginns der Umkristallisation des Me­ talls der zu schweißenden Teile übersteigen.

Nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur der Vorerwärmung werden die Widerstandselektroden 1 und 2 mittels des Schalters 14 wieder von der Strom­ speisequelle 13 abgeschaltet. Der Schweißzone wird durch die Kanäle 6 ein Schutzgas zugeführt, und danach wird die Abschmelzelektrode 3 vorgeschoben, ein Lichtbogen gezündet und die Durchschweißung der zu schweißenden Teile 10 in dem durch die Widerstands­ elektroden 1 und 2 abgeschlossenen Raum durchge­ führt.

Den Lichtbogenprozeß führt man bis zur vollständi­ gen Durchschweißung der Teile mit dem Heraustreten des durchgeschweißten Metalls an die beiden Oberflä­ chen der zu schweißenden Teile 10, wonach man den Vorschub der Abschmelzelektrode 3 beendet. Mit dem Heraustreten des Lichtbogens an die Oberfläche erfolgt seine natürliche Unterbrechung. Es entsteht so eine Punktschweißverbindung mit Verstärkungen an beiden Seiten der zu schweißenden Teile.

Zur Abkühlung der Widerstandselektroden während des Schweißprozesses wird eine Kühlflüssigkeit durch den Kanal 6 durchgelassen.

Das Lichtbogenpunktschweißen mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verläuft folgenderweise: Vor dem Schweißen werden die Teile 24 zwischen den außenliegenden Widerstandselektroden 15 und 16 angeordnet und mit den zusätzlichen innenliegenden Widerstandselektroden 17 und 18 zusammengedrückt. Der Druck muß einen das Durchfließen eines elektri­ schen Stroms zwischen den Widerstandselektroden 17 und 18 und den zu schweißenden Werkstücken 24 aus­ reichenden Kontakt gewährleisten.

Dann werden die Widerstandselektroden 17 und 18 an die Stromspeisequelle 28 angeschaltet. Der elektri­ sche Strom fließt auf dem kürzesten Weg durch die zu schweißenden Teile 24 zwischen den Widerstandselek­ troden 17 und 18 im Bereich der herzustellenden Punkt­ schweißverbindung und erwärmt dadurch die Schweiß­ zone unmittelbar. Auch hier soll die Temperatur des Metalls der zu schweißenden Teile in der Schweißzone die Temperatur der Umkristallisation dieses Metalls nicht übersteigen.

Nach Erwärmung der zu schweißenden Teile 24 wird der elektrische Strom abgeschaltet, auf die Oberfläche der Teile 24 werden die außenliegenden Widerstands­ elektroden 15 und 16 abgesenkt und an sie wird ein Druck angelegt, der zum Andrücken der zu schweißen­ den Teile 24 ausreichend ist und einen dichten Kontakt derselben miteinander sicherstellt, durch den ein Aus­ fließen des Metalls zwischen diesen Teilen ausgeschlos­ sen wird.

Danach werden die zusätzlichen innenliegenden Wi­ derstandselektroden 17 und 18 hochgehoben. Der Schweißzone wird ein Schutzgas durch die Kanäle 21 zugeführt, wonach mit Hilfe der Vorschubeinrichtung 30 die Abschmelzelektrode 19 in die Schweißzone vor­ geschoben und ein Lichtbogen gezündet wird, der die Durchschweißung der zu schweißenden Teile 24 in dem durch Widerstandselektroden 15, 16, 17 und 18 abge­ schlossenen Raum bewirkt.

Den Lichtbogenprozeß führt man bis zur vollständi­ gen Durchschweißung der Teile 24 mit dem Heraustre­ ten des durchgeschweißten Metalls an die beiden Ober­ flächen 27 der zu schweißenden Teile durch, wonach der Vorschub der Abschmelzelektrode 19 beendet wird. Mit dem Heraustreten des Lichtbogens an die Oberfläche erfolgt seine natürliche Unterbrechung. Es entsteht so eine Punktschweißverbindung mit Verstärkungen an den beiden Seiten.

Zur Kühlung der Widerstandselektroden während des Schweißprozesses wird durch die Kanäle 22 eine Kühlflüssigkeit durchgelassen.

Das Schweißen von legierten Stählen kann mit beiden beschriebenen Vorrichtungen durchgeführt werden. Zum Schweißen von Teilen aus legierten Stählen mit einer Dicke bis 30 mm dient vorteilhaft die Vorrichtung gemäß Fig. 1. Zum Schweißen von Teilen mit einer Dik­ ke vorwiegend von 30 bis 50 mm dient zweckmäßiger­ weise die in Fig. 2 abgebildete Vorrichtung. Dabei wird nach der Ausbildung von Verstärkungen an den beiden Seiten der Schweißverbindung der elektrische Strom von den Stromspeisequellen 13 bzw. 28 nochmals einge­ schaltet, und die hergestellte Punktschweißverbindung wird einer Erwärmung auf eine Temperatur ausgesetzt, die das Auftreten bleibender Spannungen verhindert.

Nachstehend werden noch drei konkrete Anwen­ dungsfälle beschrieben.

Beispiel 1

Es werden zwei Teile von einer Dicke von 16 mm aus niedriggekohltem Stahl mit einem Gehalt an 0,17% C, 0,50% Mn und 0,20% Si mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verschweißt. Zuerst markiert man die Stelle der vorgesehenen Punktschweißverbindung. Dann positio­ niert man die Teile entsprechend zwischen den Wider­ standselektroden und fixiert sie dadurch, daß man die Widerstandselektroden mittels eines Druckluftzylinders mit einer Kraft von 600 kp zusammendrückt.

Danach schaltet man die Widerstandselektroden an ihre Stromquelle an und läßt einen Strom von I = 15 000 A fließen, bis eine Temperatur von T = 700°C erreicht ist. Danach werden die Widerstandselektroden von der Stromquelle abgeschaltet.

Danach leitet man Schutzgas (CO₂ + O₂) mit einem Durchsatz von 15 l/min ein und schiebt die Abschmel­ zelektrode des Durchmessers d=4 mm mit einer Ge­ schwindigkeit von 9 cm/s vor, wobei die sie speisende Gleichstromquelle bei einer Spannung von U=40 V einen Strom von I=1100 A liefert. Hierdurch wird ein Lichtbogen gezündet und das Metall der zu schweißen­ den Teile durchgeschweißt.

Nach 12 Sekunden seit dem Beginn der Erhitzung der Stelle der Schweißverbindung wird der Vorschub der Abschmelzelektrode beendet, wodurch der Lichtbogen auf die Oberfläche der hergestellten Punktschweißver­ bindung heraustritt und abreißt.

Danach werden die Widerstandselektroden mittels des Druckluftzylinders auseinanderbewegt. Die herge­ stellte Schweißverbindung mit Verstärkungen an den beiden Seiten derselben entspricht allen modernen An­ forderungen, die an Schweißerzeugnisse gestellt wer­ den. Ein Makroschliff eines Schnittes längs der Punkt­ schweißverbindung zeigte das Fehlen von Gasporen, Lunkern und Schlackeneinschlüssen sowie das Fehlen einer augenfälligen Grenze zwischen der Punkt­ schweißverbindung und dem übrigen Material. Der durchschnittliche Durchmesser der hergestellten Punkt­ schweißverbindung beträgt D=30 mm.

Mechanische Zugversuche einer hergestellten Punkt­ schweißverbindung zeigten eine Scherkraft an der Schnittfläche von P = 22,5 t.

Beispiel 2

Es werden zwei Teile einer Dicke von 22 mm aus niedriggekohltem Stahl mit einem Gehalt an 0,18% C, 0,52% Mn und 0,22% Si mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verschweißt. Man markiert zunächst die vorgese­ hene Stelle der Punktschweißverbindung und positio­ niert die Teile entsprechend zwischen den Widerstands­ elektroden. Dann fixiert man die zu schweißenden Teile mit den inneren Widerstandselektroden 17, 18, indem man diese mit Hilfe eines Druckluftzylinders mit einer Kraft von 1000 kp beaufschlagt.

Dann werden die Widerstandselektroden mit der Stromquelle 29 verbunden, und es wird ein Strom von I=15 000 A durchgelassen, bis eine Temperatur von T=900°C erreicht ist. Danach werden die inneren Wi­ derstandselektroden von der Stromquelle abgeschaltet.

jetzt senkt man die außenliegenden Widerstandselek­ troden 15, 16 ab und beaufschlagt sie mit Hilfe eines Druckluftzylinders mit einer Kraft von P=600 kp. Die inneren Widerstandselektroden werden hochgehoben.

Man leitet ein Schutzgas (CO₂ + O₂) mit einem Durchsatz von 20 l/min ein und schiebt die Abschmel­ zelektrode eines Durchmessers d=4 mm mit einer Ge­ schwindigkeit von 11 cm/s vor, wobei die Gleichstrom­ quelle I=1500 A bei U=45 V liefert.

Hierdurch wird ein Lichtbogen gezündet und die Durchschweißung des Metalls der zu schweißenden Tei­ le an der Stelle der Punktschweißverbindung durchge­ führt. In 20 Sekunden gerechnet ab Beginn der Erhit­ zung der Stelle der Punktschweißverbindung wird der Vorschub der Abschmelzelektrode beendet.

Nach Beendigung der Durchschweißung tritt der Lichtbogen auf die Oberfläche der hergestellten Punkt­ schweißverbindung heraus und reißt ab. Danach wird der Druck von den Widerstandselektroden abgenom­ men.

Es wird eine Punktschweißverbindung mit Verstär­ kungen an den beiden Seiten erhalten, welche allen der­ zeitigen Anforderungen genügt.

Der Makroschliff eines Schnittes der Punktschweiß­ verbindung zeigte das Fehlen von Gasporen, Lunkern und Schlackeneinschlüssen sowie das Fehlen einer au­ genfälligen Grenze zwischen der Punktschweißverbin­ dung und dem übrigen Material.

Der durchschnittliche Durchmesser der hergestellten Punktschweißverbindung beträgt D=38 mm.

Mechanische Zugversuche der hergestellten Punkt­ schweißverbindung ergaben eine Scherfestigkeit der Schweißstelle von P = 27,1 t.

Beispiel 3

Es werden zwei Teile einer Dicke von 14 mm aus kohlenstoffarmem Chrom-Silizium-Nickel-Kupfer- Stahl mit einem Gehalt an 0,15% C, 0,45% Mn, 0,50% Si, 0,75% Cr, 0,45% Ni, 0,30% Cu mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verschweißt. Die Teile werden zwischen den Widerstandselektroden positioniert, und der Schweißprozeß wird in der im Beispiel 1 beschriebenen Reihenfolge geführt.

Dabei werden die zu schweißenden Teile auf T=800°C erhitzt, und es wird ein Schutzgas mit einem Durchsatz von 18 l/min zugeführt. Die übrigen Parame­ ter der Prozeßführung werden beibehalten.

Nach der Herstellung der Punktschweißverbindung wird diese dadurch normalgeglüht, daß die Wider­ standselektroden wieder an die Stromquelle mit I=15 000 A angeschlossen wird und die Punkt­ schweißverbindung auf t=900°C erhitzt wird.

Danach werden die Widerstandselektroden von der Stromquelle abgeschaltet und der Druck von ihnen ab­ genommen.

Der gesamte Schweißprozeß vom Beginn der Durch­ schweißung dauerte 16 sek.

Der durchschnittliche Durchmesser der Punkt­ schweißverbindung ist gleich 26 mm. Die Scherfestig­ keit einer Punktschweißverbindung bei mechanischen Zugversuchen beträgt P = 32,3 t.

Der Makroschliff eines Schnittes der Punktschweiß­ verbindung zeigte das Fehlen von Härtungsstrukturen in der Nebennahtzone der Verbindung.

Claims (6)

1. Verfahren zum Lichtbogenpunktschweißen, bei dem die zu schweißenden Teile im Bereich der her­ zustellenden Schweißverbindung zusammenge­ drückt werden und danach mit Hilfe einer mittig durch eines der Zusammendrückteile hindurch zu­ geführten abschmelzenden Elektrode bis zur Ent­ stehung von Verstärkungen an den beiden Seiten der jeweiligen Punktschweißverbindung durchge­ schweißt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammendrücken und vor der Durch­ schweißung der zu schweißenden Teile diese einer Jouleschen Erwärmung ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu verschweißenden Teile (10) außerhalb der zu erzeugenden Punktschweißung zusammengedrückt und erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu verschweißenden Teile im Be­ reich der zu erzeugenden Punktschweißung zusam­ mengedrückt und erwärmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man nach der Durchschweißung und der Entstehung von Verstärkungen an den beiden Seiten der Punktschweißverbindung die ge­ schweißten Teile einer zusätzlichen Erwärmung bis auf eine das Auftreten bleibender Spannungen ver­ hindernde Temperatur unterwirft.

5. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfah­ ren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Paar einan­ der gegenüberliegender Zusammendrückteile, von denen wenigstens eines eine Zentralbohrung zur Führung einer abschmelzenden Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammendrück­ teile Widerstandselektroden (1, 2) sind, von denen mindestens eine die Zentralbohrung aufweist, und die an den den Schweißteilen (10) zugewandten Oberflächen (9) konkave Ausnehmungen (11) auf­ weisen, deren Form der vorgesehenen Form der Verstärkungen an den beiden Seiten der Punkt­ schweißverbindung entspricht.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einem Paar einander gegen­ überliegender Zusammendrückteile, von denen we­ nigstens eines eine Zentralbohrung zur Führung einer abschmelzenden Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammendrückteile Wi­ derstandselektroden (15 und 16) sind, die an den den Schweißteilen (24) zugewandten Oberflächen (25) konkave Ausnehmungen (26) aufweisen, deren Form der vorgesehenen Form der Verstärkungen an den beiden Seiten der Punktschweißverbindung entspricht, und die mit zentralen Ausnehmungen ausgeführt sind, in denen zusätzliche Widerstands­ elektroden (17, 18) axialverschieblich unterge­ bracht sind, von denen mindestens eine mit der Zentralbohrung ausgeführt ist.