DE102021002108A1

DE102021002108A1 - stud welding process

Info

Publication number: DE102021002108A1
Application number: DE102021002108.8A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2022-10-27

Abstract

Aufgabe: Die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung des Bolzenschweiß - verfahren mit Spitzenzündung, bei diesem Verfahren ist eine präzise Zündspitze am Schweißbolzen erforderlich, die in die Qualität der Schweißverbindung eingeht. Aus der EP 0 788 418 B 1 ist eine Bolzenschweißvorrichtung bekannt, bei der ein axiales Verstellelement die Verschiebung des Schweißbolzens auslöst.Von diesem Stand der Technik ausgehend ist die Aufgabe, ein Bolzen - schweißverfahren anzugeben, zur Verschweißung eines Schweißelementes mittels einer Verschiebevorrichtung und Meßvorrichtung die ein Signal erzeugen und durch einen Thyristor die Kondensatorbatterie entladen wird was zu einem hohen Stromstoß führt der die Verschweißung des Schweißelementes ausführt.Task: The present invention is an improvement in the stud welding process with tip ignition. This process requires a precise ignition tip on the welding stud, which affects the quality of the welded joint. A stud welding device is known from EP 0 788 418 B1, in which an axial adjustment element triggers the displacement of the welding stud. Based on this prior art, the task is to specify a stud welding method for welding a welding element using a displacement device and measuring device generate a signal and through a thyristor the capacitor bank is discharged, which leads to a high current surge that carries out the welding of the welding element.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bolzenschweißverfahren zum Verschweißen eines Schweißelementes an einem Bauteil, bei dem eine Vorschub - und Meßeinrichtung sowie eine Kondensatorbatterie den Bolzenschweißprozeß ausführen.The present invention relates to a stud welding method for welding a welding element to a component, in which a feed and measuring device and a capacitor battery carry out the stud welding process.

Bolzenschweißverfahren mit Spitzenzündung sind heute Stand der Technik, durch die Spalt - und Kontaktschweißung bekannt. Bei diesen Verfahren ist jeweils eine sehr präzise Bolzenspitze ( Zündspitze ) am Schweißbolzen erforderlich. Die Präzision der Zündspitze geht in die Qualität der Bolzenschweißung ein. Hierbei ist der Durchmesser und die Länge der kaltgeformten Zündspitze am Schweißbolzen von entscheidender Bedeutung, diese beiden Faktoren bestimmen die Schmelzen - ausbildung, die Schweißzeit und die Schweißgüte der Verbindung.Capacitor discharge stud welding processes are state of the art today, known from gap and contact welding. A very precise stud tip (firing tip) is required on the welding stud for each of these processes. The precision of the ignition tip affects the quality of the stud weld. The diameter and the length of the cold-formed ignition tip on the welding stud are of crucial importance here. These two factors determine the formation of the melt, the welding time and the welding quality of the joint.

Aus der EP 0 788 418 B1 ist eine Bolzenschweißvorrichtung bekannt, bei der ein axiales Verstellelement die Verschiebung, über eine Spule erzeugt, die nur auf die Verstellung des Schweißelementes eingeht. Durch das Verstellelement und die Meßeinrichtung wird nur ein Referenzsignal erzeugt, welches das gewünschte Weg - Zeit - Diagramm erstellt.From the EP 0 788 418 B1 a stud welding device is known in which an axial adjustment element generates the displacement via a coil, which only responds to the adjustment of the welding element. Only one reference signal is generated by the adjusting element and the measuring device, which creates the desired path-time diagram.

Aus diesem Stand der Technik wird kein Bezug auf die Schweißstrom - Steuerung genommen, sodaß zwar die Verschiebung gesteuert wird, jedoch nicht der Schweiß - strom. Diese Größe ist enorm wichtig für die Verbindungsgüte des verschweißten Schweißbolzen.No reference is made to welding current control from this prior art, so the displacement is controlled but not the welding current. This size is enormously important for the connection quality of the welded welding stud.

Aus der EP 1 183 127 B1 ist ein Bolzenschweißen bekannt, der einen Reinigsprozeß vorgeschaltet der eigentlichen Bolzenschweißung ausführt.From the EP 1 183 127 B1 stud welding is known which carries out a cleaning process upstream of the actual stud welding.

Aus dem Stand der Technik ergeben sich Probleme in der Fertigungsqualität der Zündspitze am Schweißbolzen. Bei diesem Schweißverfahren explodiert die Zünd - spitze mit einem sehr lauten Knall während der Schweißung. Durch den relativ langen Schweißprozeß ( 5 - 10 ms ) ergibt sich eine Durchwärmung am Bauteil wodurch sich Oberflächenschädigungen am Bauteilblech führt.Problems in the manufacturing quality of the ignition tip on the welding stud arise from the prior art. With this welding process, the ignition tip explodes with a very loud bang during welding. Due to the relatively long welding process (5 - 10 ms), the component heats up, which leads to surface damage on the component sheet.

Vor diesem Stand der Technik ausgehend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bolzenschweiß - verfahren und ein Bolzenschweiß - System anzugeben, daß eine sehr kurze Schweißzeit aufweist, kostengünstigere Schweißbolzen ohne Zündspitze benötigt und den Explosionsknall ( Lärmentwicklung ) vermeidet sowie ein einfacheres Schweißsystem erfordert.Based on this state of the art, the object of the present invention is to specify a stud welding method and a stud welding system that has a very short welding time, requires less expensive welding studs without an ignition tip and avoids the explosion bang (noise generation) and requires a simpler welding system.

Dies wird durch ein Bolzenschweißverfahren nach Anspruch 1 und durch das Bolzenschweißsystem nach Anspruch 2 erreicht.This is achieved by a stud welding method according to claim 1 and by the stud welding system according to claim 2.

Nach dem Start wird ein Vorstrom von dem Energie - und Steuergerät 5 gestartet und ein Verschieben (Anheben) des Schweißelementes 3 erzeugt ein Hilfslichtbogen zwischen Schweißelement 3 und Bauteil 4. Danach wird bei dem Verfahren aus der Verschiebung (Absenkung) des Schweißelementes 3 und der Meßvorrichtung 2 ein Signal generiert welches zur Zündung des Thyristor 6, führt der die Entladung der vorher aufgeladenen Kondensatorbatterie 7 zu einem hohen Stromstoß auslöst. Dieser Stromstoß 23 ist für die sehr kurze Schweißzeit (1 - 4 ms) des Verfahrens erforder - lich. Das Signal wird in der Absenkphase ausgelöst, bei einem ca. Abstand von 0,4 - 1,5 mm zwischen Schweißelement 3 und Bauteil 4 je nach Durchmesser des Elementes 3. (entsprechend der Länge der Zündspitze des Schweißbolzens)After the start, a preliminary current is started by the energy and control unit 5, and a displacement (raising) of the welding element 3 generates an auxiliary arc between the welding element 3 and the component 4. After that, the procedure results from the displacement (lowering) of the welding element 3 and the measuring device 2 generates a signal which leads to the ignition of the thyristor 6, which triggers the discharge of the previously charged capacitor bank 7 to a high current surge. This surge of current 23 is necessary for the very short welding time (1-4 ms) of the process. The signal is triggered during the lowering phase at a distance of approx. 0.4 - 1.5 mm between welding element 3 and component 4, depending on the diameter of element 3. (corresponding to the length of the ignition tip of the welding stud)

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben.

1 zeigt im Schema den Aufbau des Bolzenschweißsystems.
2 zeigt den Ablauf desVerfahren.
3 zeigt die schematische Darstellung der Bewegung des Schweißelementes gegen den Schweißstrom - Verlauf.

The invention is described in more detail below with reference to drawings.

1 shows the structure of the stud welding system in a schematic.
2 shows the course of the procedure.
3 shows the schematic representation of the movement of the welding element against the welding current - course.

1 zeigt den schematischen Aufbau des Bolzenschweißsystems. Es zeigt die Verschiebevorrichtung 1, die Meßeinrichtung 2, das anzuschweißende Schweiß - element 3 in Kontakt mit dem Bauteil 4, die Energie - und Steuereinheit 5, den Thyristor 6, die Kondensatorbatterie 7, die Regelung 8, den Netzeingang 9, den Massepunkt 10, den Schweißelementhalter 11, die Spindelführung 12, die innere Spule 13, und die äußere Spule 14, der Verschiebeeinrichtung. 1 shows the schematic structure of the stud welding system. It shows the displacement device 1, the measuring device 2, the welding element 3 to be welded in contact with the component 4, the energy and control unit 5, the thyristor 6, the capacitor bank 7, the control 8, the mains input 9, the earth point 10, the welding element holder 11, the spindle guide 12, the inner coil 13, and the outer coil 14, of the displacement device.

Die Energie - und Steuereinheit 5 ist mit der Schweißvorrichtung über Steuer - und Schweißkabel verbunden.The energy and control unit 5 is connected to the welding device via control and welding cables.

Nach dem Auslösen des Startsignals ( nicht dargestellt) wird durch die Energie - und Steuereinheit 5 ein Vorstrom ausgelöst, sodaß sich zwischen Schweißelement 3 und Bauteil 4 ein Hilfslichtbogen 22 bildet, der im weiteren Verlauf des Prozeßes durch den Hauptschweißstrom 23 überlagert wird. Die Auslösung des Haupt - schweißstromes 23 wird durch die absenkende Bewegung des Schweißelementes 3 ausgelöst. Die absenkende Bewegung wird durch die Verschiebevorrichtung 1 im Einklang mit der Meßeinrichtung 2 zu einem Signal gebildet, welches den Thyristor 6 zündet und die aufgeladene Kondensatorbatterie7 in einem hohen Stromstoß entlädt. After triggering the start signal (not shown), the power and control unit 5 triggers a bias current, so that an auxiliary arc 22 forms between the welding element 3 and the component 4, which is superimposed by the main welding current 23 as the process progresses. The main welding current 23 is triggered by the lowering movement of the welding element 3 . The lowering movement is formed by the displacement device 1 in accordance with the measuring device 2 to a signal which fires the thyristor 6 and the charged Capacitor battery7 discharges in a high current surge.

Dadurch wird zwischen Schweißelement 3 Bauteil 4 der Schweißlichtbogen erzeugt, welcher ein Schmelzbad zwischen Schweißelement 3 und Bauteil 4 ergibt. Durch die weitere Absenkung des Schweißelementes 3 wird der Lichtbogen erstickt und das Element 3 in die Schmelze eingetaucht. Die gesamte kurze Schweißzeit dauert zwischen 1 und 4 ms. Nach der kurzen Abkühlphase ist das Schweißelement 3 stoffschlüßig mit dem Bauteil 4 verbunden.As a result, the welding arc is generated between the welding element 3 and the component 4 , resulting in a molten pool between the welding element 3 and the component 4 . By lowering the welding element 3 further, the arc is smothered and the element 3 is immersed in the melt. The entire short welding time lasts between 1 and 4 ms. After the brief cooling phase, the welding element 3 is integrally connected to the component 4 .

2 zeigt den Verfahrensablauf der erfindungsgemäßen Schweißfolge. 2 shows the process sequence of the welding sequence according to the invention.

Es zeigt in 2.1 das Bauteil 4 das Schweißelement 3 den Schweißelementhalter 11.2.1 shows component 4, welding element 3, and welding element holder 11.

In dieser Darstellung ist das Schweißelement 3 in elektrischem Kontakt mit dem Bauteil 4, sodaß ein Vorstromlichtbogen durch ein Stromfluß am Element 3 und das Zurückziehen der Verschiebevorrichtung 1 gebildet wird.In this illustration, the welding element 3 is in electrical contact with the component 4, so that a pre-current arc is formed by a current flow on the element 3 and the retraction of the displacement device 1.

Es zeigt in 2.2 zwischen Schweißelement 3 und Bauteil 4 einen Schweißlichtbogen, der an beiden Teilen Schmelze erzeugt. Der Abhub beträgt ca. 0,4 - 1,5 mm.2.2 shows a welding arc between welding element 3 and component 4, which produces melt on both parts. The lift is approx. 0.4 - 1.5 mm.

Es zeigt 2.3 die Eintauchphase des Schweißelementes 3 in die Schmelze. Die Eintauchphase wird durch Steuereinheit 5 und Verschiebevorrichtung 1 geregelt und gesteuert, sodaß es während der sehr kurzen Entladung der Kondensatorbatterie 7 zu keiner Kaltschweißung kommen kann.2.3 shows the immersion phase of the welding element 3 in the melt. The immersion phase is regulated and controlled by the control unit 5 and displacement device 1, so that no cold welding can occur during the very brief discharge of the capacitor bank 7.

Es zeigt 2.4 nach dem Eintauchen die Erstarrungsphase bis zur Abkühlung des Schweißelementes 3 und dem Bauteil 4. Damit ist das Schweißelement 3 stoffschlüßig mit Bauteil 4 verbunden.2.4 shows the solidification phase after immersion until the welding element 3 and the component 4 have cooled down.

3 zeigt die schematische Darstellung der Bewegung des Schweißelementes 3 gegen den Schweißstromverlauf. Das Weg - Zeit Diagramm zeigt den mechanischen Weg 20 des Schweißelementes 3 welcher in unterschiedlichen Hubhöhen 27 von 0,8 - 2,0 mm variabel sein kann und die zeitliche Achse welche ebenfalls variabel ist. Die unterschiedlichen Hubhöhen 27 werden durch die Steuereinheit 5 und Verschiebevorrichtung 1 generiert. 3 shows the schematic representation of the movement of the welding element 3 against the course of the welding current. The path - time diagram shows the mechanical path 20 of the welding element 3 which can be variable in different lift heights 27 of 0.8 - 2.0 mm and the time axis which is also variable. The different lifting heights 27 are generated by the control unit 5 and displacement device 1 .

Die Stromkurve zeigt den variablen Vorstrom 22 und den kurzen hohen Sromfluß 23, welcher durch die Zündung des Thyristors 6 und der Entladung der vollen Kondensatorbatterie 7 im oberen Punkt 24 gipfelt. Dieser Verfahrenspunkt muß mit dem mechenischen Weg 20 des Schweißelementes 3, der Meßeinrichtung 2 und der Steuerung 5 sowie Verschiebevorrichtung im Einklang 25 sein. Bei der steil abfallenden Flanke der Entladungskurve 26 erreicht das Schweißelement 3 eine Eintauchgeschwindigkeit von 100 - 300 mm/s. Während dieser Phase fließt ein Stromstoß von einigen Millionen A/s. Die Eintauchbewegung und der gesamte Stromfluß werden von der Steuerung 5, der Meßeinrichtung 2, der Entladung der Kondensatorbatterie 7 sowie der Verschiebevorrichtung 1 im Einklang sicher ausgeführt.The current curve shows the variable bias current 22 and the short, high current flow 23, which culminates in the upper point 24 as a result of the triggering of the thyristor 6 and the discharge of the full capacitor bank 7. This process point must be consistent 25 with the mechanical path 20 of the welding element 3, the measuring device 2 and the control 5 as well as the displacement device. At the steeply falling edge of the discharge curve 26, the welding element 3 reaches a plunge speed of 100-300 mm/s. During this phase, a current surge of several million A/s flows. The immersion movement and the entire flow of current are safely carried out in unison by the controller 5, the measuring device 2, the discharge of the capacitor bank 7 and the displacement device 1.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 0788418 B1 [0003]
EP 1183127 B1 [0005]

Claims

Stud welding method for welding a welding element to a component, in which a linear motor and a measuring device control the stud welding process, characterized in that the displacement device 1 and the measuring device 2 generate a signal based on the position of the welding element 3 relative to the component 4 and from this signal As a result, a thyristor 6 ignites, with which the discharge of the capacitor bank is initiated, so that a high current surge for the welding of the welding element 3 is generated.

stud welding system claim 1 characterized in that a signal from the measuring device 2 is generated from the displacement and the position and from this signal the thyristor 6 is ignited, which discharges the charged capacitor - battery 7, resulting in a high current surge for the welding of the welding element 3.

Stud welding system according to claims 1 or 2 characterized in that the signal is triggered at a specific distance between the tip of the welding element and component 4.

Stud welding system according to Claim 3 , characterized in that the distance between the welding element 3 and the component 4 is between 0.4 and 1.5 mm, depending on the diameter of the welding element 3.

Stud welding system according to claims 3 or 4 characterized in that the very short welding time is only approx. 1 - 4 ms (0.001 -0.004 sec.).