DE202012103169U1

DE202012103169U1 - welder

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Publication number: DE202012103169U1
Application number: DE201220103169
Authority: DE
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Ivostud GmbH
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2012-09-17
Anticipated expiration: 2022-08-23

Abstract

Schweißvorrichtung (1) zur Verbindung eines Schweißteils (5) mit einem Werkstück (6) nach dem Hubzündungsschweißverfahren mit Schutzgas, bei dem vor dem Fügen zum Anschmelzen der Verbindung ein Lichtbogen zwischen Schweißteil (5) und Werkstück (6) erzeugt wird, mit einer das Schweißteil (5) um eine Achse (Z) umgebenden Gasglocke (2, 7) zur Ausbildung einer das Schweißteil (5) umgebenden Schutzgasatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ferromagnetisches, vorzugsweise rotationssymmetrisches Schirmelement (3, 3‘, 3‘‘) um das Schweißelement (5) und/oder den Lichtbogen herum angeordnet ist, um für den Lichtbogen eine elektromagnetisch symmetrische Umgebung zu schaffen.Welding device (1) for connecting a welding part (5) to a workpiece (6) according to the drawn arc welding process with protective gas, in which an arc is generated between the welding part (5) and the workpiece (6) before joining to melt the connection, with a Welding part (5) around an axis (Z) surrounding gas bell (2, 7) for forming a protective gas atmosphere surrounding the welding part (5), characterized in that at least one ferromagnetic, preferably rotationally symmetrical shielding element (3, 3 ", 3") is arranged around the welding element (5) and / or the arc in order to create an electromagnetically symmetrical environment for the arc.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines Schweißteils mit einem Werkstück nach dem Hubzündungsschweißverfahren mit Schutzgas entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a device for connecting a welding part to a workpiece according to the positive-pressure arc welding method according to the preamble of claim 1.

Das Hubzündungsschweißverfahren ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es gliedert sich im Wesentlichen in drei Abschnitte. Zunächst wird das mit dem Werkstück zu verbindende Schweißteil auf das Werkstück aufgesetzt und ein Vorstrom eingeschaltet, der durch das Schweißteil in das Werkstück fließt. Im Rahmen einer Abhubbewegung, bei der das Schweißteil vom Werkstück abgehoben wird, wird ein Vorstromlichtbogen gezündet. Nach Erreichen eines Endabstandes des Schweißteils vom Werkstück wird in einem zweiten Abschnitt der Vorstrom bis auf einen Hauptstrom bzw. Schweißstrom erhöht. Der Schweißstrom dient dabei dazu, die spätere Verbindungsstelle zwischen Schweißteil und Werkstück wenigstens teilweise aufzuschmelzen. In einem dritten Abschnitt schließlich wird das Schweißteil wieder auf das Werkstück herabgesenkt, wobei der Schweißstrom aufrechterhalten bleiben kann, aber nicht muss. Das Schweißteil wird auf bzw. geringfügig in das Werkstück eingefügt, wo die Verbindung nach Abschalten des Schweißstroms abkühlt und sich verfestigt. The Hubzündungschweißverfahren is known from the prior art. It is essentially divided into three sections. First, the welding part to be connected to the workpiece is placed on the workpiece and a bias current is turned on, which flows through the welding part in the workpiece. As part of a lifting movement, in which the welding part is lifted from the workpiece, a Vorstromlichtbogen is ignited. After reaching a final distance of the welding part from the workpiece, the bias current is increased in a second section to a main current or welding current. The welding current serves to at least partially melt the later connection point between the welding part and the workpiece. Finally, in a third section, the welding part is lowered back onto the workpiece, but the welding current can, but does not have to, be maintained. The welding part is inserted on or slightly into the workpiece, where the connection cools down and solidifies after switching off the welding current.

Insbesondere beim Verschweißen von Aluminiumschweißteilen neigt der Lichtbogen dazu, sich seitlich ablenken zu lassen. Infolgedessen werden Schweißteil und Werkstück nur einseitig und damit unbefriedigend miteinander verschweißt. Dies wird allgemein als Blaswirkung bezeichnet. In particular, when welding aluminum welding parts, the arc tends to be deflected sideways. As a result, welding part and workpiece are welded together only on one side and thus unsatisfactory. This is commonly referred to as blower action.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schweißvorrichtung anzubieten, mit der die Qualität der Schweißverbindung verbessert werden kann, indem insbesondere die Blaswirkung (also das seitliche Ablenken des Lichtbogens) reduziert wird. The object of the present invention is to provide a welding device with which the quality of the welded connection can be improved, in particular by reducing the blowing effect (ie the lateral deflection of the arc).

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. The object is achieved by a device according to claim 1.

Die Erfindung geht von der überraschend aufgefundenen Erkenntnis aus, dass ein um das Schweißteil bzw. den Lichtbogen herum angeordneter ferromagnetischer Körper dazu geeignet ist, den Lichtbogen zu stabilisieren bzw. dessen seitliche Ablenkung zu reduzieren oder zu verhindern. Offensichtlich schafft der ferromagnetische Körper eine elektromagnetisch symmetrische Umgebung für den Lichtbogen, welche diesen zentrisch stabilisiert. Diese Erkenntnis ist insoweit überraschend, als die bisherigen Ergebnisse aus dem Stand der Technik belegen, dass bereits kleinste stählerne bzw. ferromagnetische Komponenten in der Nähe des Lichtbogens zu einer starken Ablenkung desselben führen (starke Blaswirkung). Besonders bei großem Abhub und hohen Schweißströmen tritt dieser Effekt auf. The invention is based on the surprisingly discovered finding that a ferromagnetic body arranged around the welding part or the arc is suitable for stabilizing the arc or for reducing or preventing its lateral deflection. Obviously, the ferromagnetic body creates an electromagnetically symmetric environment for the arc, which stabilizes it centrically. This finding is surprising insofar as the previous results from the prior art prove that even the smallest steel or ferromagnetic components in the vicinity of the arc lead to a strong deflection of the same (strong blowing effect). Especially at high lift and high welding currents, this effect occurs.

Überraschenderweise erkannten die Erfinder der hier beschriebenen Vorrichtung, dass ein geeignet geformter magnetischer Körper aber auch dazu genutzt werden kann, den Lichtbogen zu stabilisieren. Dieser Körper, der im Folgenden als Schirmelement bezeichnet sein soll, ist vorzugsweise rotationssymmetrisch um das Schweißelement und/oder den Lichtbogen herum angeordnet, wodurch für den Lichtbogen eine elektromagnetisch symmetrische Umgebung geschaffen wird. Anders als erwartet bewirkt das Schirmelement eher eine Bündelung des Lichtbogens entlang einer Achse Z, die zugleich Achse des Schweißteils ist, anstatt den Lichtbogen seitlich auszulenken, Surprisingly, the inventors of the device described herein have recognized that a suitably shaped magnetic body can also be used to stabilize the arc. This body, which is to be referred to below as a shielding element, is preferably arranged rotationally symmetrical about the welding element and / or the arc, whereby an electromagnetically symmetrical environment is created for the arc. Contrary to what is expected, the shielding element tends to bundle the arc along an axis Z, which is also the axis of the welding part, instead of deflecting the arc laterally.

Dieser Effekt macht sich besonders vorteilhaft dann bemerkbar, wenn in der Nähe der geplanten Schweißverbindung andere ferromagnetische Komponenten angeordnet sind, die ohne Schirmelement zu einer Ablenkung des Lichtbogens führen könnten. Das erfindungsgemäße Schirmelement reduziert dagegen die Einflüsse anderer ferromagnetischer Komponenten seitlich des Schweißkopfes auf den Lichtbogen, so dass die herzustellende Schweißverbindung weitgehend unabhängig von solchen benachbarten Elementen (beispielsweise bereits angeschweißten Schweißteilen) ohne nennenswerte Blaswirkung entstehen kann. This effect is particularly advantageous when in the vicinity of the planned weld other ferromagnetic components are arranged, which could lead to a deflection of the arc without screen element. In contrast, the shielding element according to the invention reduces the influence of other ferromagnetic components on the side of the welding head on the arc, so that the welded joint to be produced largely independent of such adjacent elements (for example, already welded welded parts) without significant blowing effect.

Vorzugsweise ist das Schirmelement rotationssymmetrisch ausgebildet in Form eines Ringes, der das Schweißteil und/oder den Bereich des zu erzeugenden Lichtbogens konzentrisch umläuft. Die Schirmwirkung des Schirmelements hängt ab von seiner radialen Wandstärke, die insbesondere nicht weniger als 5 mm betragen sollte. Die vertikale Ausdehnung des Schirmelements sollte insbesondere nicht weniger als 5 bis 6 mm betragen. Preferably, the shielding element is rotationally symmetrical in the form of a ring which concentrically revolves the welding part and / or the region of the arc to be generated. The shielding effect of the shielding element depends on its radial wall thickness, which should in particular not be less than 5 mm. The vertical extent of the shielding element should in particular not be less than 5 to 6 mm.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Schirmelement ein Stahlring, wobei grundsätzlich auch andere ferromagnetische Werkstoffe zum Einsatz kommen können. Als besonders zweckmäßig hat sich die Variante herausgestellt, bei der das Schirmelement Teil einer Gasglocke ist, die das Schweißteil und zum Teil auch den Lichtbogen um die Z-Achse umläuft. Obwohl das Schirmelement grundsätzlich auch separat zur Gasglocke als getrenntes Bauteil vorsehbar ist, bietet es sich an, wenigstens Teile der Gasglocke als Schirmelement zu nutzen. Die Gasglocke, die zur Zuführung eines Schutzgases und Bereitstellung einer Schutzgasatmosphäre um den Lichtbogen herum vorgesehen ist, ist auf ihrer dem Lichtbogen zugewandten Innenseite üblicherweise aus einem Material, welches die Anhaftung von Schweißspritzern vermeidet (beispielsweise Kunststoff oder Kupfer). Daher erscheint es zweckmäßig, an der Werkstoffwahl für diesen inneren Abschnitt der Gasglocke festzuhalten. Bekannt sind auch Gasglocken, die einen Außenring und einen Innenring aufweisen, die zwischen sich einen Ringspalt bilden. In den Ringspalt wird Schutzgas zugeführt, welches durch radiale Bohrungen durch den Innenring ins Zentrum in Richtung auf den Lichtbogen bzw. das Schweißteil strömt, um dort die Schutzatmosphäre auszubilden. Für den Außenring einer solchen Gasglocke besteht das Risiko von anhaftenden Schweißspritzern nicht, da er vom Lichtbogen abgewandt bzw. durch den Innenring getrennt angeordnet ist. Erfindungsgemäß sieht daher eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass der Außenring der Gasglocke zugleich Schirmelement ist, also aus einem ferromagnetischen Material gebildet wird. Zugleich kann er in seiner axialen und radialen Ausdehnung so bemessen sein, dass sich eine optimale Schirmwirkung für den Lichtbogen ergibt. According to an advantageous embodiment of the invention, the shielding element is a steel ring, in principle, other ferromagnetic materials can be used. The variant has proved particularly expedient in which the shielding element is part of a gas bell which circumscribes the welding part and partly also the arc around the Z-axis. Although the screen element is basically also separately provided for the gas bell as a separate component, it makes sense to use at least parts of the gas bell as a shielding element. The gas bell, which is provided for supplying a protective gas and providing a protective gas atmosphere around the arc, is usually on its inner side facing the arc of a material which avoids the adhesion of weld spatter (for example, plastic or copper). Therefore, it seems expedient to stick to the choice of material for this inner portion of the gas bell. Also known are gas bells, which have an outer ring and an inner ring, which form an annular gap between them. In the annular gap shielding gas is supplied, which flows through radial holes through the inner ring to the center in the direction of the arc or the welding part to form there the protective atmosphere. For the outer ring of such a gas bell, the risk of adhering weld spatter does not exist, since it is remote from the arc or separated by the inner ring. According to the invention therefore provides a further advantageous embodiment of the invention, that the outer ring of the gas bell is at the same time shielding element, that is formed of a ferromagnetic material. At the same time it can be dimensioned in its axial and radial extent so that there is an optimal shielding effect for the arc.

Da neben den radialen und axialen Abmessungen des Schirmelements auch dessen axiale Position (längs der Z-Achse) von Bedeutung ist, sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Schirmelement in Richtung der Z-Achse verschieblich positionierbar ist. Dadurch lässt sich die optimale Längsposition des Schirmelements genau einstellen, was beispielsweise mittels eines Schraubgewindes möglich ist. Since in addition to the radial and axial dimensions of the shielding element and its axial position (along the Z-axis) is important, provides a further advantageous embodiment of the invention that the shielding element is displaceable positionable in the Z-axis. As a result, the optimum longitudinal position of the screen element can be adjusted exactly, which is possible for example by means of a screw thread.

Zur besonders genauen Abstimmung der Schirmwirkung auf den Lichtbogen sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft vor, dass mehrere Schirmelemente um das Schweißteil und/oder den Lichtbogen angeordnet sind, deren axiale und radiale Abmessungen auch unterschiedlich sein können. So lassen sich die Schirmeffekte auf den Lichtbogen noch besser auf den Einzelfall zuschneiden, wobei einzelne oder alle Schirmelemente in axialer Z-Richtung auch variabel positionierbar sein können. For particularly accurate coordination of the shielding effect on the arc, a further embodiment of the invention advantageously provides that a plurality of shielding elements are arranged around the welding part and / or the arc whose axial and radial dimensions may also be different. Thus, the screen effects on the arc can be cut even better to the individual case, with individual or all screen elements in the axial Z-direction can also be variably positioned.

Zur Vermeidung von anhaftenden Schweißperlen und zum Schutz des Schirmelements, insbesondere auf seiner Unterseite, sieht eine Ausführungsform weiterhin vor, das Schirmelement mit einem Schutz zu versehen. Es kann sich dabei um eine Keramisierung handeln, welche zumindest die Unterseite des Schirmelements vor Anhaftungen schützt. Alternativ kann auch eine geeignete Lackschicht oder ein anderes Material, welches Schweißspritzer oder Schweißperlen abweist, dafür verwendet werden. To avoid adhering beads of sweat and to protect the shielding element, in particular on its underside, an embodiment further provides for providing the shielding element with a protection. It may be a ceramization, which protects at least the underside of the screen element from adhesions. Alternatively, a suitable lacquer layer or another material which repels spatter or weld beads may also be used therefor.

Nachfolgend soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand einer Figurenbeschreibung näher erläutert werden. Die einzige 1 zeigt dabei in schematischer Schnittdarstellung das untere Ende eines Schweißkopfs 1. Entlang einer Achse Z hält der Schweißkopf ein Schweißteil 5, welches auf das unterhalb des Schweißkopfes 1 angedeutete Werkstück 6 aufzuschweißen ist. Ein dazu erzeugter Lichtbogen 8 dient zum Anschmelzen des Werkstücks 6 und/oder des Schweißteils 5 (das Schweißteil 5 ist hier als Aluminiumbolzen mit Hutmutter ausgebildet). An embodiment of the invention will be explained in more detail below with reference to a description of the figures. The only 1 shows a schematic sectional view of the lower end of a welding head 1 , Along an axis Z, the welding head holds a welding part 5 which is on the below the welding head 1 indicated workpiece 6 is to be welded. A generated arc 8th serves to melt the workpiece 6 and / or the welding part 5 (the welding part 5 is here designed as an aluminum bolt with cap nut).

Um das Schweißteil 5 herum ist eine Gasglocke angeordnet, die einen Außenring 2 und einen konzentrisch dazu innerhalb des Außenrings 2 angeordneten Innenring 7 umfasst. Zwischen Außenring 2 und Innenring 7 besteht ein Ringspalt, der mit Schutzgas beaufschlagbar ist, welches durch mehrere Bohrungen im Innenring 7 in den Innenraum 4 der Gasglocke einströmen kann. Der Innenring 7 der Gasglocke ist aus Kunststoff oder Kupfer gefertigt, während der Außenring 2 in dieser Ausführungsform aus Messing gebildet wurde. To the welding part 5 around a bell is arranged, which has an outer ring 2 and concentric with it within the outer ring 2 arranged inner ring 7 includes. Between outer ring 2 and inner ring 7 there is an annular gap, which can be acted upon by inert gas, which through several holes in the inner ring 7 in the interior 4 the gas bell can flow. The inner ring 7 the gas bell is made of plastic or copper, while the outer ring 2 made of brass in this embodiment.

Ein Stahlring 3 umläuft als erfindungsgemäßes Schirmelement rotationssymmetrisch die Gasglocke 2, 7, das Schweißteil 5 und den Lichtbogen 8 zumindest über einen Teil ihrer jeweiliger vertikaler Ausdehnung in Z-Richtung. Das Schirmelement 3 entfaltet eine elektromagnetische Wirkung für den Lichtbogen 8, so dass für diesen eine elektromagnetische symmetrische Umgebung entsteht. Ein nur schematisch angedeuteter ferromagnetischer Fremdkörper 9, der beispielsweise ein bereits angeschweißter Schweißbolzen sein kann, wird in seinem elektromagnetischen Einfluss auf den Lichtbogen 8 durch das Schirmelement 3 zumindest teilweise abgeschirmt, wodurch der Lichtbogen 8 seine Ausrichtung etwa entlang der Z-Achse beibehalten kann und unter Vermeidung der Blaswirkung zu einem vorteilhaften Schweißergebnis führt. Das Schirmelement 3 reduziert einerseits die Einflüsse von außerhalb des Schirmelements 3 angeordneten anderen ferromagnetischen Komponenten 9, andererseits schafft es um die Z-Achse eine elektromagnetisch rotationssymmetrische Umgebung für den Lichtbogen, was ebenfalls seiner bevorzugten senkrechten Ausrichtung dient. A steel ring 3 rotates as a screen element according to the invention rotationally symmetrical the gas bell 2 . 7 , the welding part 5 and the arc 8th at least over part of their respective vertical extent in the Z-direction. The screen element 3 unfolds an electromagnetic effect for the arc 8th , so that for this an electromagnetic symmetric environment arises. An only schematically indicated ferromagnetic foreign body 9 , which may be, for example, an already welded welding stud, is in its electromagnetic influence on the arc 8th through the screen element 3 at least partially shielded, reducing the arc 8th can maintain its alignment approximately along the Z-axis and leads to an advantageous welding result while avoiding the blowing effect. The screen element 3 reduces on the one hand the influences from outside the screen element 3 arranged other ferromagnetic components 9 On the other hand, it creates an electromagnetically rotationally symmetric environment around the Z-axis for the arc, which also serves its preferred vertical orientation.

Claims

Welding device ( 1 ) for connecting a welding part ( 5 ) with a workpiece ( 6 ) after the arc ignition welding process with protective gas, in which an arc between the welding part (before the joining for melting the connection) 5 ) and workpiece ( 6 ) is produced, with a welded part ( 5 ) around an axis (Z) surrounding gas bell ( 2 . 7 ) for forming a welded part ( 5 ) surrounding protective gas atmosphere, characterized in that at least one ferromagnetic, preferably rotationally symmetrical shielding element ( 3 . 3 ' . 3 '' ) around the welding element ( 5 ) and / or the arc is arranged around for the arc to create an electromagnetic symmetric environment.

Device according to claim 1, characterized in that the screen element ( 3 ) is a steel ring.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the screen element ( 3 ) Part of the gas bell ( 2 . 7 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas bell an outer ring ( 2 ) and an inner ring ( 7 ), which form an annular gap, wherein inert gas from the annular gap in the interior of the inner ring ( 7 ) and around the welded part ( 5 ), wherein the outer ring ( 2 ) at the same time 3 ).

Device according to the preceding claim, characterized in that the inner ring ( 7 ) the gas bell ( 2 . 7 ) is made of plastic or copper.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the screen element ( 3 ) in the direction of the axis (Z), in particular by means of a screw thread, is displaceable positionable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of screen elements ( 3 . 3 ' . 3 '' ) are positioned or positionable bar with the same or different inner diameters at different axial heights along the axis (Z).