DE19549787B4

DE19549787B4 - Method for welding welding studs to a workpiece

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Publication number: DE19549787B4
Application number: DE19549787A
Authority: DE
Inventors: Jörg Hoffmann; Roland Kurz; Klaus Gisbert Dr. Schmitt
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2015-07-06

Abstract

Verfahren zum Verschweißen von Schweißbolzen mit einem Werkstück nach dem Hubzündungsverfahren, bei dem die Hubhöhe (s) des Schweißbolzens (1) in Abgängigkeit von der gemessenen Lichtbogenspannung und gegebenenfalls von der Lichtbogenbrennzeit verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die nötige Gesamtschweißenergie trotz des Auftretens von Kurzschlüssen sichergestellt wird, indem die Schweißzeit um mehr als die Dauer der Kurzschlüsse verlängert wird, insbesondere um soviel mehr, daß die Abkühlung während der Kurzschlüsse ausgeglichen wird.method for welding of welding studs with a workpiece after the firing process, at which the lifting height (s) of the welding stud (1) in unison from the measured arc voltage and optionally from the Arc burn time changed is, characterized in that the necessary total welding energy despite the occurrence of short circuits is ensured by the welding time is extended by more than the duration of short circuits, in particular to so much more that the Cooling during the shorts is compensated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen von Schweißbolzen mit einem Werkstück, insbesondere von Aluminiumschweißbolzen mit einem Werkstück aus Aluminium nach dem Hubzündungsverfahren, bei dem die Hubhöhe des Schweißbolzens in Abhängigkeit von der gemessenen Lichtbogenspannung und gegebenenfalls von der Luftbogenbrennzeit verändert wird.The The invention relates to a method for welding welding studs with a workpiece, in particular of aluminum welding bolts with a workpiece made of aluminum after the firing process, at which the lifting height of the welding bolt dependent on from the measured arc voltage and optionally from the Air arc time changed becomes.

Das Hubzündungsverfahren ist ein Lichtbogen-Bolzenschweißverfahren zum Schweißen von stiftförmigen metallischen Teilen auf Bleche und/oder Rohre. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der geringen Schweißzeit, welche nur Bruchteile von Sekunden beträgt. Hierdurch ist ein wirtschaftliches Verfahren geschaffen worden, welches in zahlreichen Gebieten angewendet wird. Bei zahlreichen Schweißaufgaben ist es notwendig, eine hohe reproduzierbare Güte der Schweißung sicherzustellen. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit dem hohen Automatisierungsgrad des Verfahrens von Bedeutung.The drawn arc is an arc stud welding process for welding of pin-shaped metallic parts on sheets and / or pipes. The advantage of this Procedure lies in the short welding time, which only fractions of seconds. This has created an economic process which is used in many areas. For numerous welding tasks it is necessary to ensure a high reproducible quality of the weld. This is particularly in connection with the high degree of automation the process of importance.

Bei dem Hubzündungsverfahren wird der Bolzen an das Werkstück angelegt und unter Bildung eines Lichtbogens zwischen dem Bolzen und dem Werkstück von letzterem abgehoben. Nach Erzeugung von Schmelzzonen am Bolzen und am Werkstück wird der Bolzen unter Löschung des Lichtbogens an das Werkstück erneut herangeführt, in das Schweißbad eingetaucht, an das Blech angedrückt und bis zur Erstarren der Schmelze in seiner Lage gehalten. Dieser ganze Vorgang findet im Millisekunden-Bereich statt.at the Hubzündungsverfahren the bolt is attached to the workpiece created and forming an arc between the bolt and the workpiece lifted off the latter. After creating melting zones on the bolt and on the workpiece the bolt is under deletion of the arc to the workpiece again introduced, in the sweat bath dipped, pressed against the sheet and kept in place until the melt solidifies. This whole Process takes place in the millisecond range.

Für die Erzeugung von Schmelzzonen am Bolzen und am Werkstück ist die Hubhöhe neben Stromstärke, Schweißzeit und Lichtbogenspannung eine der wichtigsten Größen, die für die Güte der Schweißung entscheidend sein kann. Durch das Forschungsvorhaben Nr. AIF 4567 an der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt München, welches sich auf eine Untersuchung zur Verringerung der Fehleranfälligkeit beim Bolzenschweißen mit Hubzündung bezog, ist herausgefunden worden, daß bei korrekter Einstellung des Hubes eine sehr günstige Anschmelzung zu erreichen ist. Die Hubhöhe wird dabei auf einen konstanten Wert eingestellt, wobei die optimale konstante Hubhöhe abhängig von der Geometrie des Schweißbolzens ist.For the generation of melting zones on the bolt and on the workpiece is the lifting height in addition to current, welding time and Arc voltage is one of the key factors that determine the quality of welding can be. Through the research project no. AIF 4567 on the welding technology Lehr- und Versuchsanstalt Munich, which is based on an investigation to reduce the susceptibility to errors during stud welding with lift ignition It has been found out that with correct attitude of the stroke a very cheap Melting is to be achieved. The lifting height is set to a constant Value adjusted, with the optimum constant lifting height depends on the geometry of the weld stud is.

In der Praxis ist das Schweißergebnis nicht nur abhängig von der Hubhöhe, sondern auch von den während der Schweißung auftretenden Störungen, wie z. B. Kurzschlüssen, die durch Tropfenbildung aufgrund des Übergangs des Werkstoffes in seinen geschmolzenen Zustand entstehen. Die Tropfengröße ist abhängig von der Stromstärke und der Hubhöhe. Aufgrund statistischer Schwankungen der Tropfen verursachen diese gelegentlich Kurzschlüsse.In In practice, the welding result not only dependent from the lift height, but also from the while the weld occurring disturbances, such as Short circuits, due to dripping due to the transition of the material into its molten state arise. The drop size depends on the current and the lifting height. Due to statistical fluctuations of the drops cause these occasionally short circuits.

In der nachveröffentlichten Druckschrift DE 695 15 497 T2 wird ein Verfahren zum Verbinden einer Komponente mit einem Werkstück nach dem Hubzündungsverfahren angegeben, bei dem für die Lichtbogenspannung ein Bezugs spannungsprofil vorgegeben wird. Die Lichtbogenspannung wird wiederholt gemessen sowie mit der Bezugsspannung verglichen. Der Korrekturwert aus aktueller Lichtbogenspannung und Bezugsspannung wird bei der Anhebung der Komponente automatisch berücksichtigt.In the post-published publication DE 695 15 497 T2 is a method for connecting a component with a workpiece according to the Hubzündungsverfahren specified, in which for the arc voltage a reference voltage profile is specified. The arc voltage is measured repeatedly and compared with the reference voltage. The correction value from current arc voltage and reference voltage is automatically taken into account when raising the component.

Eine Veränderung der Hubhöhe in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung beeinflußt das Schweißergebnis positiv. Die Hubhöhe wird dabei unmittelbar in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung verändert. Der Vorgang als solcher läuft in Echtzeit während der zugehörigen Schweißung ab.A change the lifting height dependent on the arc voltage affects the welding result positive. The lifting height becomes directly dependent on it changed by the arc voltage. The process as such is running in real time during the associated welding from.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schweißverfahren, welches nach dem Hubzündungsverfahren arbeitet, anzugeben, durch welches ein verbessertes, reproduzierbares Schweißergebnis erzielbar ist, insbesondere durch Vermeidung und/oder Ausgleich von Kurzschlüssen.aim The present invention is a welding method, which after the drawn arc works, through which an improved, reproducible Welding result achievable is, in particular by avoidance and / or compensation of short circuits.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein Verfahren zum Verschweißen von Schweißbolzen mit einem Werkstück erreicht, wobei die nötige Gesamtschweißenergie trotz des Auftretens von Kurzschlüssen sichergestellt wird, indem die Schweißzeit um mehr als die Dauer der Kurzschlüsse verlängert wird, insbesondere um soviel mehr, daß die Abkühlung während der Kurzschlüsse ausgeglichen wird.According to the invention this Target by a method for welding welding studs with a workpiece achieved, with the necessary Total welding energy despite the occurrence of short circuits is ensured by the welding time around more than the duration of short circuits is extended, especially so much more that the Cooling while short circuits is compensated.

Beim Hubzündungsverfahren können während des Schweißvorganges Kurzschlüsse auftreten. Während eines Kurzschlusses ist der Schweißstromkreis kurzgeschlossen und die Schweißspannung fällt stark ab. Der kurzgeschlossene Schweißstromkreis führt dazu, daß kein Lichtbogen existiert und die wirk same Lichtbogenbrennzeit somit verkürzt wird. Es wird daher vorgeschlagen, die nötige Schweißenergie für den Schweißvorgang sicherzustellen, indem insbesondere festgestellte Kurzschlußzeiten die vorgegebene Schweißzeit entsprechend verlängern, wobei darüber hinaus die aus dem Kurzschluß resultierenden Wärmeverluste durch eine zur Kurzschlußzeit überproportionale Verlängerung der Schweißzeit ausgeglichen werden können. Durch diese Maßnahme wird zwar die Gesamtprozeßdauer vergrößert; es wird jedoch sichergestellt, daß die nötige Schweißzeit, d. h. die Zeit während der ein Lichtbogen existent ist, erreicht wird und somit eine hinreichende Menge Schweißenergie und Wärme eingebracht wird. Alternativ oder in Kombination dazu kann auch der Schweißstrom zum Ausgleich von Kurzschlußzeiten vergrößert werden, dies allerdings nur begrenzt, da z.B. beim Werkstoff Aluminium zu hohe Schweißströme zur Überhitzung des Schweißbades führen.When Hubzündungsverfahren can occur during the welding process short circuits. During a short circuit, the welding circuit is short-circuited and the welding voltage drops sharply. The short-circuited welding circuit causes no arc exists and the effective arc burning time is thus shortened. It is therefore proposed to ensure the necessary welding energy for the welding process, in particular determined short-circuit times extend the predetermined welding time accordingly, moreover, the resulting from the short circuit heat losses can be compensated by a disproportionate to short circuit time extension of the welding time. Although the overall process duration is increased by this measure; However, it is ensured that the necessary welding time, ie the time during which an arc exis tent is reached, and thus a sufficient amount of welding energy and heat is introduced. Alternatively, or in combination, the welding current can be increased to compensate for short circuit times, but this limited, since, for example, in the material aluminum too high welding currents lead to overheating of the weld pool.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet zum Ausgleich von eventuellen Schwankungen der Lichtbogenspannung bei metallischen Werkstoffen, in denen z.B. der Kohlenstoffgehalt schwanken kann. Besonders ist das angegebene Verfahren geeignet zum Verschweißen von Aluminiumbolzen mit einem Werkstück aus Aluminium.The inventive method is particularly suitable for compensating for any fluctuations the arc voltage in metallic materials in which e.g. the carbon content may vary. Especially is the specified Method suitable for welding aluminum bolts with a workpiece made of aluminium.

Die Lichtbogenspannung gibt indirekt den Verlauf des Schweißvorganges wieder. So ist es zweckmäßig, die Hubhöhe des Bolzens beim Auftreten von Kurzschlüssen, d. h. beim plötzlichen Abfall der Lichtbogenspannung zu vergrößern, um so die Neigung zu nachfolgenden Kurzschlüssen im laufenden Schweißvorgang zu verringern oder zu eliminieren.The Arc voltage indirectly gives the course of the welding process again. So it is appropriate, the Lifting height of the bolt in the event of short circuits, d. H. at the sudden Increase of arc voltage to increase the inclination subsequent short circuits in the ongoing welding process to reduce or eliminate.

Durch eine Vergrößerung der Hubhöhe wird auch der Lichtbogen länger. Dies geschieht in kleinen vorgegebenen Schritten, bis keine Kurzschlüsse mehr auftreten. Die Veränderung der Hubhöhe in vorgegebenen Schritten wird auch zur Verringerung der Hubhöhe herangezogen. Vorteil ist hier, daß eine unerwünschte Lichtbogenspannungserhöhung z.B. durch den Abbrand des Bolzens ausgeglichen werden kann. Vorzugsweise liegt die Schrittweite zwischen 0,1 und 0,8 mm, insbesondere zwischen 0,2 und 0,5 mm.By an enlargement of the Lifting height the arc gets longer too. This is done in small predetermined steps until no more shorts occur. The change the lifting height in predetermined steps is also used to reduce the lifting height. The advantage here is that one undesirable Arc voltage increase e.g. can be compensated by the burning of the bolt. Preferably the step size is between 0.1 and 0.8 mm, in particular between 0.2 and 0.5 mm.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, die Hubhöhe so zu verändern, daß die Lichtbogenspannung nahezu konstant gehalten wird. Hierdurch lassen sich sonst auftretende Schwankungen der Lichtbogen spannung, die z.B. von unterschiedlichen Legierungen im Bolzen herrühren, kompensieren und somit bessere Schweißergebnisse erzielen.According to one Another advantageous idea is proposed, the lifting height so too change, that the Arc voltage is kept almost constant. Hereby leave otherwise occurring fluctuations in the arc voltage, the e.g. from different alloys in the bolt, compensate and thus better welding results achieve.

Zweckmäßigerweise wird die Schweißenergie während des Schweißvorganges entsprechend einer von der Schweißzeit abhängigen Sollwertkurve eingebracht. Dies hat den Vorteil, daß reproduzierbare Schweißverbindungen geschaffen werden können.Conveniently, becomes the welding energy while the welding process introduced according to a setpoint curve dependent on the welding time. This has the advantage that reproducible welds can be created.

Der Schweißvorgang als solcher verläuft innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. Die Ansteuerung von z.B. einem Stellantrieb, durch den die Hubhöhe des Bolzens verändert wird, muß daher relativ schnell eingeleitet und genau eingestellt werden. Als Startpunkt der Zeitmessung der Schweißzeit wird daher vorteilhafterweise der Punkt genommen, an dem die Lichtbogenspannung entsteht. Hierdurch wird eine Unabhängigkeit der Schweißzeit von möglichen Totzeiten der Mechanik erreicht. Problematisch bei dem Hubzündungsverfahren ist der Eintauchvorgang des Bolzens in die Schmelze. Bei einem raschen Eintauchen des Bolzens in die Schmelze spritzt diese weg, wodurch eine unbefriedigende Schweißverbindung hergestellt wird. Es sind Maßnahmen vorgeschlagen worden, um das Schweißergebnis zu verbessern, wie dies z.B. in der DE 32 15 453 A1 beschrieben ist. Sie alle zielen auf eine Überwachung und genaue Einhaltung der vorgegebenen Parameter durch regelungstechnische Maßnahmen, ohne dabei die von Schweißung zu Schweißung sich ändernden negativen Einflüsse zu berücksichtigen.The welding process as such runs within a very short period of time. The control of eg an actuator, by which the lifting height of the bolt is changed, must therefore be introduced relatively quickly and adjusted accurately. The starting point of the time measurement of the welding time is therefore advantageously taken the point at which the arc voltage is produced. As a result, an independence of the welding time of possible dead times of the mechanism is achieved. The problem with the Hubzündungsverfahren is the dipping of the bolt in the melt. Upon rapid dipping of the bolt into the melt, it will splash away, creating an unsatisfactory welded joint. There are measures have been proposed to improve the welding result, as for example in the DE 32 15 453 A1 is described. They all aim at monitoring and exact compliance with the given parameters through control engineering measures, without taking into account the negative influences that change from weld to weld.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird vorgeschlagen, den Schweißbolzen erst dann in die Schmelze einzutauchen, wenn der Schweißstrom abgeschaltet worden ist. Diese Maßnahme ist insbesondere beim Verschweißen von Aluminiumschweißbolzen mit einem Werkstück aus Aluminium von Vorteil, da hierdurch der Aluminiumschweißbolzen in ein teigiges und nicht in ein wässriges Schmelzbad eintaucht. Eine Spritzerbildung wird hierdurch stark reduziert. Das Abschalten des Schweißstromes vor dem Eintauchen des Schweißbolzens in die Schmelze hat auch den Vorteil, daß die Durchdringung des Werkstückes bzw. Bolzens auf das gewünschte Maß begrenzt wird, da im Gegensatz z.B. zu ferritischen Werkstoffen der Lichtbogen bei Aluminium beim Eintauchen nicht immer sofort erlöscht.According to one Another advantageous idea is proposed, the welding stud only then immerse in the melt when the welding current is switched off has been. This measure is especially when welding of aluminum welding bolts with a workpiece made of aluminum of advantage, as a result of the aluminum weld stud immersed in a doughy and not in an aqueous molten bath. Spatter formation is thereby greatly reduced. The shutdown of the welding current before dipping the welding stud in the melt also has the advantage that the penetration of the workpiece or Bolzens on the desired Limited measure because, e.g. to ferritic materials the arc at Aluminum does not always extinguish immediately when immersed.

Vorzugsweise erfolgt der Eintauchvorgang des Schweißbolzens innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Abschalten des Schweißstromes. Der Eintauchvorgang sollte innerhalb von 20 ms, insbesondere innerhalb von 5 bis 10 ms, nach dem Abschalten des Schweißstromes erfolgen, um dem dünnflüssigen Schmelzbad Zeit zum Teigigwerden zu geben. Dies hat den Vorteil, daß eine klar definierte, konstante und reproduzierbare Schweißzeit vorgegeben und eingehalten werden kann, die Maßnahmen zur Schweißzeitüberwachung überflüssig macht.Preferably the immersion process of the welding bolt takes place within a predetermined period of time after switching off the welding current. The immersion process should be within 20 ms, especially within from 5 to 10 ms, after switching off the welding current, to the low-viscosity molten bath To give time to dough. This has the advantage that a clear Defined, constant and reproducible welding time specified and adhered to can be, the measures eliminates the need for welding time monitoring.

Es hat sich herausgestellt, daß insbesondere bei Aluminium der Lichtbogen an der positiven Elektrode sehr stark eingeschnürt wird. Ist der Bolzen anodisch geschaltet, so sind, um eine Anschmelzfläche in der gleichen Größe, wie die Kopffläche des Bolzens zu erzielen, hohe Ströme nötig. Hohe Ströme führen jedoch unter Umständen zu einer Überhitzung, die ihrerseits zu einer Explosion der Fügezone und damit zum Versagen des Schweißprozesses führen kann. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, daß die Polarität des Bolzens bzw. des Werkstückes wenigstens einmal während des Schweißvorganges gewechselt wird. Des weiteren wird durch den Polaritätswechsel eine gleichmäßige flache Aufschmelzung des Werkstückes und des Bolzens erreicht und ein beidseitiges Aufbrechen der Oxidhäute vereinfacht.It has been found that, especially in the case of aluminum, the arc is constricted very strongly at the positive electrode. If the bolt is connected anodically, high currents are necessary in order to achieve a melting surface of the same size as the head face of the bolt. However, high currents may lead to overheating, which in turn can lead to an explosion of the joining zone and thus to the failure of the welding process. This disadvantage can be remedied by the fact that the polarity of the bolt or the workpiece at least once during the Welding process is changed. Furthermore, a uniform flat melting of the workpiece and of the bolt is achieved by the polarity change and a two-sided breaking up of the oxide skins is simplified.

Zum einfachen Wechsel der Polarität wird vorgeschlagen, den Schweißstrom für eine vorgegebene Zeitspanne auf einen Minimalwert zu reduzieren oder ganz abzuschalten. Die Reduzierung des Schweißstromes hat den Vorteil, daß der Lichtbogen erhalten bleibt während des Polaritätswechsels. Es kann auch zweckmäßig sein, den Schweißstrom für einige Millisekunden zu unterbrechen ohne daß Hilfsmittel zum Wiederzünden des Lichtbogens nötig sind. Die Umpolung in einem kurzen Abschaltintervall läßt die Verwendung kostengünstiger Bauteile (Thyristoren) zu, während ohne Abschaltung beim Polaritätswechsel von einem hohen Stromniveau unterschiedlicher Größe eine aufwendigere Elektronik erforderlich ist.To the easy change of polarity it is proposed the welding current for one to reduce the preset time to a minimum value or to switch off completely. The reduction of the welding current has the advantage that the arc is obtained stays while the polarity change. It may also be appropriate the welding current for some Milliseconds without the aid of re-ignition of the Arcs are necessary. The reversal in a short turn-off interval makes the use more cost effective Components (thyristors) to while without switch-off during polarity change from a high current level of different size more expensive electronics is required.

Während des Schweißvorgangs können Überhitzungsprobleme entstehen. Um diese zu vermeiden, wird gemäß einem weiteren vorteilhaften Gedanken vorgeschlagen, den Schweißstrom kontinuierlich oder stufenförmig zu steigern. Vorzugsweise erreicht der Schweißstrom seinen maximalen Wert kurz vor dem Abschalten des Schweißstromes. Bei dem Schweißstrom muß berücksichtigt werden, daß dieser um so kürzer auf seinem hohen Niveau beibehalten werden darf, je höher der Schweißstrom ist. Bevorzugt wird der Schweißstrom in mindestens zwei, insbesondere drei Stufen gesteigert. Für den Fall, daß der Schweißstrom während der Schweißung abgeschaltet und umgepolt wird, kann eine etwas komplexere Stufenform vorteilhaft sein, bei der kurz vor dem Umpolen bereits eine sehr hohe Stromstärke vorgegeben wird, und nach dem Umpolen in zwei oder mehr Stufen wieder auf maximale Stromstärke geschaltet wird.During the welding can cause overheating problems arise. To avoid this, according to another advantageous idea suggested the welding current continuous or stepped to increase. Preferably, the welding current reaches its maximum value just before switching off the welding current. In the welding current must be taken into account that this the shorter at a high level, the higher the Welding current is. The welding current is preferred increased in at least two, in particular three stages. In the case, that the welding current while the weld turned off and reversed, can be a slightly more complex step shape be advantageous at the moment before the Umpolen already a very high current is given, and after the polarity reversal in two or more stages again to maximum current is switched.

Bevorzugt wird ein Verfahren zum Verschweißen von Schweißbolzen mit einem Werkstück, insbesondere Aluminiumschweißbolzen mit einem Werkstück aus Aluminium, nach dem Hubzündungsverfahren mittels eines Lichtbogen-Schweißgerätes, das eine bewegliche Bolzenhalterung und einen Stellantrieb mit einer Wegmeßeinrichtung, eine Schweißstromquelle, die mit der Bolzenhalterung und einem Werkstück elektrisch verbunden ist, und eine Steuerung zur Ansteuerung des Stellantriebs und der Schweißstromquelle umfaßt, durchgeführt, bei dem eine Meßeinrichtung die Lichtbogenspannung mißt und ein der Lichtbogenspannung entsprechendes Signal an einen ersten Komparator, der dieses Signal mit einem vorgegebenen Schwellwert vergleicht und beim Überschreiten des Schwellwertes eine Schweißzeitmessung auslöst, sowie die Steuerung aktiviert, durch die ein Eintauchvorgang des Schweißbolzens erst dann erfolgt, wenn der Schweißstrom nach einer vorgegebenen Schweißzeit abgeschaltet worden ist, und an einen zweiten Komparator abgibt, der den Stellantrieb ansteuert und den Hub des Schweißbolzens entsprechend verändert.Prefers becomes a method for welding welding studs with a workpiece, in particular Aluminum welding studs with a workpiece Made of aluminum, after the Hubzündungsverfahren by means of an arc welder, the a movable bolt holder and an actuator with a Distance measuring device, a welding power source, which is electrically connected to the bolt holder and a workpiece, and a controller for driving the actuator and the welding power source comprises carried out, in which a measuring device measures the arc voltage and a signal corresponding to the arc voltage to a first Comparator, this signal with a predetermined threshold compares and when passing the threshold value, a welding time measurement triggers, as well as the control activates, by which a dipping process of the welding bolt only then takes place when the welding current after a predetermined welding time has been turned off, and to a second comparator, which controls the actuator and the stroke of the welding stud changed accordingly.

Weitere Vorteile und Merkmale des Verfahrens zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Werkstück nach dem Hubzündungsverfahren werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Further Advantages and features of the method for welding a Bolt with a workpiece after the Hubzündverfahren will be explained with reference to the drawing. Show it:

1 schematisch ein Diagramm des Schweißstromes und der Hubhöhe in Abhängigkeit von der Zeit und 1 schematically a diagram of the welding current and the lifting height as a function of time and

2 schematisch ein Werkstück und einen Bolzen bei Polaritätswechsel, und 2 schematically a workpiece and a bolt at polarity change, and

3 schematisch den Schaltungsaufbau eines Lichtbogen-Schweiß gerätes. 3 schematically the circuit structure of an arc welding device.

In der 1 ist der Verlauf des Schweißstromes I über der Zeit t dargestellt. Wie aus dem Stromverlauf ersichtlich ist, nimmt die Stromstärke treppenförmig bis zu ihrem Maximum M zu. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne, innerhalb der der Schweißstrom eingeschaltet ist, erfolgt ein Polaritätswechsel des Schweißbolzens bzw. des Werkstückes. Zum Wechsel der Polarität des Schweißstromes I wird dieser für eine vorgegebene Zeitspanne T_W abgeschaltet.In the 1 the course of the welding current I over the time t is shown. As can be seen from the current profile, the current strength increases in steps up to its maximum M. After a predetermined period of time, within which the welding current is switched on, there is a polarity change of the welding bolt or of the workpiece. To change the polarity of the welding current I this is turned off for a predetermined period T _W.

Gestrichelt ist eine Stromführung über die Zeit dargestellt, wenn die Ausgangspolaritätumgekehrt zu der Stromführung, welche durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, verändert ist.dashed is a current guide over time shown when the output polarity is reversed to the current guide, which is shown by the solid line is changed.

Während des Schweißvorganges ändert sich die Hubhöhe s in Abhängigkeit von der Zeit. Mit dem Einschalten des Schweißstromes entsteht eine gewisse Totzeit T_tot bis der Bolzen 1 vom Werkstück 2 um einen relevanten Wert s abgehoben worden ist. Mit steigendem Strom nimmt auch der Abstand des Bolzens 1 von dem Werkstück 2 zu. Gegen Ende des Schweißvorganges nimmt die Hubhöhe ab, bis der Eintauchvorgang zum Zeitpunkt T_T eingeleitet wird. Zum Zeitpunkt des Eintauchens ist der Schweißstrom I abgeschaltet. Zwischen dem Eintauchen des Bolzens in die Schmelze 3 ist eine Zeitspanne T_S vergangen, die vorgegeben ist.During the welding process, the lifting height s changes as a function of time. With the switching on of the welding current, a certain dead time T _tot arises until the bolt 1 from the workpiece 2 has been lifted by a relevant value s. With increasing current, the distance of the bolt also decreases 1 from the workpiece 2 to. Towards the end of the welding process, the lifting height decreases until the immersion process is initiated at time T _T. At the time of immersion, the welding current I is switched off. Between the immersion of the bolt in the melt 3 has passed a time period T _S , which is predetermined.

In den 2a, 2b ist schematisch der Einfluß der Polarität auf die Ausbildung des Schmelzbades dargestellt. Bei Aluminium wird der Lichtbogen 4 an der positiven Elektrode, welche in der 2a das Werkstück bildet, sehr stark eingeschnürt. Die Rußbildung erfolgt ebenfalls an der Anode. Durch einen Polaritätswechsel, wodurch das Werkstück kathodisch und der Bolzen 1 anodisch wird, wird eine Vergrößerung des Schmelzbades 3 erreicht. Der Ruß 5 bildet sich nun am Bolzen 1.In the 2a . 2 B is shown schematically the influence of polarity on the formation of the molten bath. For aluminum, the arc 4 at the positive electrode, which in the 2a The workpiece forms, very strong constricted. Soot formation also occurs at the anode. By egg change the polarity, making the workpiece cathodic and the bolt 1 becomes anodic, becomes an enlargement of the molten pool 3 reached. The soot 5 now forms on the bolt 1 ,

3 zeigt schematisch den Schaltungsaufbau eines Lichtbogen-Schweißgerätes. Das Schweißgerät 6 weist einen Linearantrieb 8, der mit einem Bolzenhalter 7 verbunden ist, auf. In dem Bolzenhalter 7 ist ein Bolzen 1 gehaltert, welcher an einem Werkstück 2 anliegt. Im Schweißgerät 6 ist ferner zwischen dem Linearantrieb 8 und dem Bolzenhalter 7 eine Wegmeßeinrichtung 12 angeordnet. Die Wegmeßeinrichtung 12 ist über elektrische Leitungen 13, 14 mit einer Folgesteue rung 9 verbunden. Durch die Folgesteuerung 9 wird auch der Linearantrieb 8 über die elektrischen Leitungen angesprochen. 3 shows schematically the circuit construction of an arc welding apparatus. The welding machine 6 has a linear drive 8th that with a stud holder 7 is connected. In the stud holder 7 is a bolt 1 held, which on a workpiece 2 is applied. In the welding machine 6 is also between the linear drive 8th and the stud holder 7 a displacement measuring device 12 arranged. The distance measuring device 12 is via electrical lines 13 . 14 with a follow-up 9 connected. Through the sequence control 9 also becomes the linear drive 8th addressed via the electrical lines.

Der Linearmotor 8, die Folgesteuerung 9 und die Wegmeßeinrichtung 12 sind zur entsprechenden Höheneinstellung des Bolzens 1 vorgesehen.The linear motor 8th , the sequential control 9 and the distance measuring device 12 are to the appropriate height adjustment of the bolt 1 intended.

Die Folgesteuerung 9 ist über einen Analogdigitalwandler 15 elektrisch mit einem Mikroprozessor 16 verbunden.The sequence control 9 is via an analog-to-digital converter 15 electrically with a microprocessor 16 connected.

Während der Schweißoperation wird über die Leitungen 17, 18 ein Schweißstrom vom Schalt-Netzteil 19 zum Bolzen 1 und Werkstück 2 geleitet. Das Schalt-Netzteil bildet eine geregelte Schweißstromquelle. Das Schalt-Netzteil 19 ist über eine Leitung 20 mit dem Mikroprozessor 16 verbunden. Das digitale Ausgangssignal des Mikroprozessors 16 wird in dem in der Leitung 20 angeordneten Analogdigitalwandler 21 in ein analoges Signal umgewandelt und in das Schalt-Netzteil eingespeist. Bei dem Schalt-Netzteil 19 kann es sich um ein Hochfrequenz-Schalt-Netzteil handeln.During the welding operation is over the lines 17 . 18 a welding current from the switching power supply 19 to the bolt 1 and workpiece 2 directed. The switching power supply forms a regulated welding power source. The switching power supply 19 is over a line 20 with the microprocessor 16 connected. The digital output signal of the microprocessor 16 is in the line 20 arranged analog-digital converter 21 converted into an analog signal and fed into the switching power supply. In the switching power supply 19 it can be a high frequency switching power supply.

Zum Polaritätswechsel des Schweißstromes ist in den Leitungen 17, 18 zwischen dem Bolzen 1 und dem Werkstück 2 eine aus Thyristoren aufgebaute H-Brücke 22 angeordnet. Die Brücke 22 ist ebenfalls mit dem Mikroprozessor 16 verbunden.The polarity change of the welding current is in the lines 17 . 18 between the bolt 1 and the workpiece 2 a built of thyristors H-bridge 22 arranged. The bridge 22 is also with the microprocessor 16 connected.

Der Sollwertkomparator 23 ist über einen Analog-/Digitalwandler 24 mit dem programmierbaren Mikroprozessor 16 verbunden, der ein entsprechendes Steuersignal in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung an die Folgesteuerung 9 abgibt.The setpoint comparator 23 is via an analog / digital converter 24 with the programmable microprocessor 16 connected, the a corresponding control signal in response to the arc voltage to the sequence control 9 emits.

Claims

Method for welding welding studs to a workpiece according to the lifting ignition method, in which the lifting height (s) of the welding stud ( 1 ) is changed as a function of the measured arc voltage and optionally of the arc burning time, characterized in that the necessary total welding energy is ensured despite the occurrence of short circuits by the welding time is extended by more than the duration of short circuits, in particular so much more that the Cooling during the short circuits is compensated.

Method according to Claim 1, in which the lifting height (s) of the bolt ( 1 ) is increased when short circuits occur, ie when the arc voltage drops suddenly.

Method according to claim 1 or 2, characterized that the Lifting height (s) is changed in predetermined steps.

Method according to claim 3, wherein the lifting height (s) in Steps between 0.1 and 0.8 mm is changed.

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the at the arc voltage by changing the lifting height to a set predetermined value, in particular held almost constant becomes.

The method of claim 1, wherein the welding energy according to a setpoint curve dependent on the welding time (t) is introduced.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein the time measurement the welding time (t) begins with the increase of the arc voltage.

Method according to one of claims 1 to 7, wherein the welding stud ( 1 ) only then into a melt ( 3 ) is immersed when the welding current (I) has been switched off.

Method according to Claim 8, in which the welding stud is turned off after a predetermined period of time, preferably 5-10 ms, after switching off the welding current (I) into the melt ( 3 ) is immersed.

Method according to Claim 8 or 9, in which the polarity of the bolt ( 1 ) or the workpiece ( 2 ) is changed at least once during welding.

Method according to Claim 10, in which, to change the polarity, the welding current (I) is reduced or interrupted to a minimum value for a predetermined period of time (T _W ).

Method according to one of the preceding claims, in the welding current (I) continuous or stepped increases and has its maximum (M) at the final shutdown.

Method according to claim 12, characterized in that that the welding current increases in at least two, preferably three stages.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that by means of an arc welding apparatus, which comprises a movable bolt holder with an actuator with a displacement measuring device, a welding power source ( 6 ), with the bolt holder and a workpiece ( 2 ) is electrically connected, and a controller for controlling the actuator and the welding power source ( 6 ), wherein a measuring device, the arc voltage measures and is derived therefrom via a comparator, a signal for triggering the welding time measurement, and the arc voltage waveform is provided together with the measured by the Wegmeßeinrichtung course of the bolt movement of the controller to the lifting height on the arc voltage to control.