DE69513019T2 - Verfahren und vorrichtung zum schweissen von dünnen blechen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen von dünnen Blechen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von dünnen Blechen an den Rändern von kreisförmigen Löchern entsprechend dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2. Beim Verfahren der Erfindung wird kein Zusatzmetall verwendet, stattdessen wird die Verbindung geschweißt, indem die dünnen Bleche verschmolzen werden. Die Schweißvorrichtung für das Verfahren umfaßt eine Schweißmaschine, eine Schweißvorrichtung, einen rotierenden Schweißkopf und die notwendigen Einrichtungen für die Gaszufuhr und eine Antriebsquelle.
• Elektrische Schweißverfahren zum Verbinden dünner Bleche sind bekannt. Solche Methoden umfassen z. B. Punkt- und Buckelschweißen. In diesen Verfahren werden die Bleche aneinandergedrückt und ein Strom kann durch den Druckpunkt wandern, wodurch ein für die Verbindung hinreichendes Schmelzen des Metalls erreicht wird. Ein Nachteil des Punktschweißens besteht z. B. darin, daß die Verbindungen punktartig sind. Das bedeutet, daß z. B. wasserdichte oder gasdichte Nähte, die eine Vorbedingung für Druckgefäße oder ähnliche Strukturen wie z. B. Wärmetauscher sind, nicht hergestellt werden können. Die Verwen dung von Buckelschweißen zum Verbinden der Kanten von kreisförmigen Löchern erfordert eine aufwendige Ausrüstung. Darüberhinaus liefern die obigen Verfahren, soweit es um Druckgefäße geht, gewöhnlich nicht eine hinreichend gleichmäßige und widerstandsfähige Verbindung.
• Schweiß- und Lötverfahren, die verschiedene Zusatzmetalle, z. B. in der Form von Stangen oder Streifen, verwenden, sind beim Verbinden der Ränder von Löchern in dünnen Blechen verwendet worden. Selbst in diesen Fällen steigen die Kosten an Ausrüstung und Werkzeugen sehr schnell, so daß diese Verfahren nicht verwendet werden können, wenn kleine Serien hergestellt werden sollen. Die Qualität der Naht kann außerdem schlechter sein, wenn ein Zusatzmetall verwendet wird. Die Naht wird ungleich in der Dicke und ungleichförmig. Weiterhin können Probleme im Hinblick auf die Durchlässigkeit auftreten. Eine Verzerrung von dünnen Blechen in Verbindung mit dem Schweißen stellt ebenfalls ein Problem dar, das nur schwierig zu handhaben ist.
• Selbst mit modernen Verfahren hat sich das Verbinden dünner Bleche durch Schweißen in mehreren Fällen als ziemlich problematisch herausgestellt. Der Mangel an geeigneter Ausrüstung und Verfahren hat z. B. zum starken Gebrauch von mechanischen Verbindungseinrichtungen wie Schrauben, Nieten o. ä. zum Verbinden dünner Bleche geführt. Die Hauptprobleme beim Zusammenschweißen von dünnen Blechen sind Änderungen, die durch Wärmespannungen entstehen und die Formen der Strukturen verändern. Ein anderes Hauptproblem hat bisher darin bestanden, daß es bei dünnen Blechen schwierig ist, die Schmelze zu kontrollieren, was zu qualitativ schlechten und unbefriedigenden Nähten geführt hat. Eine exakte Wärmezuteilung ist in mehreren Schweißverfahren bisher auch problematisch gewesen. Eine falsche Wärmezuteilung führt zum möglichen Schmelzen und Durchbiegen von Metall und daher zu einer schlechteren Naht. In den verwendeten Verfahren ist die Eliminierung der erzeugten Hitze nicht ausreichend und es ist daher notwendig, z. B. die Stromstärke sehr stark zu begrenzen.
• Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung im Hinblick auf die oben genannten Probleme und Nachteile erzielt. Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind gekennzeichnet durch die beigefügten Ansprüche.
• Als Hauptvorzug des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung kann deren Anwendbarkeit auf ein Verbinden dünner Bleche an einem Loch unabhängig vom Material angesehen werden. Werden dünne Bleche nach dem Verfahren der Erfindung verbunden, verbleiben sie vollständig gerade und es treten keine durch Wärmespannung verursachten Änderungen auf. Die vom Verfahren und der Vorrichtung erzeugte Naht ist erstklassig und zur Verwendung z. B. in Druckgefäßen geeignet. Es ist ein weiterer Vorteil, daß beim Schweißen kein Zusatzmetall benötigt wird; eine angemessene Menge an Ausgangsmaterial wird geschmolzen, um sicherzustellen, daß die resultierende Naht hinreichend haltbar ist. Die Nähte der Erfindung biegen sich nicht durch, da eine übermäßige Wärme effizient aus dem Schweißbereich abgeleitet wird. Auf Grundlage des obigen ist die resultierende Schmelzzone so eng, daß Biegeprobleme nicht auftreten. Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung können leicht automatisiert werden und das Verfahren ist insbesondere zur Massenherstellung geeignet.
• Im folgenden wird die Erfindung in größerem Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt.
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Schweißmaschine.
• Fig. 2 ist eine Seitenansicht und eine teilweise Querschnittsansicht eines Schweißkopfes in der Ausgangsposition.
• Fig. 3 ist eine Seitenansicht und eine teilweise Querschnittsansicht eines Schweißkopfes in der Schweißposition.
• In Fig. 1 bezeichnet Ziffer 1 eine Schweißmaschine. Ein Bein der Schweißmaschine wird mit Ziffer 2 bezeichnet und eine darauf befindliche mobile Klemme mit Ziffer 3. Die Klemme ist mit einer Auflageplatte 4 verbunden. Ein Gelenkstück der Aufnahmeplatte ist mit Ziffer 5 bezeichnet und eine Verbindung mit Ziffer 6. Eine Schweißvorrichtung ist mit Ziffer 7 bezeichnet, und darauf befindliche Führungen mit den Ziffern 8 und 9. Ziffer 10 bezeichnet einen Schweißkopf und Ziffer 11 eine Kühlvorrichtung. Ein Anschlußstück für ankommendes Wasser für die Kühlvorrichtung 11 ist mit Ziffer 12 bezeichnet und ein Ausgabeanschlußstück mit Ziffer 13. Ziffer 14 bezeichnet eine Schutzgasleitung und Ziffer 15 eine vertikale Achse. Ein Schalter 16 und ein Elektromotor 17 drehen die vertikale Achse 15. Der Schweißkopf 10 wird angehoben und abgesenkt durch eine Einrichtung mit einem pneumatischen Zylinder 18, dessen Gelenkstück 19 über eine Stange 20 mit der Achse 15 und dem Schweißkopf 10 verbunden ist. In Fig. 2 und 3 bezeichnet Ziffer 21 einen mit der Kühlvorrichtung 11 verbundenen Verbindungsring. Der Schweißkopf 10 umfaßt eine Düse 22 mit einer Elektrode 22 in der Mitte, wobei die Anordnung der Elektrode durch eine Schraube 24 angepaßt wird. Ein Formteil 25 ist am unteren Abschnitt der Achse 15 befestigt und der Teil ist mit der Achse 15 mit einer Kugellagerung 26 verbunden. Ein rundes Loch 27 ist in die Vorrichtung 7 gefräst und die Führung 9 ist dort eingepaßt, so daß sie sich anhebt und absenkt bis auf die Vorrichtungsebene. Die Führung 9 umfaßt Federn 28, die sich in Löchern 29 befinden, um sie in der oberen Position zu halten. Die Führung 9 umfaßt eine Vertiefung 30 in der Mitte, wobei die Vertiefung die Größe des zylindrischen Elementes 25 hat. Das Element 25 versinkt in der Vertiefung und drückt gleichzeitig die Führung 9 auf die Höhe der Vorrichtung 7. Da der Zylinder 25 vertikal an der Achse 15 durch eine Klemme 31 feststellbar ist, kann er verwendet werden, um die vertikale Position für die Elektrode 23 des Schweißkopfes 10 anzupassen.
• Das Schweißverfahren nach der Erfindung wird in der folgenden Weise ausgeführt. Die Löcher in den zu verbindenden Blechen werden mit den Führungen 8 und 9 übereinander angeordnet. Die vertikale Position der Elektrode 23 des Schweißkopfes 10 wird entsprechend der Naht zwischen den Blechen 34 und 35 angepaßt. Das zylindrische Element 25, das die Elektrode 23 in Position bringt, wird mit der Klemme 31 ausgerichtet.
• Wenn die zu verbindenden Bleche 34 und 35 mit den Führungen 8 und 9 an den Löchern übereinander angeordnet worden sind, wird die Kühlvorrichtung 11 mit dem pneumatischen Zylinder 18 gegen die Vorrichtung 7 gedrückt. Der Schweißkopf 10 innerhalb der Kühlvorrichtung gleitet an seinen Platz und das zylindrische Element versinkt in der Vertiefung 30. Die vertikale Position der Elektrode 23 liegt zu dieser Zeit genau zwischen den Blechen 34 und 35. Danach wird der Elektrode 23 ein Strom zugeführt und die Achse 15 wird gedreht und gleichzeitig wird durch die Achse 15 über ihren Innenteil von der Leitung 14 ein Schutzgas zugeführt, was zu einem sauerstofffreien Zustand am Schweißpunkt führt, und die Naht kann hergestellt werden. An der unteren Fläche der Kühlvorrichtung 11 ist ein Kupferring angebracht. In gleicher Weise umfaßt die obere Fläche der Vorrichtung 7 einen Kupferring 32, und die zu verbindenden Bleche 34 und 35 befinden sich zwischen diesen Kühlringen 32 und 33, die eng aufeinandergepreßt werden. Die beim Schweißen erzeugte Wärme wird in die Kupferkühlringe 33 und 32 geleitet und von dort wird sie durch Leitungen in die Kühlvorrichtung 11 geleitet, wodurch ein Durchbiegen der in der Naht erzeugten Schmelze angemessen verhindert wird. Ist der Schweißkopf 10 um eine Umdrehung gedreht worden, kann er zusammen mit dem Kühlabschnitt angehoben werden und die Schweißnaht ist vollendet. Eine beim Schweißen erzeugte Wärmeableitung führt z. B. dazu, daß die geschweißten Stücke sofort handhabbar sind und die in ihnen verbleibende Wärme zu keinen Formänderungen führt.
• Es ist klar, daß das Verfahren der Erfindung zahlreiche Anwendungen eröffnet. Das Verfahren kann zum Verbinden verschiedener Materialien verwendet werden. Die beim Schweißen verwendeten Schutzgase können auch variieren. Die zum Umsetzen des Verfahrens nach der Erfindung verwendete Vorrichtung und ihre Mechanismen können auch stark variieren. Die Kühlvorrichtung 11 kann eine andere als die in dieser Anmeldung offenbarte physikalische Form haben. Die Form des Schweißkopfes kann ebenfalls modifiziert werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Schweißen von übereinanderliegenden dünnen Blechen (34, 35) an den Rändern von kreisförmigen Löchern ohne ein Zusatzmetall, indem die Naht mittels einer Elektrode (23) mit elektrischen Strom geschmolzen wird, indem eine Oxidation des Erschmolzenen durch ein Schutzgas oder ähnliches verhindert wird und indem der Schweißbereich mit Kupferauflagen (32, 33) gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Bleche (34, 35) mit Kupfer- oder entsprechenden ringförmigen Auflagen (32, 33), die um den Umfang der zu schweißenden Löcher herum angeordnet sind, zusammengepreßt werden, wobei die Auflagen durch Wärmebeanspruchung und Nachgeben des Schmelzmetalles verursachte Veränderungen verhindern und die durch das Schweißen erzeugte Wärme aus dem Schweißbereich ableiten.

2. Schweißvorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren zum Schweißen von übereinanderliegenden dünnen Blechen (34, 35) an den Rändern von kreisförmigen Löchern, umfassend eine Schweißvorrichtung (7), auf der die zu schweißenden Bleche positioniert werden können, sowie eine Schweißmaschine (1) mit einem rotierenden Schweißkopf (10), einer Gaseinrichtung und einer Antriebsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß um den Schweißkopf herum ein Doppelmantelzylinder mit einem Kupferring (33) angeordnet ist, der an dessen unterer Fläche befestigt ist, daß innerhalb des Doppelmantels des Kühlers ein Kühlmaterial, eine Flüssigkeit o. ä. zirkuliert, daß ein zweiter Kupferring (32) auf der oberen Oberfläche der Schweißvorrichtung angeordnet ist und daß der Kühler als eine Klemme zum Festklemmen des Umfangs eines kreisförmigen Loches zwischen dem ersten und zweiten Kupferring dient und durch einen Zylinder (18) o. ä. gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach Ansprüch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anordnen einer Elektrode (23) in der richtigen vertikalen Position in Bezug auf die zu verbindenden Bleche (34, 35) am unteren Ende einer Achse (15), die die Elektrode (23) dreht, ein mit der Klemme (31) vertikal anpaßbares rotierendes zylindrisches Element (25) befestigt ist, wobei das Lager des Elements am Boden und an den Wänden einer Vertiefung (39) in der Führung (9) auf dem Boden und den Wänden eines Loches (27) in der Vorrichtung (7) während des Schweißens lagert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (15) als Rotationselement für den Schweißkopf (10) und als Einlaßrohr für das Schutzgas dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Elektrode (23) von der Naht mit einer Schraube (24) angepaßt wird und daß eine Düse (22) in der Radiusrichtung angepaßt werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (9) so angeordnet ist, um innerhalb der Vorrichtung (7) während des Schweißens abzusinken und durch die Federn (28) in die Ausgangsposition anzusteigen.