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Dokumentenidentifikation DE3404649C2 08.06.1989
Titel Widerstands-Abbrennstumpfschweißverfahren
Anmelder Nippon Steel Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ichikawa, Masahi;
Saito, Toru;
Nishi, Takeshi, Sagamihara, Kanagawa, JP
Vertreter Vossius, V., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Tauchner, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Heunemann, D., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Rauh, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 09.02.1984
DE-Aktenzeichen 3404649
Offenlegungstag 16.08.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.06.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.06.1989
IPC-Hauptklasse B23K 11/04
Zusammenfassung Es wird eine Verbindung zwischen zwei Werkstücken aus Stahl hergestellt, die auf eine Temperatur To (°C) in der Nähe ihrer aneinander anstoßenden Flächen vorgewärmt wurden, indem sie zuerst einer Lichtbogenausbildung und dann einem Pressen ausgesetzt wurden. Wenn die maximale Lichtbogengeschwindigkeit V (mm/s) ist, wird ein Strom, dessen Dichte I (A/mm2) nicht weniger als 120 (1500-To)/1500 V ist, während des Pressens zum Schmelzen der aneinander anstoßenden Flächen angelegt. Mit einer mittleren Preßgeschwindigkeit von nicht weniger als 50 mm/s wird nur das geschmolzene Metall schnell von den aneinander anstoßenden Flächen weggedrückt. Dann wird der Preßstrom abgeschaltet, während man eine letzte Preßkraft von weniger als 5 kg/mm2 aufbringt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Widerstands-Abbrennstumpfschweißverfahren, und betrifft insbesondere ein Abbrennstumpfschweißverfahren für Stahlprodukte, das Schweißungen hoher Qualität liefert, deren Zähigkeit nicht soweit wie bei den bekannten Verfahren verschlechtert ist.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt das Widerstands-Abrennstumpfschweißen eine Vorwärmung (die manchmal entfallen kann), die Lichtbogenausbildung und das Stauchen, wobei diese Verfahrensschritte in der abgegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Bei der Lichtbogenausbildung werden die zwei Endflächen der zwei Werkstücke aus Metall, die miteinander verbunden werden sollen, in eine leichte Berührung miteinander gebracht. Indem man eine große Stommenge hindurchfließen läßt, wird an dem Berührungspunkt der aneinander anliegenden Flächen konzentriert Wärme erzeugt. Durch die Wirkung dieser Wärme schmilzt das Metall am Berührungspunkt und verspritzt. Durch weiteres Vorwärtsbewegen der Werkstücke, wie in Fig. 1 dargestellt, werden die gesamten Endflächen erwärmt, wobei sich das Schmelzen und Verspritzen wiederholt. Beim folgenden Pressen oder Stauchen wird die Auflageplatte schnell vorwärtsbewegt, damit die Endflächen in ihrer gesamten Zone fest aneinanderhaften, woraufhin man dann die Schweißung zur Ausbildung einer Verbindung eine bestimmte Dauer lang aushärten läßt bzw. verdreht.

Im allgemeinen weist die Schweißung an den aneinanderstoßenden Flächen und der wärmebeeinflußten Zone, die durch dieses Abbrennstumpfschweißverfahren erzielt wurde, keine gute Zähigkeit auf. Insbesondere weist die Schweißnaht kaum eine Kerbschlagzähigkeit auf, die der des Grundmetalls im Kerbschlagversuch entspricht. Da diese geringe Kerbschlagzähigkeit nicht auf den Wert des Grundmetalls durch irgendeine Wärmebehandlung angehoben werden kann, wurde lange Zeit nach einer Lösung dieses Problems gesucht. Obwohl dieser Verlust der Kerbzähigkeit und Zähigkeit verschiedenen Ursachen zugeschrieben wurde, konnte bis jetzt keine bestimmte Schlußfolgerung erzielt werden. Die Ursachen umfaßten soweit: 1. Beulen in einer oder beiden Endflächen, die zur Ausbildung des Lichtbogens miteinander in Berührung gebracht werden und dort bis nach Abschluß der Schweißung verbleiben; 2. geschmolzenes Metall und feine Einschlüsse darin aufgrund der Ausbildung des Lichtbogens, die während des folgenden Pressens nicht aus der Schweißung entfernt werden; und 3. ein Verwerfen der Metallströmung infolge der Stauchwirkung.

Gewöhnliche Abbrennstumpfschweißverfahren verwenden üblicherweise einen Strom von 30 bis 100 A/mm² als Stromdichte ausgedrückt für eine Zeitdauer von nicht länger als ungefähr 300 ms zum Stauchen und wenden einen Stauchdruck von etwa 50 bis 100 MPa oder einen höheren Druck an, bis eine geeignete Stauchung von etwa 3 bis 15 mm erreicht ist. Der angelegte Stauchstrom schmilzt einen Teil des Metalls an den Endflächen und erweicht das Grundmetall in der Nähe der auf hohe Temperaturen erwärmten Endflächen. Der aufgebrachte Druck bewirkt, daß die zwei aneinanderstoßenden Flächen, die mittels der aufgrund des Stauchstroms erzeugten Wärme erweicht sind, schnell aneinanderhaften. Es wird angenommen, daß ein Teil des geschmolzenen Metalls herausgequetscht wird, und Einschlüsse unter solchen Bedingungen in den Endflächen fein verteilt und verstreut werden. Das Zusammenbringen der Endflächen mit einer derartig großen Stauchkraft zur Aufhebung der Oberflächenunregelmäßigkeiten führt unabdingbar zu einer Störung des Metallflusses und zu einer Verschlechterung der Zähigkeit. Die Temperatur der aneinanderstoßenden Flächen nimmt schnell ab, da der Stromwert gering und die erweichte, wärmebeaufschlagte Zone herausgedrückt wird, um einen Metallfluß mittels der aufgebrachten Kraft auszubilden, der die Druckfestigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen überschreitet.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Stauchvorgangs in Fig. 1, wobei die Beziehung zwischen der Verschiebung der Auflageplatte nach dem Stauch-Beginn beim Abbrennstumpfschweißen über der Zeit, in der der Stauchstrom fließt, aufgetragen ist. Die Kurve A erhält man, wenn ein Stahl der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 unter den in Tabelle 2 aufgeführten Bedingungen verschweißt wird. Man sieht durch die Kurve A, die durch Verbinden der Punkte →→ erhalten wird, daß die Auflageplattengeschwindigkeit sich mit der Zeit während des Stauchens bei den üblichen Verfahren verlangsamt. Die Skizze (A) in Fig. 3 zeigt schematisch einen Querschnitt des sich ergebenden Metallflusses unter den gleichen Schweißbedingungen. Wenn die Preßkraft vermindert wird, um die Entwicklung des Metallflusses zu unterdrücken, werden die Endflächenunregelmäßigkeiten nicht vollständig plattgepreßt, mit dem Ergebnis, daß keine fehlerfreie Koaleszenz über den gesamten Nahtquerschnitt erzeugt wird, die Menge der Rückstandsoxide und anderer Einschlüsse zunimmt, und konsequenterweise, die ausgebildete Verbindung von nicht zufriedenstellender Qualität ist.

Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung der Probe (Gew.-%)


Schweißbedingungen Gesamte Abbrandlänge 15 mm Lichtbogenausbildungszeit 24 s maximale Abbrenngeschwindigkeit V 1,25 mm/s Stauchstromdichte (Effektivwert) 40 A/mm² Stauchdruck 75 MPa


Aufgabe der Erfindung ist ein Widerstands-Abbrennstumpfschweißverfahren zu schaffen, mit dem die oben beschriebenen Probleme gelöst werden können, man eine entscheidende Verbesserung der Zähigkeit erhält, und mit dem Schweißungen hoher Qualität erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst, d. h. durch ein Abbrennstumpfschweißverfahren, mit dem eine Verbindung zwischen Metallteilen ausgebildet wird, die vorgewärmt wurden bis zu einer Temperatur von To (°C) bevor die Lichtbogenausbildung beginnt, woraufhin dann der Lichtbogen ausgebildet wird und dann gestaucht. Wenn die maximale Abbrenngeschwindigkeit V (mm/s) ist, fließt ein Stauchstrom mit einer Stromdichte I (A/mm²), wobei I nicht geringer als



ist. Beim Schmelzen der aneinander anstoßenden Flächen der Metallteile wird die mittlere Stauchgeschwindigkeit bei 50 mm/s oder darüber gehalten. Das maximale Stauchen wird bei einem Druck von unter 50 MPa unmittelbar vor dem Abschalten des Stauchstroms durchgeführt. D. h., das Abbrennstumpfschweißverfahren gemäß der Erfindung wird durch ein Stauchen gekennzeichnet, das bei größeren Stauchströmen bei einer höheren Geschwindigkeit und mit einem geringeren Druck, verglichen mit gewöhnlichen Verfahren, durchgeführt wird.

Beim Stauchen gemäß der Erfindung werden die aneinanderstoßenden Flächen geschmolzen und das sich ergebende geschmolzene Metall wird fortlaufend und schnell ausgequetscht. Dies stellt sicher, daß man glatt aneinanderstoßende Flächen erhält, und Oxide und andere Einschlüsse ausgeschlossen werden. Nachdem der Stauchstrom abgeschaltet ist, verbleibt kein geschmolzenes Metall, das in der Schweißung aushärtet.

Da das Stauchen bei geringem Druck erfolgt, tritt keine Verdrehung des Metallflusses auf. Die sauberen und glatten aneinanderstoßenden Flächen stellen eine innige Berührung über die gesamte Zone der aneinanderstoßenden Flächen sicher, sogar wenn sie mit einem geringen Druck aneinandergebracht werden.

Hierdurch erhält man eine Schweißverbindung mit einem hohen Zähigkeitsgrad.

In der Zeichnung ist ein gewöhnliches Verfahren und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung eines gewöhnlichen Abbrennstumpfschweißverfahrens;

Fig. 2 die Beziehung zwischen der Stauchstromdauer und der Stauchverschiebung;

Fig. 3A und 3B vergrößerte Querschnitte der unter den unterschiedlichen Stauchbedingungen erzeugten Schweißungen, wobei (A) eine Schweißung zeigt, die unter den Bedingungen entsprechend eines gewöhnlichen Verfahrens und (B) eine Schweißung zeigt, die unter Bedingungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Wärmebehandlung der Schweißung und des Grundmetalls; und

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Kerbschlagzähigkeit des Grundmetalls und der Schweißung in einem gewöhnlichen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Bei dem Abbrennstumpfschweißverfahren gemäß der Erfindung wird gestaucht, wobei ein Stauchstrom hoher Stromdichte ein Schmelzen der gesamten Zone der aneinander anstoßenden Flächen bewirkt. Der hier verwendete Ausdruck "Stromdichte" bedeutet der pro Flächeneinheit der aneinander anstoßenden Flächen der Metallstücke, die miteinander verbunden werden sollen, durchfließende Strom. Die zum Stauchen benötigte Stromdichte beim Schmelzen der gesamten Zone der aneinander anstoßenden Flächen wird, wie es sein soll, durch den Temperaturgradienten in den zu verschweißenden Metallteilen unmittelbar vor oder gerade beim Beginn des Stauchens beeinflußt. Der Temperaturgradient unmittelbar vor dem Stauchen ist der, der in der Richtung senkrecht zu den aneinander anstoßenden Flächen vorhanden ist, der durch die verschiedensten Lichtbogen-Bedingungen beeinflußt wird. Es kann daher die gesamte Zone der aneinandergepreßten anstoßenden Flächen geschmolzen werden, indem man einen so hohen Strom fließen läßt, der ausreicht, um die Wärmediffusion infolge des Temperaturgradienten, der beim Beginn des Stauchens vorhanden ist, überwindet. Experimentell wurde bestimmt, daß die erforderliche Stromdichte, um die gesamte Zone der aneinander anstoßenden Flächen im geschmolzenen Zustand zu halten, in folgender Beziehung zur Vorwärmtemperatur To (°C) in der Nähe der Endflächen der zu verschweißenden Metallstücke, der maximalen Abbrenngeschwindigkeit V (mm/s) und der Auflageplattengeschwindigkeit bei der Lichtbogenausbildung unmittelbar vor dem Stauchen steht. Der hier verwendete Ausdruck "maximale Abbrenngeschwindigkeit" bedeutet den gesamten Materialverlust der zwei zu verschweißenden Metallstücke, der in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Lichtbogen unmittelbar vor dem Stauchen weggebrannt wird. Es ist nämlich bekannt geworden, daß die aneinander anstoßenden Flächen im geschmolzenen Zustand gehalten werden können, wenn ein Strom fließt dessen Stromdichte I gleich ist



(A/mm²). Die Stromdichte I ist ein wirksamer Wert. Die oben gezeigte Beziehung



zwischen der Stromdichte I (A/mm²), der Vorwärmtemperatur To (°C) in der Nähe der aneinander anstoßenden Flächen vor der Ausbildung des Lichtbogen und der maximalen Abbrenngeschwindigkeit V (mm/s) wurde in folgender Weise hergeleitet: Wie oben bereits erwähnt, kann die gesamte Zone der aneinander anstoßenden Flächen im geschmolzenen Zustand gehalten werden, wenn man eine Wärmemenge zuführt, die der Menge des Temperaturverlusts entspricht, den man von dem Wärmeverlust infolge des Temperaturgradienten, der bei Beginn des Stauchens vorhanden ist, entspricht.

Die Temperaturabnahmegeschwindigkeit ∂T/∂t (t =Zeit), wird ausgedrückt durch

T/∂tα-V (Tm-To) (1)

Wenn kein Stauchstrom fließt, ist die Geschwindigkeit des Temperaturverlusts aufgrund der Wärmediffusion unmittelbar nach dem Stauchen, wie er aus Gleichung (1) bestimmt wird, proportional der maximalen Lichtbogengeschwindigkeit und der Temperaturdifferenz (Tm-To) zwischen dem Schmelzpunkt des zu verschweißenden Materials und der tatsächlichen Temperatur des Grundmetalls.

Wenn der Stauchstrom durch die aneinander anstoßenden Flächen fließt, wird die Temperaturverlustgeschwindigkeit dann ausgedrückt als

T/∂t =k ∂²T/∂x ²+P/Cρ (2)

wobei x eine Koordinate in Richtung senkrecht zu den aneinander anstoßenden Flächen, k ein Koeffizient der Wärmediffusion, P die pro Zeit- und Volumeneinheit der Schweißung mit dem Stauchstrom zugeführte Wärmemenge, ρ die Dichte des zu verschweißenden Materials und c und die spezifische Wärme des gleichen Materials ist.

Es ist denkbar, daß die aneinanderstoßenden Flächen im geschmolzenen Zustand gehalten werden, wenn die gemäß Gleichung (1) bestimmte Geschwindigkeit der aufgrund des Temperaturverlusts induzierten Wärmediffusion gleich der Wärmemenge ist, die durch den Stauchstrom an den aneinanderstoßenden Flächen erzeugt wird, ist, d. h., =0. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich daher

P =I ²RαV(Tm-To) (3)

wobei I die Stromdichte des Stauchstroms und R der spezifische Widerstand an den aneinander anstoßenden Flächen ist.

Indem man R und Tm konstant hält und eine Proportionalitätskonstante A einführt, erhält man aus Gleichung (3) die folgende Gleichung:



Indem man einen ungefähren Wert von 1500 für Tm und einen experimentell gefundenen Wert von 120 für den Proportionalitätsfaktor A einsetzt, erhält man aus Gleichung (4):



Das bedeutet, daß die aneinanderstoßenden Flächen während des Stauchens im geschmolzenen Zustand gehalten werden können, indem man einen Strom zuführt, dessen Dichte I (A/mm²) nicht geringer als



ist. Die Temperatur, bei der die aneinanderstoßenden Flächen während des Stauchens gehalten werden müssen, braucht nicht höher als der Schmelzpunkt des zu verschmelzenden Stahls zu sein. Ein Aufwärmen auf einen Temperaturbereich, in dem die aneinanderstoßenden Flächen ausreichend flüssig werden, damit sie leicht durch Verschieben der Grundplatte beim Stauchen herausgedrückt werden können, ist ausreichend.

Wenn ein Strom, der die Stromdichteanforderung erfüllt, fließt, ändert sich die Geschwindigkeit, mit der das Metall schmilzt, mit der Stromdichte. Eine steigende Stromdichte bewirkt, daß das Metall schneller schmilzt. Durch Andrücken der Grundplatte mit einer Geschwindigkeit gleich oder höher als die Geschwindigkeit, mit der das Metall schmilzt, wird das geschmolzene Metall schnell herausgedrückt. Im allgemeinen ist die Vorschubgeschwindigkeit der Grundplatte während des Stauchens (d. h. die Stauchgeschwindigkeit) durch die Leistung der verwendeten Schweißmaschine begrenzt. Wenn daher die Stromdichte des fließenden Stroms so hoch ist, daß das Metall mit einer Geschwindigkeit schmilzt, die die maximale Stauchgeschwindigkeit der verwendeten Schweißmaschine übersteigt, kann das geschmolzene Metall der aneinander anstoßenden Flächen wegspritzen. Wenn die Stromdichte des fließenden Stroms außerordentlich hoch ist, können Werkstücke und Elektroden zusammenfressen oder andere Probleme auftreten. Nebenbei bemerkt, ist die Verwendung eines derartigen Stroms praktisch aufgrund der Notwendigkeit der Verwendung eines Energieversorgungssystems hoher Kapazität unerwünscht.

Während die aneinanderstoßenen Flächen schmelzen wird somit die Auflageplatte mit einer mittleren Stauchgeschwindigkeit von nicht weniger als 50 mm/s bewegt. Wird nur das geschmolzene Metall schnell herausgequetscht, wird das maximale Stauchen mit einem geringen Druck von weniger als 50 MPa unmittelbar nach Abschalten des Stauchstroms durchgeführt. Der hier verwendete Ausdruck "Stauchgeschwindigkeit" bedeutet das Verhältnis der Grundplattenverschiebung beim Stauchen ohne Stauchstrom zur Zeitdauer, bei der der Stauchstrom fließt.

Im wesentlichen wird die mittlere Stauchgeschwindigkeit durch die Trägheitsmasse des bewegten Teils einer Schweißmaschine begrenzt. Innerhalb der nicht begrenzten Grenzen führt eine Anhebung der Stauchstromdichte zu einer gesteigerten mittleren Stauchgeschwindigkeit. Dies führt zu dem vorteilhaften Ergebnis, daß die für die Erzeugung einer gegebenen Stauchverlustmenge, oder mit anderen Worten, das Abführen einer bestimmten Menge geschmolzenen Metalls, das Rückstandsoxide und andere Einschlüsse beinhaltet, verkürzt wird.

Bei einem Stromdurchgang mit dieser Stromdichte werden die aneinander anstoßenden Flächen fortlaufend mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 mm/s oder mehr geschmolzen. Entsprechend muß gemäß dem Verfahren das geschmolzene Metall abgeführt werden, wobei die Verformung des Grundmetalls bei einem Minimum gehalten wird. Wenn die Grundplatte mit einer mittleren Stauchgeschwindigkeit von weniger als 50 mm/s bewegt wird, kann das geschmolzene Metall wegspritzen oder in der Schweißung aushärten, nachdem der Stauchstrom abgeschaltet wurde. Es ist bekannt, daß das verflüssigte Metall die Qualität der Schweißung verschlechtert, insbesondere eine verschlechternde Wirkung auf die Zähigkeit ausübt.

Durch ein derartiges fortlaufendes Abführen des geschmolzenen Metalls in den aneinander anstoßenden Flächen werden Oberflächenunregelmäßigkeiten, Oxide und andere Einschlüsse, die während der Lichtbogenausbildung erzeugt werden, ausgeschlossen, so daß die aneinanderstoßenden Flächen sauber und glatt werden. Dann wird der Stauchstrom abgeschaltet, wobei die aneinanderstoßenden Flächen mit einer Kraft von weniger 50 MPa gegeneinander gepreßt werden. Die aufgebrachte Kraft muß unter 50 MPa liegen, da die Verzerrung der Metallströmung auftritt, wenn die Kraft die Druckfestigkeit des zu verschweißenden Stahls bei hohen Temperaturen übersteigt. Wenn die Kraft nicht weniger als 50 MPa beträgt, führt dies zu einer Verzerrung der Metallströmung, wie dies in Fig. 3A dargestellt wird, was zu einer Verschlechterung der Zähigkeit führt. Da die aneinander anstoßenden Flächen durch das Abführen des geschmolzenen Metalls sauber und glatt sind, wird ein inniger Kontakt zwischen den aneinander anstoßenden Flächen erreicht, sogar, wenn die zwei Werkstücke mit einem niedrigen Druck von bis zu 5 MPa gegeneinander gepreßt werden.

Die aneinanderstoßenden Flächen werden durch Schmelzen des Metalls gesäubert, indem ein Strom mit einer hohen Stromdichte hindurchgeht und man das Stauchen bei hoher Geschwindigkeit durchführt, wobei die zwei Flächen mit einem geringen Druck gegeneinandergebracht werden, so daß keine Störung des Metallflusses auftritt. Die Zeitdauer, in der der Stauchstrom fließt, hängt von der Breite der aneinander anstoßenden Flächen ab, die durch Abführen des geschmolzenen Metalls gesäubert werden müssen. Experimentell wurde nachgewiesen, daß man das gewünschte Ziel durch Abführen einer geschmolzenen Metallmenge erreicht, die 2 mm Länge jeder der aneinander anstoßenden Flächen oder insgesamt 4 mm beider aneinander anstoßenden Flächen entspricht. D. h, daß man eine zufriedenstellende Schweißung erhält, wenn man einen Stauchstromdurchgang für eine Zeitdauer von ungefähr 80 ms aufrechterhält, wobei eine Schweißmaschine verwendet wird, die eine Stauchgeschwindigkeit von etwa 50 mm/s hat.

Fig. 3B zeigt im vergrößerten Querschnitt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Schweißung. Man sieht, daß die erhaltene Schweißung fest, fehlerfrei und im wesentlichen frei von Metallfluß ist. Eine derartig zufriedenstellende Schweißung kann man mit den im folgenden beschriebenen Mitteln erreichen.

Eines der in Betracht zu ziehenden Verfahren ist die Verwendung einer Schweißmaschine, die das Stauchen bei einer mittleren Stauchgeschwindigkeit von nicht weniger als 50 mm/s durchführt, wobei ein konstanter Stauchdruck von weniger als 50 MPa aufgebracht wird. Allgemein nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Grundplatte zu, wenn die Stauchkraft zunimmt. Wenn die Trägheitsmasse und die Reibkraft des bewegbaren Teils der Schweißmaschine klein genug ist, ist es möglich, daß man eine mittlere Stauchgeschwindigkeit von nicht weniger als 50 mm/s erreicht. Bei einem anderen Verfahren bewegt sich die Grundplatte während des Stauchens unter Verwendung eines Nockens, Servomechanismus oder anderen ähnlichen Einrichtungen mit einer Geschwindigkeit, die der Geschwindigkeit gleich ist, mit der das Metall an den aneinander anstoßenden Flächen schmilzt. Gerade, wenn der Stauchstrom abgeschaltet ist, wird ein maximaler Stauchdruck von weniger als 50 MPa aufgebracht. Das Abbrennstumpfschweißverfahren gemäß der Erfindung kann unter Verwendung dieser Einrichtungen durchgeführt werden.

Im folgenden soll die mittels des Abbrennstumpfschweißverfahrens gemäß der Erfindung erzielte Wirkung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel im einzelnen erläutert werden. Es wurde der gleiche wie in Tabelle 1 gezeigte Stahl einem Abbrennstumpfschweißverfahren ohne Vorheizen oder einer anderen Behandlung unter den in Tabelle 3 gegebenen Bedingungen unterzogen. Die maximale Abbrenngeschwindigkeit V betrug 1,25 mm/s und die Temperatur To betrug 20°C. Da die aus der Gleichung



erhaltene Stromdichte 133 A/mm² betrug, wurde die Stromdichte des zugeführten Stroms auf 150 A/mm² eingestellt. Die Frequenz der verwendeten Schweißenergieversorgung betrug 50 Hz.

Schweißbedingungen Gesamte Abbrandlänge 15 mm Lichtbogenausbildungszeit 24 s maximale Abbrenngeschwindigkeit 1,25 mm/s Stauchstromdichte 150 A/mm² Stauchdruck 30 MPa


Bei der verwendeten Schweißmaschine wurde ein konstanter Druck pneumatisch aufgebracht. Die Kurve B in Fig. 2 zeigt die Verschiebung der Grundplatte während des Stauchens.

Man sieht, daß die Stellung der Grundplatte sich mit der Zeit ändert, wie dies an den Punkten bis aufgezeichnet ist. Die Verschiebung zwischen den Punkten und war gering, da die Bewegungsgeschwindigkeit der Grundplatte nicht die Geschwindigkeit erreichte, bei der die aneinanderstoßenden Flächen schmolzen, da die Stauchkraft oder Beschleunigung der Grundplatte festgelegt war. Im Verlauf der Zeit stieg die Bewegungsgeschwindigkeit der Grundplatte auf ein Maß an, daß das geschmolzene Metall vollständig am Punkt abgegeben wurde, wodurch die festen Teile der zwei Metallstücke miteinander in Berührung kamen. Da der Stauchdruck nur 30 MPa betrug, konnte die Grundplatte nicht weiter vorbewegt werden und kam im wesentlichen zum Stillstand, wie dies durch die Punkte , und dargestellt ist. der Stauchstrom wurde an jedem der Punkte bis zur Durchführung eines Kerbschlagversuchs abgeschaltet. Die mittlere Stauchgeschwindigkeit an jedem Punkt betrug 70 mm/s.

Schließlich zeigt Fig. 5 ein Beispiel eines Kerbschlagversuchs, der nach der in Fig. 4 dargestellten Wärmebehandlung am Grundmetall durchgeführt wurde, wobei die Schweißung unter gewöhnlichen in Tabelle 2 gezeigten Schweißbedingungen und unter Schweißbedingungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wurde. Wie man sieht, erreichte die Schweißung mit dem gewöhnlichen Schweißverfahren eine geringere Kerbschlagenergie vEt, wohingegen die Übergangstemperatur vTrs eine beträchtliche Verschiebung in Richtung der Hochtemperaturseite verglichen mit dem Grundmetall erreichte, obwohl die gleiche Wärmebehandlung bei beiden durchgeführt wurde. Die Schweißung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigte eine bemerkenswerte Verbesserung hinsichtlich der vEt- und vTrs-Werte, die sich nahe an die des Grundmetalls annäherten.

Mit dem beschriebenen Abbrennstumpfschweißverfahren erhält man qualitativ hochwertige, saubere Schweißungen bei allenfalls geringer Zähigkeitsverschlechterung.


Anspruch[de]
  1. Widerstands-Abbrennstumpfschweißverfahren zum Verbinden zweier Stahlteile, wobei ein Lichtbogen ausgebildet wird und anschließend die beiden Werkstücke zum Stauchen aneinander gepreßt werden, dadurch gekennzeichnet,
    1. a) daß die Stromdichte I (A/mm²) in den aneinanderstoßenden Flächen der Werkstücke mindestens



      beträgt, wobei To die Temperatur in °C ist, auf die der in der Nähe der aneinanderstoßenden Teile liegende Teil vor der Lichtbogenausbildung vorgewärmt wurde, und V (mm/s) die maximale Abbrenngeschwindigkeit ist,
    2. b) daß das Stauchen bei einer mittleren Geschwindigkeit von mindestens 50 mm/s erfolgt und
    3. c) daß der maximale Stauchdruck bei abgeschaltetem Stauchstrom weniger als 50 MPa beträgt.






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