CN111182993B - 紧固方法 - Google Patents

Abstract

一种将螺柱紧固至具有表面层的基底的方法，其中，在基底中形成凹部；将螺柱与基底在凹部中连接；以及将螺柱周围的凹部覆盖。

Description

紧固方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于将螺柱紧固至基底的设备和方法，并且还涉及这种螺柱。

背景技术

在不同的应用场景中可使用已知的许多设备和方法中将各种螺柱紧固到基底。例如，将螺柱与基底接触，并对其施加电流。一旦电流在螺柱和基底之间流动，螺柱就会从基底被提起，形成电弧。所释放出的能量使螺柱和基底的材料部分地液化。然后切断电流，将螺柱浸入被液化的材料中直到该材料冷却并变为固体。则该螺柱以材料结合的方式与基底连接。

为了提供使螺柱和基底的材料在足够短的时间内液化的所需能量，已知的设备会产生高强度电流并通过相应额定的电缆将其馈送到螺柱。为了避免被液化的材料氧化，已知的方法为使用惰性气体包围螺柱和基底之间的接触区域。

例如，在建筑施工或造船的应用场景中，可使用与物品螺接的各种尺寸的螺纹螺柱，将物品紧固在基底上。紧固方法的一些参数，例如电流的持续时间和电功率，将由用户在设备上设置，以适配所使用的螺柱。最后，由于用户通过目测评估螺柱和基底之间的连接质量。因此，连接质量还取决于用户的经验和能力。

在基底具有表面层，例如涂层、防腐蚀层或污垢层的情况下，通常在紧固螺柱之前对该表面层进行大面积地研磨。在紧固螺柱之后，清洁被研磨的区域和/或为该区域提供新的涂层或防腐蚀层，这很费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备和/或方法，通过该设备和/或方法，使螺柱至基底的紧固变得更容易和/或得到改进。

该目的通过一种用于将螺柱紧固至具有表面层的基底的方法来实现。该方法包括：提供在端侧具有螺柱直径的螺柱以及具有内径和外径的环形覆盖元件；通过去除具有表面直径的限定的表面区域中的表面层，在基底中形成凹部，其中该表面直径大于螺柱直径且小于外径；将端侧和/或基底在凹部中液化并固化，在固化过程中使端侧与基底在凹部中接触；以及通过覆盖元件覆盖围绕螺柱的凹部。优选地通过机加工去除限定的表面区域中的表面层。通过在已去除表面层的位置处覆盖基底，在某些情况下不需要或至少简化了对表面层的修复。

一个有利的实施例的特征在于，端侧和/或覆盖元件和/或限定的表面区域是圆形的。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，凹部是盲孔。

一个进一步的有利的实施的特征在于，凹部优选地通过手动操作的钻具钻孔形成。

一个进一步的有利的实施的特征在于，凹部具有定心轮廓，并且端侧具有配合轮廓，其中当螺柱放置在凹部中的期望位置时，定心轮廓和配合轮廓相互接合。优选地，定心轮廓是凸形的，而配合轮廓是凹形的。同样优选地，定心轮廓是凹形的，而配合轮廓是凸形的。特别优选地，配合轮廓包括整个端侧。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，覆盖元件包括具有密封环内径和密封环外径的密封环，其中密封环内径小于或等于螺柱直径并且密封环外径大于表面直径。于是在限定的表面区域之外，密封环相对于螺柱径向密封并且相对于基底轴向密封，从而使螺柱和基底之间的接头相对于周围区域完全密封。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，在螺柱紧固至基底之后，将覆盖元件紧固至螺柱。优选地，将覆盖元件拧紧或插接到螺柱上。一个替代实施例的特征在于，在螺柱紧固至基底之前，将覆盖元件预先安装在螺柱上。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，在螺柱或基底的材料的液化和/或固化过程中，覆盖元件同样地被部分或完全液化，并与螺柱和/或基底形成材料结合的连接。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，在螺柱紧固至基底之后，覆盖元件变形。

一个进一步的有利的实施例的特征在于，在螺柱紧固至基底之后，改变覆盖元件在螺柱上的位置。

附图说明

下面将基于示例性实施例并参考附图更详细地解释本发明。在附图中：

图1示意性地示出了焊接设备；

图2示出了紧固装置的横截面图；

图3示出了另一紧固装置的横截面图；

图4示出了焊接螺柱的纵向截面图；

图5示出了另一焊接螺柱的纵向截面图；以及

图6示出了另一焊接螺柱的纵向截面图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于将焊接螺柱20焊接到基底30的焊接设备10。焊接螺柱20的材料和基底30的材料具有导电性，特别地是金属材料。焊接设备10包括：焊枪40，其具有形成为按钮开关的触发开关41；焊接单元50；第一电缆61；具有连接端子63的第二电缆62；形成为例如电力电缆的供电电缆64；电通信线路65；形成为气瓶的储气器70；管状气体供应管线71；以及气体软管72。

第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接螺柱20供应电流。第二电缆62用于在连接端子63夹紧到基底30时将基底30与焊接单元50电连接。当焊接螺柱20与基底30接触时，电路闭合以通过焊接单元50将例如直流或交流形式的焊接电流施加到焊接螺柱20上。为此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件，其未在图1示出。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转换成焊接电流的装置(未示出)，该装置包括例如电容器、晶闸管、具有绝缘栅电极的双极晶体管或来自电力电子设备的其它组件、以及带有微处理器的相关控制单元，从而提供具有期望的电压和电流强度的焊接电流。

气体供应管线71和气体软管72用于从储气器70向焊接螺柱20和基底30之间的接触区域提供惰性气体，从而防止该接触区域在焊接操作过程中被来自的周围区域的氧气氧化。为了控制流向接触区域的气流，储气器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括未示出的阀门，特别是可控制阀门。

焊接单元50具有设置有致动元件52的输入装置51和设置有视觉显示元件54和无线传输单元的输出装置53。输入装置51用于由焊接设备10的用户输入利用焊接设备10执行的焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、以及螺柱的位置和速度等。输出装置53用于向用户输出信息，例如关于焊接方法的参数的信息、关于检测到的焊接方法的排放或其它变量的信息、关于焊接操作的质量的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于检测到的焊接螺柱的特性的信息或从上述变量中得出的信息、和/或用于清洁和/或维护焊接设备10，特别是焊枪40的建议或指令。

通信线路65用于焊枪40(特别是焊枪40的图1中未示出的控制装置)与焊接单元50(特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53)之间的通信。通过该通信，可完成例如关于焊接操作的参数的信息交换，以便例如实现或促进焊接电流与焊接螺柱20的运动同步。在未示出的示例性实施例中，焊枪与焊接单元之间的通信以无线方式(如通过无线电)或通过承载焊接电流的第一电缆进行。

焊枪40具有设置有开口46的壳体42，具有触发开关41的手柄43从该壳体42伸出。焊枪40还具有螺柱夹持器44，在焊接操作过程中焊接螺柱20夹持在螺柱夹持器上。为此目的，螺柱夹持器包括例如两个、三个、四个或更多个未详细示出的弹性臂，焊接螺柱20通过夹紧装置插入并夹持在弹性臂之间。焊枪40还具有用于将焊接电流施加到焊接螺柱20的焊接电流接触元件，该焊接电流接触元件例如以一个或多个弹性臂的形式集成到螺柱夹持器44中。

焊枪40还具有用于控制焊枪和焊接单元50的各种部件和装置的控制装置99。控制装置99用于控制焊接操作的一个或多个参数。为此目的，控制装置99包括各种电子组件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久数据存储器等。

焊枪40还具有形成为第一提升磁体的螺柱提升装置。当致动时，该螺柱提升装置会以远离开口46的力向后(图1中向上)作用在螺柱夹持器44上。通过未示出的信号线，控制装置99与螺柱提升装置通信，从而控制螺柱提升装置，特别是使其致动或停止活动。

焊枪40还具有形成为弹簧元件或第二提升磁体的螺柱沉浸装置。当致动时，该螺柱沉浸装置会以朝向开口46的力(在图1中为向下)作用在螺柱夹持器44上。通过信号线(未示出)，控制装置99与螺柱沉浸装置通信，以便控制螺柱沉浸装置，特别是使其致动或停止活动。如果螺柱沉浸装置为弹簧元件的形式，当螺柱夹持器通过螺柱提升装置向后移动时，优选地张紧该弹簧元件，因此，只要停止螺柱提升装置活动，该弹簧元件就使螺柱夹持器向前移动。

在使用焊接设备10的焊接方法中，首先提供基底30和螺柱20。在进一步的步骤中，用户通过输入装置输入例如关于随后的焊接操作的期望参数的信息。在进一步的步骤中，借助于第一电缆61和第二电缆62通过焊接单元50将在焊接螺柱20和基底30之间的焊接电流施加到焊接螺柱20上。在进一步的步骤中，借助螺柱提升装置将焊接螺柱20从基底提起，同时保持焊接螺柱20和基底300之间的焊接电流的流动，进而在焊接螺柱20和基底30之间形成电弧。特别地，由于电弧产生的热量，焊接螺柱20和/或基底30的材料部分地液化。在进一步的步骤中，通过螺柱沉浸装置将焊接螺柱20浸入到焊接螺柱20或基底30的被液化的材料中。然后，将焊接螺柱20或基底30的被液化的材料固化，从而使焊接螺柱20以材料结合的方式与基底30连接。

图2示出了焊接操作过程中的具有焊接螺柱120和基底130的紧固装置。基底130具有表面层140，该表面层包括例如保护层、特别是抗腐蚀的保护层，氧化物层、特别是金属氧化物层，或污垢层。在焊接螺柱120的端侧121处，焊接螺柱具有例如8mm的螺柱直径122，该端侧121是凸形的并且具有平锥侧面的形式和/或具有圆形横截面区域。在具有表面直径132的限定的圆形表面区域131中，基底130具有盲孔形式的凹部133，该盲孔具有盲孔深度134。该表面直径132例如为20mm并且大于螺柱直径122。

凹部133在其径向外部边缘区域中具有固定深度，该深度等于表面层140的厚度。在径向内部中央区域中，凹部133是凹形的并且具有同样是凹形的定心轮廓135。由于焊接螺柱120的锥形端侧121的尖端形成凸形配合轮廓125，因此当将焊接螺柱120放置在凹部133中的期望位置时，定心轮廓135和配合轮廓125相互接合。在未示出的示例性实施例中，定心轮廓是凸形的，而配合轮廓是凹形的。由于凹部133的凹形结构，可更容易地通过将焊接螺柱向凹部133移动而定位期望的焊接点。

为了形成凹部133，通过钻具进行钻孔加工去除限定的表面区域131中的表面层140。钻具优选地为阶梯钻，该阶梯钻具有外围阶梯，其中外围阶梯与阶梯钻的钻尖之间的轴向距离等于期望的盲孔深度134。

焊接螺柱120具有外围凹陷形式的支撑装置150，在焊接螺柱120紧固到基底130后将覆盖元件紧固至焊接螺柱120时，该支撑装置将覆盖元件(未示出)支撑在基底130上。覆盖元件被设计为例如图4至图6所示的覆盖元件之一，并且具有例如30mm的外径，该外径大于表面直径132，从而使覆盖元件完全覆盖焊接螺柱120与基底130之间的接合部以及围绕焊接螺柱120的凹部133。覆盖元件螺接到焊接螺柱120上。

图3示出了焊接操作过程的另一示例性实施例的具有焊接螺柱220和基底230的紧固装置。基底230具有表面层240，该表面层包括例如保护层、特别是抗腐蚀的保护层，氧化物层、特别是金属氧化物层，或污垢层。在焊接螺柱220的端侧221处，焊接螺柱具有例如6mm的螺柱直径222，该端侧221是平面的并且具有圆形的横截面区域。在具有表面直径232的限定的圆形表面区域231中，基底230具有呈盲孔形式的凹部233，该盲孔具有盲孔深度234。表面直径232例如为18mm并且大于螺柱直径222。

凹部233在其径向外部边缘区域中具有固定深度，该深度等于表面层240的厚度。在径向内部中央区域中，凹部233是凹形的，并且具有同样凹形的定心轮廓235，其直径与螺柱直径222基本相同，因此当将焊接螺柱220放置在凹部233中的期望位置时，定心轮廓235和端侧221彼此接合。这可以更容易地通过将焊接螺柱向凹部133移动而定位期望的焊接点。

焊接螺柱220具有呈外围凹陷形式的支撑装置250，在焊接螺柱220紧固到基底230后将覆盖元件紧固至焊接螺柱220时，该支撑装置将覆盖元件(未示出)支撑在基底230上。覆盖元件具有例如25mm的外径，该外径大于表面直径232，从而使覆盖元件完全覆盖焊接螺柱220与基底230之间的接合部以及围绕焊接螺柱220的凹部233。覆盖元件插接到焊接螺柱220上。

图4示出了具有覆盖元件300的焊接螺柱320的纵向截面图。焊接螺柱320具有凹形端侧321，该凹形端侧321呈平锥侧面形式且具有圆形横截面区域。此外，焊接螺柱具有呈带有螺纹直径的外螺纹形式的附接装置390，该附接装置390用于将附加元件附接至焊接螺柱320。另外，焊接螺柱320具有外围凹陷形式的支撑装置350，当焊接螺柱320紧固至基底时，该支撑装置350将覆盖元件300支撑在基底(未示出)上。

覆盖元件300包括具有密封环内径361和密封环外径的圆形密封环360，且还包括同样是圆环形的覆盖盘370。密封环内径361大于附接装置390的螺纹直径，以使密封环360能够在附接装置390上移动并移过附接装置390。覆盖元件300，特别是覆盖盘370具有配合支撑装置380，该配合支撑装置380与焊接螺柱320的支撑装置350接合，从而将覆盖元件300支撑在基底380上。配合支撑装置380包括一个或多个突起，这些突起沿圆周布置并且从覆盖盘370径向地向内突出。

在焊接螺柱320紧固至基底之前，已经以如下方式将覆盖元件300预先安装在焊接螺柱320上：密封环360通过密封环内径361与焊接螺柱320抵靠。在未示出的示例性实施例中，在紧固前确实将覆盖元件预先安装在焊接螺柱上，并且在紧固后覆盖元件例如通过沿紧固方向移动到达其最终位置。在将焊接螺柱320紧固至基底之后，密封环360相对于焊接螺柱320进行径向密封并且相对于基底进行轴向密封。因此，焊接螺柱320和基底之间的接合部相对于周围区域完全密封。

为了改善相对于基底的轴向密封，密封环360具有两个外围轴向凸起362，外围轴向凸起362在将螺柱紧固至基底时发生变形。附加地或替代地，在焊接螺柱320或基底的材料的液化和/或固化过程中，密封环360的材料同样部分地或完全地液化，并且在固化时与焊接螺柱320和/或覆盖盘370和/或基底形成材料结合的连接。

图5示出了具有覆盖元件400的焊接螺柱420的纵向截面图。焊接螺柱420具有凹形端侧421，该凹形端侧421呈平锥侧面形式且具有圆形横截面区域。此外，焊接螺柱具有呈带有螺纹直径的外螺纹形式的附接装置490，该附接装置490用于将附加元件附接到焊接螺柱420上。此外，焊接螺柱420具有外围凹陷形式的支撑装置450，当焊接螺柱420紧固至基底时，该支撑装置将覆盖元件400支撑在基底(未示出)上。

覆盖元件400包括圆形密封环460，该圆形密封环具有密封环内径461和密封环外径，并且还包括覆盖盘470。覆盖元件400，特别是覆盖盘470具有配合支撑装置480，该配合支撑装置480呈从覆盖元件400径向地向内突出的外围突起的形式并且与焊接螺柱420的支撑装置450接合以将覆盖元件400支撑在基底上。

在焊接螺柱420紧固至基底之前，已经以如下方式将覆盖元件400预先安装在焊接螺柱420上：密封环460通过密封环内径461与焊接螺柱420抵靠。在焊接螺柱420紧固至基底之后，密封环460相对于焊接螺柱420进行径向密封并且相对于基底进行轴向密封。因此，焊接螺柱320和基底之间的接合部相对于周围区域完全密封。

为了改善相对于基底的轴向密封，密封环460具有两个外围轴向凸起462，外围轴向凸起462在将螺柱紧固至基底时发生变形。附加地或替代地，在焊接螺柱420或基底的材料的液化和/或固化过程中，密封环460的材料同样部分地或完全地液化，并且在固化时与焊接螺柱420和/或覆盖盘470和/或基底形成材料结合的连接。

图6示出了具有覆盖元件500的焊接螺柱520的纵向截面图。焊接螺柱520具有带有圆形横截面区域的平面端侧521。此外，焊接螺柱具有呈带有螺纹直径的外螺纹形式的附接装置590，该附接装置590用于将附加元件附接到焊接螺柱520上。此外，焊接螺柱520具有外围凹陷形式的支撑装置550。当焊接螺柱520紧固至基底时，该支撑装置550将覆盖元件500支撑在基底(未示出)上。覆盖元件500包括圆形密封环560和同样是圆环形的覆盖盘570。

在焊接螺柱520紧固至基底之前，已经将覆盖元件500预先安装在焊接螺柱520的图6左侧所示的位置。紧固后，覆盖元件500例如通过沿紧固方向向下折叠或以其它方式变形到达其最终位置(如图6右侧所示)。该变形例如由用户(特别是由用户借助工具)、或者在紧固操作过程中特别地由于热变形、或者借助为此而在焊枪上设置的装置来实现。

在一个或多个示例性实施例中，密封环由弹性体制成，其中覆盖盘由金属或陶瓷制成。

已经基于用于将第一物品紧固到第二物品的设备和用于该设备的生产方法的示例对本发明来进行了描述。所描述的实施例的特征还可以根据需要在单个紧固装置或单个生产方法的范围内中彼此接合。应当注意的是，根据本发明的设备和方法也适用于其它目的。

Claims (16)

1.一种将螺柱紧固至具有表面层的基底的方法，包括以下步骤：

a）提供在端侧具有螺柱直径的螺柱，

b）提供具有内径和外径的环形覆盖元件，

c）通过去除具有表面直径的限定的表面区域中的表面层，在所述基底中形成凹部，其中所述表面直径大于所述螺柱直径且小于所述外径，

d）将所述端侧和/或所述基底在所述凹部中液化，

e）使所述端侧或所述基底在所述凹部中固化，

f）在固化过程中使所述端侧与所述基底在所述凹部中接触，以及

g）通过所述覆盖元件覆盖围绕所述螺柱的所述凹部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤c）中，通过机加工具有表面直径的限定的表面区域中的表面层，在所述基底中形成凹部。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述端侧和/或所述覆盖元件和/或所述限定的表面区域是圆形的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述凹部是盲孔。

5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述凹部通过钻具钻孔形成。

6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述凹部具有定心轮廓，并且所述端侧具有配合轮廓，其中当所述螺柱放置在所述凹部中的期望位置时，所述定心轮廓和所述配合轮廓相互接合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述定心轮廓是凸形的，而所述配合轮廓是凹形的。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述定心轮廓是凹形的，而所述配合轮廓是凸形的。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述配合轮廓包括整个端侧。

10.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述覆盖元件包括具有密封环内径和密封环外径的密封环，其中所述密封环内径小于或等于所述螺柱直径，并且所述密封环外径大于所述表面直径。

11.根据前述权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在执行步骤d）、e）和f）之后，将所述覆盖元件紧固至所述螺柱。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述覆盖元件拧紧或插接到所述螺柱上。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在执行步骤d）、e）和f）之前，将所述覆盖元件预先安装在所述螺柱上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤d）、e）和/或f）过程中，所述覆盖元件部分地或完全地液化，并与所述螺柱和/或所述基底形成材料结合的连接。

15.根据权利要求13所述的方法，其中在执行步骤d）、e）和f）之后，所述覆盖元件变形。

16.根据权利要求13所述的方法，其中在执行步骤d）、e）和f）之后，改变所述覆盖元件在所述螺柱上的位置。

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