DE2014189B2 - Verfahren zum anschweissen eines bilzens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen eines Bolzens an ein Werkstück mittels eines um den Bolzen herum und gegen das Werkstück gelegten Schutzringes.

Es ist in der Schweißtechnik bekannt, wenn ein Bolzen an ein Werkstück anzuscheißen ist, zunächst um den Bolzen einen Schutzring zu legen. Dieser Schutzring hat die Aufgabe, einen magnetischen Kreis zu schaffen, der einen kaminartigen oder quellenartigen Verlauf für die magnetischen Kraftlinien mit sich bringt und dadurch den eigentlichen Schweißbogen nach außen zieht und somit eine gleichmäßige Schweißung rund um die äußeren Kanten des zu verschweißenden Elements bewirkt. Der elektrische Strom, der die Schweißung bewirkt, fließt bei diesen bekannten Verfahren von einem geerdeten Generator ausgehend über das Schweißgerät, den Bolzen und das Werkstück, das ebenfalls geerdet ist, zum Generator zurück. Dabei verteilt sich aber der elektrische Strom trotz der magnetischen Kraftlinie nicht kreisförmig um die Schweißstelle, sondern fließt einseitig, je mach der Anordnung der Erdverbindung an dem Werkstück, auf dem kürzesten Weg zurück. Dadurch ist stets die Gleichmäßigkeit der Schweißung beeinträchtigt.

Es ist weiterhin für das Anschweißen von Bolzen, zumal solchen mit einem Durchmesser von mehr als 6 mm, an Werkstücke auch noch bekannt, einmalig verwendbare Elektrodenschutzringe aus Keramik zu benutzen, um so die Schweißstelle gegen Umwelteinflüsse abzuschirmen und die verwendete Energie ausschließlich dem Schweißvorgang zuzuführen.

Dieses Verfahren ist wegen des nach der einmaligen Benutzung verbrauchten und auszuwechselnden Schutzringes und der sich dadurch ergebenden Notwendigkeit, große Mengen solcher Ringe zu lagern, zu unwirtsc'haftlich. Außerdem kann infolge des sich durch die Handhabung der Schutzringe bedingten Zeitaufwandes das Verfahren nicht in hinreichend wirtschaftlichem Maße eingesetzt werden. Der aus Keramik bestehende Schutzring wird, nachdem das Schweißgerät vom angeschweißten Bolzen abgezogen ist, aus seiner Halterung im Schweißgerät entfernt, da er durch die Schweißtemperatur in der Regel stark beschädigt wird und auch beim Abziehen vom Stift oft noch zusätzlich zu Schaden kommt, so daß er für ein weiteres Schweißen unbrauchbar ist. Außerdem mußte der Ring meistens zerbrochen werden, um den angeschweißten Bolzen freizugeben.

Wenn dieses Verfahren mit keramischen Schutzringen es auch ermöglichte, Umwelteinflüsse von der eigentlichen Schweißstelle abzuschirmen und die Schweißtemperatur auf die Schweißstelle zu konzentrieren, so beseitigte es genausowenig wie das zuerst geschilderte Verfahren die durch den Fluß des elektrischen Schweißstromes selbst auftretenden Unebenheiten in der Schweißstelle.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anschweißen eines Bolzens an ein Werkstück zu schaffen, bei dem auch durch den Fluß des elektrischen Schweißstromes verursachte Unebenheiten in der Schweißstelle vermieden werden. Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß der Schweißvorgang an sich wesentlich verbessert werden kann, indem der Elektronenfluß während des Schweißens durch den zu verschweißenden Bolzen selbst hin- und durch einen elektrisch leitenden Schutzring zurückfließt, so daß ein Elektronenfluß entsteht, der das beim Schweißen schmelzende Metall so beeinflußt, daß dieses sich ringförmig um die Grundfläche des Bolzens herum verteilt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Ende des Bolzens nahe an das Werkstück gelegt wird, daß der Schutzring während des Schweißvorganges elektrischen Strom führt, wobei der elektrische Kontakt zwischen Bolzen und Schutzring nur über das Werkstück hergestellt wird, daß zum Erzeugen eines Lichtbogens ein Strom an den Bolzen gelegt wird, so daß ein den Bolzen, das Werkstück und den Schutzring umfassender Stromkreis geschlossen wird, indem der Strom durch den Bolzen in eine und durch den Schutzring in die andere Richtung fließt und daß der Bolzen gegen das Werkstück gebracht wird.

Auf diese Weise ist es gemäß der Erfindung erreichbar, eine vollkommen gleichmäßige Verteilung

ao des geschmolzenen Materials zu erreichen, da der Schweißstrom über den um den Bolzen herumgelegten Schutzring vollkommen gleichmäßig zurückfließen kann und außerdem auch noch der Schutzring die Schweißstelle gegen äußere Einflüsse abschirmt.

Mit besonderem Vorteil kann im Rahmen der Erfindung der Schutzring kegelstumpfförmig ausgebildet und in der kleinen Stirnfläche können die Mantelfläche mit der Bohrung verbindende Durchlässe vorgesehen sein. Auf diese Weise kann ein besseres Arbeiten ermöglicht werden, indem zwischen dem Schweißende des Stiftes und der Innenwand des Schutzringes ein Abschluß mit bestimmtem Spielraum gebildet wird.

Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung der Schutzring in seiner Bohrung mit einer Manschette aus dielektrischem Material versehen sein.

Zur Durchführung der Erfindung kann ein Schweißbolzen verwendet werden, der aus einem Schaft von gleichmäßigem Durchmesser und einem in den Schaft übergehenden Schweißkopf besteht, wobei der Schweißkopf von einem Wulst umgeben ist, dessen Durchmesser größer ist als der des Schaftes und geringer als der der Bohrung des Schutzringes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schutzringes in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 einen Seitenaufriß des in F i g. 1 gezeigten Schutzringes,

F i g. 3 bis 7 Seitenaufrisse weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schutzringes,

F i g. 8 eine Draufsicht auf den in F i g. 7 gezeigten Schutzring,

F i g. 9 den erfindungsgemäßen Schweißbolzen in

einem im Längsschnitt dargestellten Mündungsstück einer Schweißpistole in Anlage gegen ein Werkstück, F i g. 10 eine Ansicht ähnlich der in F i g. 9, jedoch mit zurückgezogenem Schweißstift,

Fig. 11 eine den Fig.9 und 10 ähnliche Schicht mit vom Werkstück abgehobenen Schutzring,

Fig. 12 ist ein Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig.9.

Der in F i g. 1 und 2 dargestellte Schutzring 1 hat einen kegelstumpfförmigen Körper 2 aus elektrisch leitendem Material, wie z. B. Graphit. Eine achsrechte Bohrung 4 verläuft durch den Körper und

dient zur Aufnahme eines anzuschweißenden Bolzens, so daß ein Ende desselben von dem Ring eingeschlossen wird. In seiner kleineren Stirnfläche 6 weist der Körper 2 im Querschnitt V-förmige Kerben auf, aus denen beim Schweißen entstehendes Gas entweichen kann.

Die in F i g. 3 bis 6 dargestellten weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schutzringes sind mit einer Manschette 12 aus Isolierstoff, wie z.B. Bornitrid versehen. Die Manschette 12 kann entweder in den Schutzring eingefaßt sein oder sie kann gegen eine Schulter in der Bohrung 4 anliegen oder als Überzug in der Bohrung 4 des Schutzringes vorgesehen sein. Zur Aufnahme der Manschette 12 kann der Schutzring mit einer Ringnut 16 versehen sein. Die Manschette 12 dient dazu, falls ein Schweißbolzen schief in dem Schutzring steckt, einen elektrischen Kurzschluß zwischen Bolzen und Ring zu vermeiden. Der in F i g. 5 gezeigte Ring 12 ist scheibenförmig. Soweit die Manschette 12 aus dem Ring herausnehmbar ist, kann sie ohne weiteres wiederverwendet werden, nachdem der Ring verbraucht ist. Unter Umständen mag es vorteilhaft sein, die Manschette nicht im Ring, sondern in der Haltevorrichtung der Schweißpistole unterzubringen. Wiederverwendbare Isoliermanschetten sind aus Sparsamkeitsgründen vorteihaft: Isolierstoffe, die gegen die beim Schweißen auftretenden hohen Temperaturen unempfindlich sind, sind nämlich sehr teuer.

Wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, kann die Mantelfläche des Schutzringes ganz oder teilweise mit einem Metallüberzug 14, z. B. aus Stahl, versehen sein. Ein anderes geeignetes Überzugsmaterial ist eine Legierung aus Beryllium und Kupfer. Der Überzug 14 verbessert die dem Ringe eigene elektrische Leitfähigkeit und erhöht dessen Schlagfestigkeit. Metallüberzogene Schutzringe brauchen selbst nicht elektrisch leitfähig zu sein, solange der Überzug leitend ist. Überzogene Ringe sind insbesondere in Handschweißpistolen von großem Nutzen, da diese bezuglieh der Schweißbolzen gewöhnlich nicht so genau ausgerichtet werden können wie an Ständern befestigte Pistolen. Außerdem werden Handpistolen in der Regel schonungsloser gehandhabt als an Ständern befestigte, so daß die überzogenen Ringe haltbarer sind.

Die in F i g. 7 und 8 gezeigten Schutzringe sind den in F i g. 1 und 2 gezeigten Ringen ähnlich, nur weisen sie an Stelle der dort gezeigten V-förmigen Kerben 8 gerundete Durchlässe 18 auf.

Ein in F i g. 9 gezeigter Schweißbolzen 11 hat einen Schaft 13 mit einem koaxialen Schweißkopf 15. Der Schaft 13 kann entweder glatt sein oder mit einem Gewinde oder mit Riefeln versehen sein. Sein Durchmesser D richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck. Der Kopf 15 ist zylindrisch und kürzer als der Schaft 13. Die Mantelfläche des Kopfes 15 wird von einem radial und axial gleichförmigen Wulst 17 umgeben. Der Kopfteil 15 hat zu beiden Seiten des Wulstes 17 glatte Oberflächen 20, 22, deren Durchmesser E geringer ist als der Durchmesser B des Wulstes 17. Der Durchmesser des Wulstes 17 ist um etwa 0,4 mm bis etwa 0,6 mm größer als der Durchmesser D des Schaftes 13. Die Schultern des Wulstes 17 stehen spitzwinklig von den Flächen 20 und 22 ab und ermöglichen es, den Bolzen in der Mündung einer Schweißpistole im wesentlichen ohne Reibung zu verschieben, so daß folglich auch der Elektrodenschutzring geringerer Abnutzung ausgesetzt ist.

Die gewölbte Stirnfläche 24 des Kopfes 15 ist an sich nicht neu; sie kann z. B. auch konisch mit einem spitzen Winkel von etwa 150° ausgebildet sein und gegebenenfalls eine Fluxspitze 26 aufweisen.

Im Mündungsstück der nicht voll gezeigten Lichtbogenschweißpistole befindet sich ein Spannfutter 28 zum Halten des Schweißstiftes (Fig. 9 und 10) in koaxialer Lage. Außerdem ist an der Pistole eine Halterung für den Schutzring vorgesehen. Die Halterung besteht aus einem außen mit einem Gewinde versehenen geflanschten Kragen 30, der dazu dient, in den unbeschriebenen halbpermanenten Schutzring 1 in der Pistole bezüglich des Schweißstiftes 11 teleskopartig zu lagern. Auf das Kragengewinde ist eine Mutter 34 geschraubt, die eine konische Innenwand hat, deren Neigung der der Mantelfläche des Schutzringes entspricht. Die Mutter 30 hält den Schutzring 1 nicht nur unter axialem Druck gegen den Kragen 30, sondern sie übt auch einen zentripetalen Druck auf den Ring aus, wodurch dessen Festigkeit wesentlich erhöht wird. Durch die stärkere Festigkeit erhöht sich die Lebensdauer des Ringes nicht unerheblich. Um zu verhindern, daß zwischen dem Bolzen 11 und dem elektrisch leitenden Schutzring ein Kurzschluß gebildet wird, ist der Ring mit einer Isoliermanschette 12 versehen, wobei diese hier von einem Klemmring 38 zwischen dem Kragen 30 und dem inneren Ende des Schutzringes gesichert wird. Da der Schutzring 1 aus Graphit oder einem ähnlich brüchigen Material besteht, ist an der Mutter 34 außen ein Schutzmantel 40 befestigt, der sich gegen die Oberfläche des Werkstücke S legen kann. Der Mantel 40 ist mit einem Vorsprung 42 versehen, der in eine Ringnut in der Mutter 34 einfaßt, so daß der Mantel bis zu einem gewissen Grade verschoben werden kann. Darüber hinaus legt sich ein Klemmring 44 gegen den Mantel 40, um diesen auf der Mutter zu halten. Am Vorderende des Mantels liegen Vorsprünge 46, deren Zwischenräume mit den Kerben 8 bzw. 18 in der Stirnfläche des Schutzringes abfluchten.

Der Schutzring 1 braucht nicht selbst elektrisch leitend zu sein; auch braucht in ihm keine Isoliermanschette 12 vorhanden zu sein, solange der Ring nicht die Schweißstelle berührt. Aus diesem Grunde ist es besonders wichtig, daß die Oberfläche 19 des Wulstes 17 am Kopf 15 so ausgelegt ist, daß, obgleich der Durchmesser B des Wulstes kleiner ist als die lichte Weite der Bohrung 4 im Schutzring 1, die Schweißstelle fast völlig eingeschlossen ist. Auf die Weise wird nicht nur Wärme zwischen dem Wulst 17 und dem Ring 1 erhalten, sondern es wird auch vermieden, daß Tröpfchen geschmolzenen Metalls von der Schweißstelle abspringen. Gleichzeitig wird die Schweißstelle immer von einer bestimmten Luftmenge umgeben. Wie F i g. 10 anzeigt, bleibt dieser nahezu völlige Verschluß zwischen dem Wulst 17 und dem Schutzkragen 1 selbst bei zum Zünden des Lichtbogens zurückgezogenem Bolzen bestehen. Das Spiel zwischen dem Wulst 17 und der Bohrung 4 soll weniger als etwa 0,1 mm, nicht mehr als etwa 0,5 mm betragen.

Wenn das geschmolzene Ende des Schweißbolzens 11 in das gleichfalls geschmolzene Material des Werkstückes S getaucht wird, bleibt der Verschluß zwischen dem Wulst 17 und der Bohrung 4 des Schutzringes 1 aufrechterhalten. Wenn die Schweiß-

stelle W (Fig. 11) fertig und der Schweißstrom abgeschaltet ist, kann die Schweißpistole vom Schweißstift abgezogen werden, ohne daß der Schutzkragen beschädigt wird, wobei der mit Gewinde versehene Schaft 13 von der Manschette 12 abliegt, so daß diese nicht beschädigt werden kann. Die Pistole ist dann für den nächsten Schweißvorgang fertig.

Zwar ist der beschriebene Schweißbolzen 11 in der Herstellung wegen seiner besonderen Form etwas teurer als gewöhnliche Schweißbolzen, jedoch wird bei Verwendung dieser Bolzen infolge der nicht mehr bestehenden Notwendigkeit, nach jedem Schweißen den Schutzring auszuwechseln, das Schweißen insgesamt verbilligt. Insbesondere ergeben sich aus der Erfindung die folgenden Vorteile:

1. In der Schweißpistole braucht lediglich ein Schweißstift und kein Schutzring eingesteckt zu werden. Damit wird die zur Vorbereitung für das Schweißen erforderliche Zeit wesentlich verkürzt, ohne daß durch den wiederholt benutzbaren Schutz- ao kragen die Qualität des Schweißens herabgesetzt wird.

2. Infolge des zwischen dem Schutzring und den Bolzenwulst bestehenden Verschlusses ist das Schweißen genauer, sicherer und gleichmäßiger.

3. Beim Schweißen entwickelte Wärme bleibt der Schweißstelle erhalten, und verflüssigtes Metall kann nicht entrinnen.

4. Da der Wulst größer ist als der Durchmesser des Bolzenschaftes, besteht wenig Gefahr, daß der Schutzring von dem Schaftgewinde abgerieben wird. Außerdem wird durch den Wulst vermieden, daß Tröpfchen erhärteten Metalls, z. B. beim Abziehen der Schweißpistole, Schaden an der Innenwand des Schutzringes verbleiben.

5. Wegen des Wulstes 17 kann der Schweißbolzen von automatischen Zubringervorrichtungen leichter gesteuert werden, da der Wulst dazu dienen kann, den Bolzen bezüglich der Zubringervorrichtung auszurichten.

6. Der Wulst ermöglicht es, den Schweißbolzen auf der Fläche des Werkstückes genau auszurichten.

Claims (12)

Patentansprüche: 45

1. Verfahren zum Anschweißen eines Bolzens an ein Werkstück mittels eines um den Bolzen herum und gegen das Werkstück gelegten Schutzringes, dadurchgekennzeichnet, daß ein Ende (15) des Bolzens (11) nahe an das Werkstück (5) gelegt wird, daß der Schutzring (1) während des Schweißvorganges elektrischen Strom führt, wobei der elektrische Kontakt zwischen Bolzen und Schutzring nur über das Werkstück selbst hergestellt wird, daß zum Erzeugen eines Lichtbogens ein Strom an den Bolzen (11) gelegt wird, so daß ein den Bolzen (11), das Werkstück (iS) und den Schutzring (1) umfassender Stromkreis geschlossen wird, indem der Strom durch den Bolzen (11) in eine und durch den Schutzring (1) in die andere Richtung fließt und daß der Bolzen (11) gegen das Werkstück (S) gebracht wird.

2. Elektrodenschutzring zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 aus einem elektrisch leitenden Material und mit einer den Bolzen aufnehmenden Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring(l) kegelstumpfförmig ist und daß in der kleineren Stirnfläche (6) die Mantelfläche mit der Bohrung (4) verbindende Durchlässe (8; 18) vorgesehen sind.

3. Schutzring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) in seiner Bohrung (4) mit einer Manschette (12) aus dielektrischem Material versehen ist.

4. Schutzring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (12) lösbar in der Bohrung (4) steckt.

5. Schutzring nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennnzeichnet, daß die Manschette aus Bornitrid besteht.

6. Schutzring nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (1) mit einer seine Mantelfläche (10) abdeckenden Metallschicht (14) versehen ist.

7. Schutzring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (14) aus Stahl besteht.

8. Schutzring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (14) aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung besteht.

9. Schweißbolzen zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, inbesondere mit dem in Anspruch 2 bis 8 beschriebenen Elektrodenschutzring, mit einem Schaft von gleichmäßigem Durchmesser und einem in den Schaft übergehenden Schweißkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißkopf (15) von einem Wulst (17) umgeben ist, dessen Durchmesser größer ist als der des Schaftes (13) und geringer als der der Bohrung (4) des Schutzringes (1).

10. Schweißbolzen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst (17) wenigstens eine in Achsrichtung geneigte Schulter hat.

11. Schweißbolzen nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Kopfende und Wulst (17) geringer ist als die axiale Länge der Bohrung (4).

12. Schweißbolzen nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das radiale Spiel zwischen dem Wulst (17) und der Wand der Bohrung (4) 0,1 bis 0,4 mm beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen