DE2532311A1

DE2532311A1 - Stud for arc welding onto metal base - where joint surface of stud is provided with ring projection to improve weld strength

Info

Publication number: DE2532311A1
Application number: DE19752532311
Authority: DE
Inventors: Hans Hachtel; Bernhard Dr Klimesch; Abdul Rafey Dr Ing Shaheeb
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1975-07-18
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1977-02-10

Abstract

The projection may have a semicircular or rectangular cross-section where the width at the base of the ring is 3-15% fo the dia. of the stud. The height of the ring projection is pref. 10-70% of the length of the tip used to strike the arc. The stud consists of a shank with a flange comprising a curved contour and a slightly conical end surface. On this surface is a round tip employed to strike the arc. A strong weld is made with the ability to carry stress over the entire area of the joint between the stud and a metal to which the stud is welded.

Description

Schweissbolzen Die Erfindung betrifft einen Schweissbolzen zum Aufschweissen an metallischem Grundmaterial nach dem Lichtbogen-Schweissverfahren, mit kegeliger, einen stumpfen Kegelwinkel aufweisenden Schweissfläche und einer Zündspitzc, Bekannte Schweissbolzen weisen in der Regel einen den Durchmesser des Schaftes überragenden Schweissflansch auf, dessen schwach kegelige Stirnseite die Schweissfläche bildet und die Zündspitze trägt. Letztere hat die Funktion, bei angelegtem Schweissstrom und an die Schweissstelle herangeführtem Schweissbolzen, das Zünden eines Schweisslichtbogens im Zentrum der Schweissfläche einzuleiten. Welding stud The invention relates to a welding stud for welding on metallic base material after the arc welding process, with conical, a welding surface with an obtuse cone angle and an ignition tip, Acquaintance Welding studs generally have a diameter that protrudes beyond the diameter of the shaft Welding flange, the weakly conical face of which forms the welding surface and carries the ignition tip. The latter has the function when welding current is applied and welding stud brought up to the welding point, igniting a welding arc to be initiated in the center of the welding surface.

Beispielsweise beim Kondensatorentladungs-Bolzenschweissen tritt bei Schweissbolzen der genannten Art das Problem auf, dass bei nicht optimaler Abstimmung der Schweissparameter, insbesondere Schweissenergie und Lichtbogenbrennzeit, nur eine unzureichende Güte der Schweissverbindung erreicht wird.For example, it occurs in capacitor discharge stud welding Welding studs of the type mentioned have the problem that if the coordination is not optimal the welding parameters, in particular welding energy and arc burning time, only the quality of the welded joint is inadequate.

Dies rührt einerseits daher, dass während des Schweissprozesses zwischen der Schweissfläche und dem Grundmaterial eine sogenannte Blaswirkung auftritt, die vielfach eine asymmetrische Ausbildung des Lichtbogens und folglich eine einseitige Schweissverbindung verursacht.On the one hand, this is due to the fact that during the welding process between a so-called blowing effect occurs on the welding surface and the base material often an asymmetrical design of the arc and consequently a one-sided Welded connection caused.

Andererseits zeigt sich, dass beispielsweise bei zu grosser Schweissenergie, an der im Bereich der Zündspitze liegenden Zentrumszone der Schweissfläche und in dem dieser Zone gegenüberliegenden Bereich des Grundmaterials ein tiefer kraterförmiger Einbrand auftritt.On the other hand, it has been shown that, for example, if the welding energy is too high, at the center zone of the welding surface in the area of the ignition tip and in the area of the base material opposite this zone is a deep crater-shaped area Penetration occurs.

Erfahrungsgemäss tritt in diesem Falle nur im Bereich der Randzone eine Verschweissung mit dem Grundmaterial ein. Dies führt zu sogenannten Hohlschweissungen, das heisst, es wird hauptsächlich im Bereich der Randzone eine Verschweissung erzielt, während in der Zentrumszone und in dem diese umgebenden Bereich der Schweissfläche keine oder nur eine unzureichende Verbindung auftritt.Experience has shown that in this case it only occurs in the area of the edge zone a weld to the base material. This leads to so-called hollow welds, This means that welding is mainly achieved in the area of the edge zone, while in the central zone and in the area of the welding surface surrounding it no connection or only an inadequate connection occurs.

Bei zu geringer Schweissenergie tritt in der Zentrumszone der Schweissfläche wohl ein weniger tiefer Einbrand auf, dagegen wird aber in der Randzone des Flansches keine zufriedenstellende Schweissverbindung erzielt, weil für die Schmelzbadausbildung im Zentrum der Schweissfläche bereits ein Grossteil der Schweissenergie umgesetzt wurde und somit für die Schmelzbadbildung in der Randzone zuwenig Energie zur Verfügung steht. Der zwischen Zentrumszone und der Randzone liegende kreisringförmige Bereich der Schweissfläche wird bei diesen Bolzen folglich nur unzureichend verschweisst.If the welding energy is too low, it occurs in the center zone of the welding surface probably a less deep penetration, on the other hand it is in the edge zone of the flange no satisfactory welded joint achieved because of the weld pool formation A large part of the welding energy has already been implemented in the center of the welding surface and thus too little energy was available for the formation of the weld pool in the edge zone stands. The circular area between the center zone and the edge zone the welding surface is consequently only inadequately welded with these studs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schweissbolzen zu schaffen, der auch bei nicht optimaler Abstimmung der Schweissparameter eine über die gesamte Schweissfläche gleichmässig tragende Schweissverbindung gewährleistet.The invention is based on the object of providing a welding stud create an over ensures that the weld joint is uniformly load-bearing across the entire weld surface.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der äussere Bereich der Schweissfläche einen im Abstand zur Umfangskontur angeordneten, konzentrisch zur Zündspitze verlaufenden Ringwulst aufweist.According to the invention, the object is achieved in that the outer Area of the welding surface a concentric spaced from the circumferential contour has to the ignition tip extending annular bead.

Die erfindungsgemässe Ausbildung des Bolzens führt dazu, dass nach der Zündung des Lichtbogens im Zentrum der Schweissfläche eine Schmelzung des -innerhalb des Ringwulstes liegenden Bereiches der Schweissfläche erfolgt. Dabei schmilzt dieser Bereich, während sich der Schweissbolzen weiter gegen das Grundmaterial verschiebt. Der Ringwulst bietet nunmehr dem Lichtbogen eine gleichmssig um die Zentrumszone liegende Ansatzfläche und eine Lichtbogenstrecke mit geringem elektrischen Widerstand. Nach dem Schmelzen des Ringwulstes erfasst der Lichbogen in weiterer Folge auch die ausserhalb des Ringwulstes liegende Randzone der Schweissfläche.The inventive design of the bolt leads to the fact that after the ignition of the arc in the center of the welding surface causes a melting of the inside the area of the welding surface lying on the annular bead. This melts Area while the welding stud continues to slide against the base material. The ring bead now offers the arc a uniform area around the center zone lying attachment surface and an arc path with low electrical resistance. After the toroidal bead has melted, the arc also subsequently seizes the edge zone of the welding surface lying outside the annular bead.

Durch diesen gesteuert ablaufenden Schmelzvorgang wird ein übermässiges Anschmelzen der Zentrumszone unterbunden. Zudem wird durch den Ringwulst die Blaswirkung, d. h. eine einseitige Lichtbogenausbreitung in der Randzone weitgehend verhindert.This controlled melting process results in excessive Melting of the central zone prevented. In addition, the ring bead enhances the blowing effect, d. H. a one-sided arc propagation in the edge zone largely prevented.

Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Ringwulst in einem etwa 5 bis 15 % des Durchmessers der Schweissfläche betragenden Abstand von der Umfangskontur anzuordnen.It has proven to be useful, the ring bead in an approximately 5 to 15% of the diameter of the welding surface from the circumferential contour to arrange.

Vorzugsweise weist der Ringwulst einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Schweissbolzen aus Werkstoff mit relativ grosser Neigung zur Porenbildung beim Schweissen, wie beispielsweise Aluminium.The annular bead preferably has a substantially semicircular shape Cross-section on. This embodiment is particularly suitable for welding studs made of material with a relatively high tendency to form pores during welding, such as for example aluminum.

Es hat sich gezeigt, dass der Querschnitt des Ringwulstes aber auch rechteckförmig sein kann.It has been shown that the cross-section of the annular bulge also can be rectangular.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung beträgt die Fussbreite des Ringwulstes etwa 3 bis 15 % des Durchmessers des Schweissbolzens. Versuche haben ergeben, dass diese Stärkerelation des Ringwulstes eine ausreichende Kontaktfläche für den Lichtbogen sowie ein genügendes Schmelzbad im gegenüberliegenden Grundmaterial gewährleistet und gleichzeitig ein Schweissen mit relativ kleiner Schweissenergie erlaubt.According to a further proposal of the invention, the foot width is of the annular bead about 3 to 15% of the diameter of the weld stud. Have attempts show that this strength relation of the annular bead provides a sufficient contact area for the arc and a sufficient weld pool in the opposite base material guaranteed and at the same time welding with relatively low welding energy permitted.

Mit Vorteil ist die Zündspitze als zylinderförmiger Ansatz ausgebildet, wodurch bei entsprechender Wahl der Länge und des Querschnittes der Zündspitze eine exakte und ausgeprägte Lichtbogenzündung im Zentrum der Schweissfläche erzielt wird.The ignition tip is advantageously designed as a cylindrical extension, whereby with appropriate choice of the length and the cross section of the ignition tip a exact and pronounced arc ignition is achieved in the center of the welding surface.

Um sicherzustellen, dass sich der Lichtbogen vorerst im Zentrum der Schweissfläche entwickelt und erst in der Folge in den Bereich des Ringwulstes und anschliessend in die Randzone ausbreitet, beträgt die Höhe des Ringwulstes etwa 10 bis 70 % der Länge des Ansatzes.To make sure that the arc is in the center for the time being the Weld surface developed and only subsequently in the area of the annular bulge and then spreads into the edge zone, the height of the annular bead is approximately 10 to 70% of the length of the neck.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Schweissbolzen mit Schweissflansch und Ringwulst mit halbkreisförmigem Querschnitt, teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen Schweissbolzen mit Ringwulst mit rechteckförmigem Querschnitt, teilweise im Schnitt.The invention is now intended to reproduce, for example, on the basis of it Drawings are explained in more detail, namely show: Fig. 1 a welding stud with welding flange and ring bead with semicircular cross-section, partly in Section, FIG. 2 shows a welding stud with an annular bead with a rectangular cross-section, partly in cut.

Der in Fig. 1 gezeigte Schweissbolzen weist einen Schaft 1 und einen gesamthaft mit 2 bezeichneten Schweissflansch auf. Die als Schweissfläche 2a wirkende Stirnseite des Schweissflansches 2 ist schwach kegelig ausgebildet. Das Zentrum der Schweissfläche 2a wird von einer Zündspitze 3,in Form eines zylinderförmigen Ansatzes> überragt. Ferner ist die Schweissfläche 2a mit einem Ringwulst 4 versehen, der im Abstand von der Umfangskontur 2b des Schweissflansches 2 verläuft. Der Ringwulst 4 weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und besitzt eine Fussbreite B, die im gezeigten Falle etwa zehn Prozent des Durchmessers des Schweissflansches 2 entspricht. Die Höhe H des Ringwulstes 4 beträgt cirka 50% der Länge der Zündspitze 3.The welding stud shown in Fig. 1 has a shaft 1 and a overall with 2 designated welding flange. The one acting as a welding surface 2a The end face of the welding flange 2 is slightly conical. The center the welding surface 2a is of an ignition tip 3, in the form of a cylindrical Approach> towers. Furthermore, the welding surface 2a is provided with an annular bead 4, which runs at a distance from the circumferential contour 2b of the welding flange 2. The ring bulge 4 has a semicircular cross-section and has a foot width B, the in the case shown corresponds to about ten percent of the diameter of the welding flange 2. The height H of the annular bead 4 is approximately 50% of the length of the ignition tip 3.

Die Fig. 2 zeigt einen gesamthaft mit 10 bezeichneten Schweissbolzen. Die zu verschweissende Stirnseite des Schweissbolzens 10 ist als schwach kegelige Schweissfläche 11 ausgebildet.FIG. 2 shows a weld stud designated as a whole by 10. The end face of the welding stud to be welded 10 is as weakly conical welding surface 11 is formed.

Im Zentrum der Schweissfläche 11 ist eine als zylinderförmiger Ansatz ausgebildete Zündspitze 12 angeordnet. In radialem Abstand zur Umfangskontur lOa weist die Schweissfläche 11 einen Ringwulst 13 rechteckigen Querschnitts auf. Die Fussbreite B des Ringwulstes 13 entspricht etwa 10 % des Durchmessers des Schweissbolzens 10. Die Höhe H des Ringwulstes 13 beträgt im dargestellten Beispiel ca. 50 % der Länge der Zündspitze 12.In the center of the welding surface 11 is a cylindrical extension trained ignition tip 12 arranged. At a radial distance from the circumferential contour lOa the welding surface 11 has an annular bead 13 of rectangular cross section. the The foot width B of the annular bead 13 corresponds to about 10% of the diameter of the weld stud 10. The height H of the annular bead 13 is approx. 50% in the example shown Length of the ignition tip 12.

Claims

Welding stud for welding on metallic base material the arc welding process, with a conical, an obtuse cone angle Welding surface and ignition tip, characterized in that the outer area the welding surface (2a, 11) is arranged at a distance from the circumferential contour (2b, 10a), has annular bead (4, 13) extending concentrically to the ignition tip (3, 12).

2. Welding stud according to claim 1, characterized in that the Annular bead (4) has a substantially semicircular cross-section.

3. Welding stud according to claim 1, characterized in that the Annular bead (13) has a rectangular cross-section.

4. Welding stud according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the foot width (B) of the annular bead (4, 13) is about 3 to 15% of the diameter of the welding stud (10).

5. Welding stud according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the ignition tip (3, 12) is designed as a cylindrical extension.

6. Welding stud according to claim 5, characterized in that the Height (H) of the annular bead (4.13) about 10 to 70% of the length of the attachment (3, 12) amounts to, L e r s e i t e