DD154279A1

DD154279A1 - Verfahren zum schweissen unterschiedlicher werkstoffdicken

Info

Publication number: DD154279A1
Application number: DD22515080A
Authority: DD
Inventors: Heinz Kretzschmar; Udo Kroggel; Joerg Herrmann; Reinhard Schumann; Dieter Baumann
Original assignee: Heinz Kretzschmar; Udo Kroggel; Joerg Herrmann; Reinhard Schumann; Dieter Baumann
Priority date: 1980-11-13
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1982-03-10
Also published as: CH654498A5; DE3139648A1; SE8106706L; JPS57134278A; DK496881A

Abstract

Das Verfahren bezieht sich vorzugsweise auf das Schweissen von Hohlkoerpern mit Massivkoerpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen. Ziel ist, fehlerfreie Schweissenaehte mit einer genuegend grossen Nahtueberhoeung herzustellen. Dazu sind insbesondere beim Verbinden eines Messergriffes mit einer Messerklinge Mittel vorzuschlagen, welche die bei diesen Schweissverbindungen geforderten Qualitaetsmerkmale wie gleichmaessiger Nahtaufbau sowie Schweissnaehte gewaehrleisten, die frei von Poren, Schlackeneinschluessen, Binde- und Wurzelfehlern und Rissen sind. Es wird vorgeschlagen, zwischen die zu verbindenden Bauteile einen Waermeschutzschild derart einzubringen, dass die von einer Waermequelle zugefuehrte Energie in eine primaere und sekundaere Energie aufgeteilt wird. In einem ersten Umlauf der Bauteile erfolgt ein Vorwaermen mit teilweiser Zerschmelzung des hohlartigen Bauteiles mit d. Wearmeschutzschild. Anschliessend findet in zweiten Umlauf der Bauteile eine voellige Umschmelzung des Waermeschutzschildes statt, wobei unter Ausnutzung der Wirkung eines Polsters eine einwandfreie Nahtausbildung verursacht wird.

Description

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Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Werks to ff dicken

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen, insbesondere zum Verschweißen eines Liesserheftes mit einer Messerklinge, wobei eine gezielte Wärmeein- und -ableitung sowie ein automatisches Schweißen ermöglicht wird·

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Charakteristik der "bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, daß Bauteile mit einer unterschiedlichen Y/erkstoff dicke miteinander verschweißt werden, wobei der Bnergieeintrag vorwiegend in Bichtung des dickeren Querschnittes erfolgt, wodurch es zu einer unsymmetrischen Einbringung der Energie kommt·

Es ist auch bekannt, daß durch Verwendung von Badsicherungen das Schweißgut beim Schweißen unterschiedlicher Querschnitte im Vftirzelbereich gestützt werden kann, um ein Durchbrechen zu vermeiden· Diese Lösungen sind für das Schweißen von Stumpfstößen an Blechen oder Behältern größerer Durchmesser geeignet, bei welchen das Anbringen von Badsicherungen, wie Pulver, Keramik oder Blechstreifen möglich ist. Auch das Anbringen von Sicken an Böden oder Behälterzargen, die als Badsicherung dient, ist bekannt. Jedoch sind größere Toleranzen notwendig, um die Teile zusammenzupassen. Zurückbleibende Luftspalte werden beim Schweißen dickerer Querschnitte überbrückt. Beim Zusammenpassen kleinerer Bauteile mit verschiedenen Querschnitten ist eine vorhergehende maschinelle Bearbeitung erforderlich.

Bekannt ist auch, daß mit dem Preßschweißen, wie dem ¥Ü.derstandsschweißen, HBL-Schweißen oder Reibschweißen unterschiedliche Querschnitte,v/ie Profile auf. Grundplatten oder Bolzen •auf Bleche, miteinander geschweißt werden. Auch die Schmelzschweißverfahren, wie die Elektrodenhandschweißung oder Gasschweißung, sind bei geeigneter Vorbereitung und Handhabung für das Schweißen von unterschiedlichen Querschnitten einsetzbar· .

Es gibt auch Lösungen, bei welchen zwischen die zu schweißenden Bauteile Beilagen eingelegt werden, um das Ausfüllen von Naht-

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Querschnitten zu fördern und damit die Arbeitsproduktivität zu steigern. Außerdem wird mit solchen Lösungen beabsichtigt, durch Einbringung von Feinkornbildner die Kristallisation zu beeinträchtigen* Gleichzeitig wird durch Kontaktherstellung zwischen den zu schweißenden Bauteilen, indem Blechstreifen, Drahtkorn oder Drähte vor dem Schweißen zugeführt werden, der transversale Magnetfeldeinfluß reduziert. Weiterhin sind Zwischenstücke bekannt, die die zu schweißenden Bauteile fixieren und anschließend als Zusatzwerkstoff dienen. Damit ist es möglich, gleiche Querschnitte mit Zusammenbautoleranzen zu verschweißen.

Alle vorbeschriebenen Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, beim Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken einen gleichmäßigen Schmelzfluß beim Schweißen ohne Zusatzwerkstoff zu erzielen sowie genügend große Nahtüberhöhungen zu schaffen, um eine Nacharbeit wie Schleifen und Polieren zu ermöglichen.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung ist deshalb ein Verfahren zu schaffen, welches das Schweißen von Massenbauteilen mit unterschiedlichen Werkstoffdicken ermöglicht und in der Lage ist, fehlerfreie Schweißnähte mit einer genügend großen Nahtüberhöhung herzustellen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatisierten Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus

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gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen zu entwickeln, insbesondere zum Verbinden eines Messerheftes mit einer Messerklinge, wobei Mittel vorzuschlagen sind, welche die bei diesen Schweißverbindungen geforderten Qualitätsmerkmale wie gleichmäßiger Nahtaufbau und Schweißnähte gewährleisten, die frei von Poren, Schlackeneinschlüssen, Binde- und Wurzelfehlern und Bissen sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen die zu verbindenden Bauteile ein Wärmeschutzschild derart eingebracht wird, daß die von einer Wärmequelle zugeführte Energie in eine primäre und sekundäre Energie aufgeteilt wird und in einem ersten Umlauf der Bauteile ein Vorwärmen mit teilweiser Zerschmelzung des hohlartigen Bauteiles mit dem Wärmeschutzschild erfolgt, wonach anschließend im zweiten Umlauf der Bauteile eine völlige Umschmelzung des Wärmeschutzschildes stattfindet und unter Aasnutzung der Wirkung eines Polsters eine einwandfreie Nahtausbildung verursacht wird. Der VSärmeschutzschild wird durch die direkte Einwirkung der Energiequelle mit aufgeschmolzen, stellt jedoch gleichzeitig die Grenze zwischen primäisrund sekundärer Wärmeeinwirkung dar und bildet ein genügend großes Schmelzbad, um Toleranzen auszugleichen und Nahteinfälle oder ein Zurückschmelzen des dünnwandigen hohlen Bauteiles zu verhindern. Das Anschmelzen dieses Bauteiles übernimmt das Schmelzgut des umgeschmolzenen Wärmeschutzschildes durch Ausnutzung der Sekundärwärme, die im Schmelzbad vorhanden ist. Die Einbringung des Wärmeschutzschildes erfolgt mit dem •Massivkörper, der fixiert oder angepunktet wird· Nach einer anderen Ausgestaltung kann die Einbringung auch getrennt vor dem Spannen der Bauteile vorgenommen werden.

Die Dimensionierung des Wärmeschutzschildes hängt von der Wirkung der Wärmequelle, die in ihrer Wirkung nach der Schweißaufgabe bestimmt wird, ab. Der Wärmeschutzschild muß die Auf-

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teilung der Energie in primäre und sekundäre Energie gewährleisten, d. h. der Überstand des Wärmeschutzschildes über die Kant en der Bauteile wird durch die energie teilende Funktion und den Bedarf an Zusatzwerkstoff bestimmt. Seine Höhe beträgt h - 2 . s. Die lücke des Yförmeschutz Schildes ist gleich oder größer der Wanddicke s.

Das kontinuierliche Einbringen bzw· Verschmelzen von Zusatzwerkstoff in Schmelzbäder ist beim Schweißen unterschiedlicher Blechdicken dann von besonderer Bedeutung, wenn durch eine Änderung der Schweißrichtung am Bauteil die Strömung im Schmelzkrater erhöht wird oder die Möglichkeit einer Schmelzflußunterbrechung eintreten kann. Ein von außen in den Lichtbogen zugeführter dünner Zusatzwerkstoff läßt sich nicht solchen Bedingungen, wie unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit, anpassen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Darstellung der zu schweißenden Teile -

Messerklinge, Messergriff und ?förmeschutzschild

Fig. 2: Schweißnahtvorbereitung mit Temperaturfeldausbildung in primäre und sekundäre Energie beim 1. Bauteilumlauf

Fig. 3: Darstellung der unsymmetrischen Schmelzkraterausbildung durch ungleiche Wärmeführung bei 1. Bauteildurchlauf

Fig. 4: Nahtausbildung nach Ablauf des 1. Umdrehung - des Bauteils

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Fig. 5ί Temperaturfeldausbildung nach dem 2. Bauteildurchlauf.

Gemäß Fig· 1 handelt es sich "bei den "beiden Bauteilen 1; 3 um eine Messerklinge und ein Messerheft, die durch Schweißen miteinander verbunden werden sollen· Während des Spannvorganges der "beiden Bauteile 1j 3 wird zwischen diese der Y/ärmeschutzschild 2 eingelegt· Die Dimension des Y/ärme schutz Schildes 2 wird entsprechend der vorliegenden Schweißaufgäbe "bestimmt. Im vorliegenden Fall wird der überstand des Wärmeschutzschildes 2 mit h = 2 „ s "bemessen, damit die Teilung der Energie in primäre Energie 4 und sekundäre Energie 5 gemäß Fig. 2 gewährleistet wird. Die unterschiedliche Wärmeeinbringung nach Fig. 2, die neben der Wirkung des Wärmeschutzschildes 2 auch durch die Stellung der Energiequelle 6, im vorliegenden Beispiel einer unter Schutzgas nichtabschmelzenden Elektrode, erreicht wird, führt nach Fig. 3 zu einer unsymmetrischen Schmelzbadausbildung, wobei stellenweise der nicht verschmolzene Wärmeschutzschild 2 noch vorhanden ist.

Die Schweißnaht 8 nach Fig· 4 ist nach dem ersten Bauteildurchlauf durch die Energiequelle 6 unvollkommen ausgebildet· Sie zeigt neben dem nicht verschmolzenen Wärmeschutzschild 2 einen ungenügenden Einbrand und unbrauchbare Nahtübergänge· Die Wirkung des noch vorhandenen WärmeschutzSchildes 2.gemäß Fig. 2, die zur Ausbildung verschiedener Temperaturfelder führt und im Bauteil 3 nur sekundäre Energie 5 auftreten läßt, wird im zweiten Durchlauf des Bauteiles 3 durch die Energiequelle 6 aufgehoben· Jetzt übernimmt der umgeschmolzene Wärmeschutzschild 2 eine Polsterwirkung, wodurch eine Verminderung des Lichtbogendruckes erfolgt und damit ein Schmelzbaddurchbruch vermieden wird. Gleichzeitig hat der Wärmeschutz schild 2 als Aufgabe, zur Bildung einer einwandfreien Nahtausbildung 9 als Zusatzwerkstoff zu fungieren·

Durch die vollkommene Umschmelzung des Wärmeschutzschildes 2 im zweiten Umlauf der Bauteile 1} 3 bildet sich gemäß Fig. 5 der Schmelzkrater 10 fast symmetrisch aus und führt auch zur Angleichung der primären und sekundären Energie 4j 5 zu einem Temperaturfeld 11, welches nur durch die außermittige Stellung der Snereieauelle 6 in diesem Bereich ein Maximum zeigt·

Claims

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Erfindung sanspru c h

Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken, vorzugsweise zum Verbinden von Hohlkörpern mit Massivkörpern aus gleichartigen oder verschiedenartigen Werkstoffen, insbesondere zum automatisierten Schweißen von Messerheften mit Messerklingen unter einer gezielten Wärmeein- und -ableitung, gekennzeichnet dadurch , daß zwischen die zu verbindenden Bauteile (1 j 3) ein Wärmeschutzschild (2) derart eingebracht wird, daß die von einer Wärmequelle (6) zugeführte Energie in eine primäre und sekundäre Energie (4} 5) aufgeteilt wird und in einem ersten Umlauf der Bauteile (1 j 3) ein Vorwärmen mit teilweiser Zerschmelzung des Bauteiles (3) mit dem Wärmeschutz schild (2) erfolgt, wonach anschließend im zweiten Umlauf der Bauteile (1 j 3) eine völlige Umschmelzung des Wärmeschutzschildes (2) stattfindet und unter Ausnutzung der Wirkung eines Polsters eine einwandfreie Nahtausbildung verursacht wird.
2· Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch , daß ein Wärmeschutzschild (2) verwendet wird, der unter Berücksichtigung der Wärmequelle (6) einen überstand über die Kanten der Bauteile (1 j 3) besitzt, wobei die Höhe des Überstandes mit h = 2 « s bemessen wird.
3· Verfahren zum Schweißen unterschiedlicher Werkstoffdicken nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Wärmeschutzschildes (2), der aus einem gleich- oder verschiedenartigen Werkstoff besteht·

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4 Blatt Zeichnungen -