DE19539791A1

DE19539791A1 - Stud welding process for attachment of studs to aluminium@ workpiece

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Publication number: DE19539791A1
Application number: DE1995139791
Authority: DE
Original assignee: HILBIG SCHWEISTECHNIK GmbH
Current assignee: HILBIG SCHWEISTECHNIK GmbH
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 1997-04-30

Abstract

Studs are attached to an aluminium workpiece by a stud welding process in which the stud is moved at high speed towards the molten pool after the welding time has elapsed, the speed being significantly reduced shortly before the pool is reached. Preferably, the immersion time from the point of reduction of speed is 10 to 50 ms. An arrangement for carrying out the process includes a damping device (28) which retards the movement of the stud holder (12) when the stud (16) is close to the molten pool. The preferred device is a spring, the position of which relative to the stud holder can be varied.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auf schweißen von Bolzen auf ein Werkstück nach dem Bolzen schweißverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for welding studs to a workpiece after the studs Welding method according to the preamble of patent claim 1.

Das Lichtbolzenschweißen mit Hubzündung dient bekanntlich zum Aufschweißen von vorwiegend stiftförmigen metallischen Teilen auf metallische Werkstücke. Zu Beginn des Schweiß vorgangs wird der Bolzen durch einen Hubmechanismus vom Werkstück abgehoben und zuerst ein Hilfslichtbogen und dann ein Hauptlichtbogen zwischen Bolzenspitze und Werk stück gezündet. Die Bolzenstirnfläche und der Grundwerk stoffschmelzen dabei. Nach Ablauf der Schweißzeit taucht der Bolzen mit relativ geringer Kraft in das Schmelzbad ein, und die Stromquelle schaltet ab. Für die Durchführung des Bolzenschweißverfahrens wird üblicherweise eine Schweißpistole verwendet, die eine Hubvorrichtung und ei nen Bolzenhalter aufweist. Die Hubvorrichtung wird von ei nem Steuergerät gesteuert, die die beschriebenen Bewegun gen des Bolzenhalters kontrolliert.As is well known, drawn arc stud welding is used for welding mainly pin-shaped metallic Parts on metallic workpieces. At the start of sweat the bolt is operated by a lifting mechanism Workpiece lifted and first an auxiliary arc and then a main arc between the tip of the stud and the movement piece ignited. The bolt face and the base thereby melting fabrics. After the welding time has elapsed the bolt into the weld pool with relatively little force on, and the power source turns off. For the implementation the stud welding process is usually one Welding gun used, the lifting device and egg has a bolt holder. The lifting device is from ei nem control unit that controls the movements described checked against the bolt holder.

Das Aufschweißen von Bolzen auf Werkstücke aus Aluminium ist problematisch, wie das Schweißen von Aluminium gene rell.Welding bolts onto aluminum workpieces is problematic, like welding aluminum genes rell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei Werkstoffen aus Aluminium ein zu friedenes Bolzenschweißen erhalten werden kann.The invention has for its object a method to be specified with the for aluminum materials Peaceful stud welding can be obtained.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved through the features of the patent claim 1 solved.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zum einen der Bolzen nach Ablauf der Schweißzeit, die beliebig einstell bar und auch auf den Werkstoff abgestellt werden muß, mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Schmelzbad befördert. In the device according to the invention on the one hand Stud after the welding time, which can be set arbitrarily bar and must also be switched to the material with conveyed at high speed towards the melt pool.

Allerdings erfolgt im zweiten Schritt ein deutliches Ab bremsen des Bolzens kurz vor oder unmittelbar bei Errei chen des Schmelzbades. Die eigentliche Eintauchzeit ist daher relativ lang, beispielsweise zwischen 10 bis 50 ms.However, in the second step there is a clear decrease brake the bolt shortly before or immediately when it strikes chen of the melt pool. The actual immersion time is therefore relatively long, for example between 10 to 50 ms.

Dadurch, daß der Hub in Richtung Schmelzbad in zwei Stufen durchgeführt wird, nämlich in einer ersten mit hoher Ge schwindigkeit und einer zweiten mit deutlich verringerter Geschwindigkeit verlaufenden wird ein wirksames und zu friedenstellendes Anschweißen von Bolzen erzielt. Die hohe Geschwindigkeit in der ersten Stufe ermöglicht ein rasches Erreichen des Schmelzbades, wodurch dieses noch nicht eine unerwünschte Beschaffenheit aufweist. Das langsamere Ein tauchen des Bolzens in das Schmelzbad verhindert, daß das schmelzende Gut zur Seite spritzt und nicht genügend Schmelzgut verbleibt, um nach der Verfestigung eine aus reichend feste Verbindung zu schaffen.The fact that the stroke towards the weld pool in two stages is carried out, namely in a first with high Ge speed and a second with significantly reduced Speeding becomes effective and too achieved satisfactory welding of bolts. The height Speed in the first stage enables rapid Reaching the melt pool, whereby this is not yet one has undesirable nature. The slower one immersing the bolt in the weld pool prevents that Melting good sprays to the side and not enough Melting material remains to one after solidification to create a sufficiently strong connection.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geht von einer herkömmlichen Bolzenschweißpistole aus, die eine Hubvorrichtung aufweist, die mit einem Bolzenhalter gekop pelt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht eine Dämpfungsvorrichtung vor, die die Bewegung des Bolzenhal ters abbremst, wenn der Bolzen annähernd das Schmelzbad erreicht hat. Die Dämpfungsvorrichtung kann von einer Fe der gebildet sein, die den weiteren Hub des Bolzens bzw. des Bolzenhalters abbremst, wenn ein bestimmter Weg zu rückgelegt worden ist. Um diesen Weg veränderbar zu ge stalten, kann die Feder in ihrer Lage veränderbar sein. Im übrigen kann die Feder auch in ihrer Vorspannung veränder bar sein, um das Ausmaß der Abbremswirkung zu verändern.A device for carrying out the method goes from a conventional stud welding gun, the one Has lifting device that Kopop with a bolt holder pelt is. The device according to the invention sees one Damping device in front of the movement of the bolt neck ters decelerates when the bolt approaches the weld pool has reached. The damping device can be of a Fe be formed that the further stroke of the bolt or of the bolt holder brakes when a certain path to has been covered. To be able to change this path stalten, the spring can be changed in its position. in the the spring can also change its preload be bar to change the extent of the braking effect.

Bei herkömmlichen Bolzenschweißpistolen wird der Hub in Richtung Schmelzbad von einer Feder erzeugt, während das Anheben des Bolzenhalters elektromagnetisch erfolgen kann. Alternativ ist jedoch auch denkbar, die Hubvorrichtung von einem elektromagnetischen Linearantrieb bilden zu lassen, der die Hübe in beiden Richtungen ausführt und in seiner Bewegung steuerbar ist.With conventional stud welding guns, the stroke is in Direction of the melt pool generated by a spring while the Lifting the bolt holder can be done electromagnetically. Alternatively, however, it is also conceivable for the lifting device from to have an electromagnetic linear actuator, who performs the strokes in both directions and in his Movement is controllable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen nä her erläutert.The invention is based on drawings ago explained.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Bolzenschweißvorrichtung mit Hubzündung mit Merkmalen der Erfindung; Fig. 1 shows schematically a drawn arc stud welding device with features of the invention;

Fig. 2 zeigt die Bewegung des Bolzens in der Vorrichtung nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Zeit. FIG. 2 shows the movement of the bolt in the device according to FIG. 1 as a function of time.

Die im einzelnen nicht dargestellte Bolzenschweißpistole enthält eine pistolenfeste Hubvorrichtung 10, die mit ei nem Bolzenhalter 12 gekoppelt ist. Der Schaft 14 des Bol zenhalters 12 taucht in die Hubvorrichtung 10 ein. Hubvor richtung kann z. B. ein Elektromagnet sein, der bei Akti vierung den Schaft 14, der als Anker dient, in die Spule hineinzieht und dadurch ein Anheben des Bolzenhalters 12, der in Fig. 1 einen Bolzen 16 aufnimmt, von einer Werk stückplatte 18 anhebt. Nach Beendigung der Aktivierung kann der Rückhub mit Hilfe einer Feder 20 erfolgen, welche auf den Schaft 14 wirkt, um den Bolzen 16 in ein zuvor erzeugtes Schmelzbad einzutauchen.The stud welding gun, not shown in detail, contains a gun-fixed lifting device 10 which is coupled to a stud holder 12 . The shaft 14 of the Bol zenhalters 12 dips into the lifting device 10 . Hubvor direction can, for. Example, be an electromagnet, the shaft 14 , which serves as an anchor, pulls into the coil during acti vation, thereby raising the bolt holder 12 , which receives a bolt 16 in FIG. 1, from a work piece plate 18 . After the activation has ended, the return stroke can take place with the aid of a spring 20 , which acts on the shaft 14 in order to immerse the bolt 16 in a previously generated weld pool.

Die Ansteuerung der Hubvorrichtung 10 erfolgt über ein Steuergerät 22, das Bestandteil der Bolzenschweißpistole ist. In dem Steuergerät wird u. a. die Zeit eingestellt, in der der Lichtbogen aufrechterhalten werden soll (Schweiß zeit). Die Energieversorgung erfolgt mit Hilfe einer Schweißstromquelle 24 herkömmlichen Aufbaus.The lifting device 10 is controlled via a control unit 22 which is part of the stud welding gun. Among other things, the time in which the arc is to be maintained (welding time) is set in the control unit. The energy supply takes place with the aid of a welding current source 24 of conventional construction.

An dem Schaft 14 ist ein seitlicher Ansatz 26 angebracht, der mit einer gehäusefesten Feder 20 zusammenwirkt. Die Feder besitzt am freien Ende einen Anschlag 30, der mit dem Ansatz 26 zusammenwirkt.A lateral extension 26 is attached to the shaft 14 and cooperates with a spring 20 fixed to the housing. The spring has a stop 30 at its free end, which interacts with the projection 26 .

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 wird anhand von Fig. 2 näher erläutert. In Fig. 2 ist der Hub des Bol zens 16 mit L bezeichnet. Zu Beginn des Schweißvorgangs liegt die Spitze des Bolzens 16 auf der Platte 18 auf, die aus Aluminium bestehen soll. Der Bolzen 16 ist dabei in herkömmlicher Weise von einem Keramikring 32 umgeben. Die se Position ist in Fig. 2 bei L = 0. Durch Ansteuerung der Hubvorrichtung 10 wird der Bolzenhalter 12 angehoben bis auf das Niveau L₁. Während der Zeit T_s bleibt dieser Zu stand bestehen. Es brennt ein Lichtbogen, der zum An schmelzen der Bolzenstirnfläche und des zugeordneten Be reiches der Platte 18 führt. Anschließend erfolgt eine De aktivierung der Hubvorrichtung 10, und die Feder 12 be schleunigt den Bolzenhalter 12 und damit den Bolzen 16 in Richtung Schweißbad. Dieser Hubvorgang erfolgt innerhalb der Zeit t₁, die sehr klein ist, beispielsweise 10 ms be trägt. Kurz vor Erreichen des Schweißbades schlägt der An satz 26 gegen den Anschlag 30 der Feder 28, wodurch die Geschwindigkeit des Hubvorgangs stark abgebremst wird. Der restliche Eintauchvorgang spielt sich in der Zeit t₂ ab, der z. B. 40 ms beträgt.The mode of operation of the device according to FIG. 1 is explained in more detail with reference to FIG. 2. In Fig. 2, the stroke of the Bol zens 16 is designated L. At the beginning of the welding process, the tip of the bolt 16 lies on the plate 18 , which is to be made of aluminum. The bolt 16 is surrounded in a conventional manner by a ceramic ring 32 . The se position is in Fig. 2 at L = 0. By actuating the lifting device 10 , the bolt holder 12 is raised to the level L₁. This state remains during the time T _s . It burns an arc, which leads to melting of the bolt end face and the associated loading area of the plate 18 . This is followed by a de-activation of the lifting device 10 , and the spring 12 accelerates the bolt holder 12 and thus the bolt 16 in the direction of the weld pool. This lifting operation takes place within the time t 1, which is very small, for example 10 ms. Shortly before reaching the weld pool, the set 26 strikes against the stop 30 of the spring 28 , as a result of which the speed of the lifting process is braked considerably. The rest of the immersion takes place in the time t₂, the z. B. is 40 ms.

Die Darstellung der Vorrichtung zur Abdämpfung der Ge schwindigkeit des Bolzenhalters ist in Fig. 1 äußerst schematisch dargestellt. Sie kann vorzugsweise platzspa rend in der Bolzenschweißpistole integriert werden, indem z. B. die Dämpfungsfeder den Schaft 14 des Bolzenhalters 12 umgibt. Das Widerlager für die Feder 28 kann im übrigen verstellbar gemacht werden, um die Vorspannung der Feder zu verändern. Außerdem kann die Lage der Feder 28 insge samt verändert werden, um den Beginn der Dämpfung in Ab hängigkeit vom Hubweg zu verändern.The representation of the device for damping the Ge speed of the bolt holder is shown in Fig. 1 extremely schematically. It can preferably be integrated in a space-saving manner in the stud welding gun, for example by B. the damping spring surrounds the shaft 14 of the bolt holder 12 . The abutment for the spring 28 can also be made adjustable to change the bias of the spring. In addition, the position of the spring 28 can be changed overall to change the beginning of the damping in dependence on the stroke.

Claims

1. A method for welding studs on an aluminum workpiece by the stud welding process, characterized in that after the welding time T _s the stud moves at high speed in the direction of the weld pool and the immersion speed shortly before reaching the weld pool is significantly reduced.

2. The method according to claim 1, characterized in that the immersion time from the time of reduction of the Speed is 10 to 50 ms.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 or 2 with a stud welding gun which has egg ne coupled to a stud holder lifting device, characterized in that a damping device ( 28 ) is provided which brakes the movement of the stud holder ( 12 ), when the bolt ( 16 ) has approached the weld pool.

4. The device according to claim 3, characterized in that the damping device has a spring ( 28 ).

5. The device according to claim 3, characterized in that the bias of the spring ( 28 ) is variable.

6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the position of the spring relative to the Bolzenhal ter ( 12 ) is variable.

7. The device according to claim 3, characterized in that the lifting device from an electromagnetic Linear drive is formed.