DE2166650A1 - Punktschweissverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges PunktschWeißverfah-

Gegenwärtig wird bei verschiedenen Verfahren zum Formen von Metall im wesentlichen Energie in. Form von einer von außen aufgebrachten Kraft oder von Wärme angewendet. Ein Beispiel dafür ist das Formschmieden, bei dem eine äußere Kraft oder ein Aufschlag auf ein Metallwerkstück ausgeübt wird, das warm oder kalt sein kann, um es in die gewünschte Form zu bringen. Ein anderes Beispiel besteht darin, daß Metall bis zur Schmelze aufgeheizt und dann als Flüssigkeit in eine Gußform gegossen wird, wo es abkühlen kann. ·

Der Unterschied zwischen Kaltverformung und Warmverformung von Metall liegt in der Beziehung der Verarbeitungstemperatur zu der Rekristallisierungstemperatur des Metalls. Die

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Rekristallisierungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine markante Erweichung des gerade bearbeiteten Metalles auftritt. Die Kaltbearbeitung von Metall ist eine Verformung des Metalles bei einer Temperatur unterhalb des Rekristallisierungspunktes. Für das Kaltverformen wird mehr Leistung benötigt, da das Metall härter und weniger formbar als das Metall bei dem Warmverformen ist.

Beim Metallschmieden ist eine große Energie notwendig, um die Arbeit bei der Metallverformung zu leisten, wodurch große und unhandliche Maschinen notwendig werden. Dies gilt sowohl für das Kaltverformen von Metall als auch für das Warmverformen, obwohl beim Warmverformen von Metall weniger Kraft notwendig ist. Solche Maschinen sind beispielsweise Hochleistungspressen, hydraulische Pressen, Fallhämmer und Dampfhämmer.

Ein anderes Verfahren zur Metallverformung besteht in der Verwendung eines sich ausdehnenden Magnetfeldes (US-PS 2 976 907). Dabei wird ein magnetisches Feld, das von einer Wicklung aufgebaut wird, zur Erzeugung eines Druckes oder einer Kraft auf das Metallwerkstück verwendet, um dadurch das Werkstück in die gewünschte Form zu verformen.

Neuerdings haben Laboruntersuchungen gezeigt, daß Metalle verformtwerden können, wenn sie Spannungswellen unterworfen werden ("dynamische Plastizität mit großer Verformung bei einer Elastisch-Plastisch-Grenzflache" von J.F.BELL, J. Mech.Phys.Solids, 1968, Band 16, Seite 295). In diesem Bericht wird gezeigt, daß der Zustand der Plastizität in einem Metall durch eine Spannungswelle hergestellt werden kann, die durch Zusammenschlagen zweier gehärteter Metallstangen erzeugt wird.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, die eine elektromagnetische Abstoßung zweier magnetischer Felder und den dadurch erzeugten Schock verwendet, um ein Metallwerkstück in

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seiner Lage zu halten, während es durch andere Mittel verformt wird (US-PS 3 108 325; Fig.1). Diese Technik verwendet jedoch keine Spannungswelle, um das Metall plastisch zu machen, um auf diese Weise die Verformung zu erreichen.

Es ist bisher nicht möglich gewesen, metallische Gegenstände durch Verwendung einer durch das Metall, verlaufenden Spannungswelle zu verschweißen. Es gibt keine kommerziellen Verfahren, die dieses Konzept verwenden. Ferner gibt es keine kommerziellen oder wissenschaftlichen Verfahren, die elektromagnetische Kräfte verwenden, um eine Spannungswelle zu erzeugen, die ausreicht, um das Metall momentan plastisch zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Punktschweißverfahren unter Verwendung von Spannungswellen zu schaffen. Dazu kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die im wesentlichen aus einer Energiequelle, die mit einer Flachspule verbunden ist, einem scheibenförmigen Aluminium- oder Kupfertreiber neben der Spule, einem Verstärker oder einer Fokussiereinrichtung neben dem Aluminiumtreiber und einer Stoßdämpfervorrichtung auf der Rückseite der Spule besteht. Vorzugsweise ist eine Gegenmasse an einem Ende der Metallwerkstücke vorgesehen.

Der Ausgang der Energiequelle baut ein magnetisches Feld um die Spule auf. Dieses Magnetfeld induziert seinerseits einen Strom in dem Aluminium- oder Kupfertreiber. Der induzierte Strom baut ein magnetisches Feld um den Treiber auf. Die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder bewirkt, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, die dann durch die Fokussiereinrichtung in das Metallwerkstück überführt wird, um das Metallwerkstück momentan plastisch zu machen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, welche

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eine schematische Seitenansicht einer Punktschweißvorrichtung zeigt.

Ein einziges Werkstück kann mit geringen Änderungen dazu verwendet werden, verschiedene Punktschweißverfahren durchzuführen. Die notwendigen Änderungen können in einem Austausch der Energiequelle und/oder in verschieden großen oder geformten Verstärkern bestehen. Die Gemeinsamkeit bei jedem Bearbeitungsvorgang besteht darin, daß eine Spannungswelle auf die Metallobjekte übertragen wird, die die Energiedichte in dem Metall erhöht, um dadurch die Eigenschaften des Metalles zu transformieren und die Durchführung des Punkten Schweißens zu gestatten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Metallwerkstücke bei einer Temperatur unterhalb ihrer Rekristallisier ungs temperatur geschweißt. Die beiden Metallobjekte werden so angeordnet, daß die zu schweißenden Punkte auf jedem der Objekte miteinander in Kontakt stehen. Eine Spannungswelle wird durch eine elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder mit hoher Intensität erzeugt. Diese Spannungswelle wird auf eines der Metallobjekte fokussiert. Der Kontaktpunkt zwischen den beiden metallischen Objekten wirkt als Energiesenke, wo die auf das Metall durch die Spannungswelle

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dem Kontaktpunkt erzeugte Wärme ist groß genug, um die beiden Metallobjekte an dieser Stelle zu schmelzen und sie dadurch zusammenzuschweißen. Es hat sich bei dieser Schweißung als vorteilhaft erwiesen, eines der Metallwerkstücke zu erwärmen, so daß eine leichtere Durchführung der Schweißung möglich ist.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung weist im· wesentlichen eine Leistungsquelle 8, einen Spannungswellengenerator 6, eine Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung t6 für die Spannungswelle und eine Einrichtung 20 zum Reflektieren der durch das Werkstück 18 geschickten Spannungswelle auf.

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Die Leistungsquelle 8 weist eine Energiequelle 32 und eine Schaltereinrichtung 30 auf, die parallel zu einer Kondensatorbatterie 28 geschaltet sind, die ihrerseits durch eine Schaltereinrichtung 26 mit dem Spannungswellengenerator 6 verbunden ist. Der Generator 6 weist eine Flachspule 12 und einen Treiber 14 auf, die Seite an Seite angeordnet sind. Der Treiber 14 kann entweder aus Aluminium oder aus gehärtetem Kupfer sein. Die durch den Treiber 14 erzeugte Spannungswelle setzt sich durch die Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung 16 und einen Kopf 24 und daher an der Stelle 18 durch die zu schweißenden Werkstücke 1,2 fort. Das Werkstück 2 ist in vollem Kontakt mit der gehärteten Fläche 22 der Gegenmasse 20 zur Reflexion der Spannungswelle, die durch die Werkstücke übertragen wird. ■

Im Betrieb wird die Kondensatorbatterie 28 durch die Energiequelle 32 aufgeladen, wenn der Schalter 30 geschlossen ist. Nachdem die Kondensatorbatterie aufgeladen ist, wird der Schalter 30 geöffnet und die Schaltereinrichtung 26 geschlossen, so daß ein Stromimpuls hoher Amperezahl und kurzer Dauer durch die Flachspule 12 fließt, wobei die Dauer des Stromimpulses in der Größenordnung von Mikrosekunden liegt. Ein Magnetfeld hoher Intensität wird um die Spule 12 herum aufgebaut. Dieses Feld tritt in Wechselwirkung mit dem Treiber 14, der als sekundäre Wicklung mit einer Windung eines Transformators wirkt, wobei dadurch ein Strom induziert wird. Der durch den Treiber 14 fließende induzierte Strom baut ein Magnetfeld hoher Intensität um den Treiber 14 herum auf. Die elektromagnetische Abstoßung aufgrund der Wechselwirkung der beiden Magnetfelder hoher Intensität erzeugt eine Spannungswelle in dem Treiber 14, die durch den Verstärker 16 und den Kopf 24 und daher durch die Werkstücke geschickt wird.

Die oben beschriebene Vorrichtung wurde mit Erfolg zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke verwendet. Die Vorrichtung kann in einem Rahmen, fest angeordnet werden, wobei die Werkstücke zugeführt werden, oder sie kann als tragbare

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Einheit verwendet und von einem Benutzer gehalten werden. Der einzige bauliche Unterschied, der für die beiden Verwendungsarten benötigt wird, besteht darin, daß bei der tragbaren Vorrichtung ein Bolzen in die Mitte des Hauptteiles des Verstärkers 16 eingeschraubt wird und sich durch die Rückstoßvorrichtung oder den Stoßdämpfer 10 erstreckt und eine Mutter aufweist, um die Bauteile eng beiehander zu halten. Wenn die Vorrichtung in einem Rahmen angeordnet verwendet wird, erstreckt sich .ein Zapfen durch den Stoßdämpfer 10 und in den Verstärker 16, um die Bauteile zentriert zu halten.

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Claims (3)

P atentansprüche

1. Verfahren zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke aus ähnlichen Materialien, die miteinander in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, und daß die Spannungswelle an eines der Werkstücke angelegt wird, und daß die Intensität und Dauer der Spannungswelle gesteuertwird, wobei die Energiedichte an der Grenzfläche der Werkstücke genügend hoch ist, um die zum Zusammenschweißen der beiden Werkstücke notwendige Wärme zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenmasse vorgesehen wird, wodurch die metallischen Werkstücke zwischen der Gegenmasse und der Spannungswellen-Beaufschlagungseinrichtung gehalten werden.

3. Verfahren zum Punktschweißen zweier in Berührung stehende metallischer Werkstücke aus gleichartigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einer hohen Teilchengeschwindigkeit versehene Spannungswelle elektromagnetisch erzeugt wird, daß diese Spannungswelle zwecks Erhöhung von deren Stärke und Zeitdauer behandelt wird und daß die so behandelte Spannungswelle an eines der Werkstücke angelegt wird, wodurch die Energiedichte an der Berührungsfläche der Werkstücke ausreicht, um genügend zum Zusammenschweißen dienende Wärme zu erzeugen.

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