VERFAHREN ZUM ANSCHWEISSEN EINES HALTERS AN EIN BLECH MIT ABTRAGUNG ETWAS HALTERMATERIALS UND DEPONIERUNG AUF DAS BLECH METHOD FOR WELDING A BRACKET TO A SHEET WITH REMOVAL OF SOMETHING BRACKET MATERIALS AND DEPOSITING ON THE SHEET
Die Befindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anschweißen eines Halters mit einem Schmalflächenstumpf an ein Blech, insbesondere Karosserieblech.The condition relates to a method for welding a holder with a narrow surface stump to a metal sheet, in particular a body panel.
Für die Verbindung von bolzen- oder stiftförmigen Haltern mit einem Blech ist das Bolzenschweißverfahren bekannt. Dabei wird zwischen der Stirnfläche des Halters und dem Blech ein Lichtbogen erzeugt, beide Teile werden angeschmolzen und unter geringfügigem Druck zusammengeführt, sie sind dadurch miteinander verbunden.The stud welding method is known for connecting stud-shaped or pin-shaped holders to a sheet. An arc is generated between the end face of the holder and the sheet, both parts are melted and brought together under slight pressure, they are connected to each other.
Bei dem Bolzenschweißen mit Hubzündung wird ein Bolzen durch einen Hubmechanismus in Kontakt mit dem Blech gebracht und eine Spannung zwischen Bolzen und Blech angelegt. Der Bolzen wird etwas vom Blech abgehoben, dabei wird ein Pilotlichtbogen mit geringer Stromstärke gezündet. Anschließend erfolgt die Zündung eines Hauptlichtbogens zwischen Bolzenspitze und Blech. Dabei werden Bolzen und Werkstück angeschmolzen. Nach Ablauf einer eingestellten Schweißzeit wird der Bolzen in die Werkstückschmelze eingetaucht. Die dadurch ausgepresste Werkstückschmelze bildet eine nach außen gewölbte (konvexe) Schweißnaht. Die Stromquelle wird abgeschaltet, die Schmelze erstarrt und kühlt ab. Es entsteht eine Kraftfluss brechende Nahtverbindung. Dabei wird die Werkstückstruktur im Bolzeneintauchbereich inhomogen.In drawn arc stud welding, a stud is brought into contact with the sheet by a lifting mechanism and a tension is applied between the stud and the sheet. The bolt is lifted slightly from the sheet, a pilot arc with low current is ignited. A main arc is then ignited between the tip of the stud and the sheet metal. The bolt and workpiece are melted in the process. After a set welding time has elapsed, the stud is immersed in the workpiece melt. The resulting melted workpiece forms an outwardly convex weld. The power source is switched off, the melt solidifies and cools down. A seam connection that breaks the flow of force is created. The workpiece structure in the pin insertion area becomes inhomogeneous.
Das Bolzenschweißverfahren wird u. a. im Bereich der Automobilindustrie eingesetzt. Es hat den Vorteil, dass die vom Bolzen abgewandte Fläche des Blechs möglichst wenig beeinflusst wird, so dass sie die Außenfläche einer Karosserie bilden kann. Es hat sich aber herausgestellt, dass das Bolzenschweißen nicht immer zu ausreichenden Resultaten führt. Insbesondere müssen Automobilhersteller feststellen, dass Bolzen abfallen wegen Materialstrukturschwäche im Bereich des Bolzenkopfes oder bildet sich der Rost, insbesondere aufgrund eingeschlossenen Kondenswassers an Schweißübergängen. Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, das Schweißverfahren abzuwandeln und so auszubilden, dass eine zuverlässigere Verbindung zwischen Halter und Blech erfolgt und vorzugsweise die vom Halter abgewandte Oberfläche des Bleches noch weniger als bisher beeinflusst wird. ferrATiGUNGSKOPiE
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Anschweißen eines Halters, der eine Schmalfläche aufweist, mit dieser Schmalfläche an ein Blech, insbesondere an ein Karosserieblech angebracht wird, bei welchem Verfahren der Halter in einem freien Abstand seiner Schmalfläche zum Blech gehalten wird, wobei zwischen Halter und Blech eine elektrische Spannung anliegt und zwischen Schmalfläche und Blech ein Lichtbogen brennt, aufgrund des Lichtbogens etwas Material von der Schmalfläche abgetragen und als deponierte Schmelze auf das Blech aufgetragen wird. Anschließend wird der Halter mit dem Blech in Kontakt gebracht, wobei der Halter mit der Schmalfläche in die deponierte Schmelze eintaucht, die Spannung abgeschaltet wird und der Lichtbogen erlischt.The stud welding process is used in the automotive industry, among others. It has the advantage that the surface of the sheet metal facing away from the bolt is influenced as little as possible, so that it can form the outer surface of a body. However, it has been found that stud welding does not always lead to sufficient results. In particular, automobile manufacturers have to determine that studs fall off due to weakness in the material structure in the area of the stud head or that rust forms, in particular due to trapped condensation water at weld transitions. This is where the invention begins. It has set itself the task of modifying the welding process and designing it in such a way that a more reliable connection takes place between the holder and the sheet metal and preferably the surface of the sheet metal facing away from the holder is influenced even less than before. ferrATiGUNGSKOPiE This object is achieved by a method for welding a holder, which has a narrow surface, with this narrow surface to a sheet metal, in particular to a body panel, in which method the holder is held at a free distance from its narrow surface to the sheet metal, between the holder and sheet metal is subjected to an electrical voltage and an arc burns between the narrow surface and sheet metal, some material is removed from the narrow surface due to the arc and is applied to the sheet metal as a deposited melt. The holder is then brought into contact with the sheet, the holder dipping into the deposited melt with the narrow surface, the voltage being switched off and the arc extinguishing.
Bei diesem Verfahren werden im Gegensatz zum Bolzenschweißverfahren nicht stift- oder bolzenförmige Halter angeschweißt, sondern Halter, die eine längliche Schmalfläche aufweisen. Im Wesentlichen sind die Halter flache Blechstücke, die mit einer Schmalseite aufgeschweißt werden. Die Blechstücke können aber auch beliebig geformt, beispielsweise gebogen sein. Es bleibt aber bei der im Wesentlichen länglichen Schmalseite.In contrast to the stud welding process, this method does not weld stud-shaped or stud-shaped holders, but holders that have an elongated narrow surface. The holders are essentially flat sheet metal pieces that are welded on with a narrow side. The sheet metal pieces can also be shaped as desired, for example bent. However, the essentially elongated narrow side remains.
Unter der Wirkung des Lichtbogens wird der Halter im Bereich der Schmalfläche etwas abgetragen und wird das abgetragene Material als deponierte Schmelze auf das Blech aufgetragen. Lediglich der Halter wird langsam abgeschmolzen, das Blech wird erhitzt und verbindet sich mit der nach und nach deponierten Schmelze. Die zum Halter zugewandte Oberfläche des Bleches wird durch die vom Halter aufgetragene Eigenschmelze aufgebaut und dadurch verstärkt. Nach einer festgelegten Abschmelzzeit, die beispielsweise 30 bis 200 Millisekunden betragen kann und die im Wesentlichen der Zeitdauer des Lichtbogens entspricht, wird der Halter mit dem Blech in Kontakt gebracht, wobei er praktisch kraftfrei in die deponierte Schmelze, die weitgehend schmelzflüssig ist, eintaucht und an der Oberfläche des Blechs anstoßen kann. Es zeigt sich nun, dass dabei die deponierte Schmelze sich zum Halter hin bewegt und an diesem etwas hochgezogen wird, wie man es auch bei unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Glas und Wasser, kennt. Mit diesem anschließenden Kohäsionseffekt entsteht eine Kraftfließende Nahtverbindung. Zur Schweißnaht trägt auch schmelzflüssiges Material bei, das sich (noch) an der Schmalfläche 22
befindet. Da die deponierte Schmelze aus dem Material des Halters besteht, wird das vorliegende Verfahren auch als Kohäsionsschweißen bezeichnet. Entscheidend ist jedenfalls, dass es ohne Zusatzwerkstoffe abläuft, die Schweißung im Lichtbogen erfolgt wie beim Bolzenschweißverfahren lediglich zwischen Halter und Blech.Under the effect of the arc, the holder is slightly removed in the area of the narrow surface and the removed material is applied to the sheet as a deposited melt. Only the holder is slowly melted, the sheet is heated and combines with the gradually deposited melt. The surface of the sheet facing the holder is built up by the self-melt applied by the holder and thereby reinforced. After a fixed melting time, which can be, for example, 30 to 200 milliseconds and which essentially corresponds to the duration of the arc, the holder is brought into contact with the sheet metal, immersing it in and practically force-free in the deposited melt, which is largely molten can hit the surface of the sheet. It can now be seen that the deposited melt moves towards the holder and is pulled up a little on it, as is also the case with different materials, such as glass and water. This subsequent cohesion effect creates a force-flowing seam connection. Molten material that (still) adheres to the narrow surface 22 also contributes to the weld seam located. Since the deposited melt consists of the material of the holder, the present method is also referred to as cohesive welding. In any case, it is crucial that it takes place without filler materials, as in the arc welding process, as with the stud welding process, only between the holder and the sheet metal.
Besonders entscheidend ist die gezielte Abschmelzung von etwas Material aus dem Halter und der Übergang bzw. das Auftragen dieses Materials auf dem Blech, wo es die deponierte Schmelze bildet. Das Blech wird dadurch selbst zwar deutlich erhitzt, aber ansonsten nicht beeinflusst. Die direkte Einflussnahme auf die oder gar Zerstörung der Blechstruktur, wie sie beim Bolzenschweißen oft auftritt, wird verhindert. Anders als beim Bolzenschweißen, wo sich ein nach außen hin gewölbter (konvexer) Wulst rings um den Bolzen im Bereich der Verbindungsstelle ergibt, stellt man bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahren eine nach innen hin gewölbten (konkave), jedenfalls nicht nach außen hin gewölbte (konvexe) Nacht, bzw. Anfüllung fest. Beim Kontakt zwischen Halter und Blech am Ende des Schweißvorgangs zieht sich das Material aus der deponierten Schmelze etwa an die angrenzende Fläche des Halters hoch und bildet diese konkave Naht bzw. Anfüllung.The targeted melting of some material from the holder and the transfer or application of this material to the sheet metal, where it forms the deposited melt, are particularly crucial. The sheet itself is heated significantly, but is not otherwise affected. The direct influence on the or even destruction of the sheet metal structure, as often occurs in stud welding, is prevented. In contrast to stud welding, where there is an outwardly bulging (convex) bead around the stud in the area of the connection point, in the welding method according to the invention an inwardly bulging (concave), in any case not bulging outwards (convex) Night or stuffing. When there is contact between the holder and the sheet metal at the end of the welding process, the material from the deposited melt pulls up to the adjacent surface of the holder and forms this concave seam or filling.
Die Verbindung der so angeschweißten Halter mit dem Blech ist ausgesprochen gut, es werden sehr hohe Festigkeiten erreicht. Insbesondere aber bleiben beim späteren Überlackieren keine Hohlräume zurück. Das Aufplatzen von Lackschichten, unter denen Kondenswasser eingeschlossen war, während des Lacktrocknens in einem Ofen, wird nicht beobachtet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, vor dem eigentlichen Lichtbogen einen Vorläuferlichtbogen, auch Pilotlichtbogen genannt, zu zünden. Dieser schafft die Voraussetzungen, dass der Hauptlichtbogen stabil zündet, gut brennt und lokalisiert ist. Der Vorläuferlichtbogen kann durch einen kleinen, vorläufigen Strom aufrechterhalten werden, der deutlich kleiner ist als der eigentliche Schweißstrom. Der Vorläuferlichtbogen kann aber auch auf andere Weise erzeugt werden, beispielsweise durch eine Plasma Entladung oder durch eine höhere elektrische Spannung, die unmittelbar einen Lichtbogen über einen größeren Abstand zündet.The connection of the welded-on holder to the sheet is extremely good, very high strengths are achieved. In particular, however, no voids are left behind when painting over later. The bursting of layers of paint, under which condensation was trapped, while drying the paint in an oven is not observed. It has proven to be advantageous to ignite a precursor arc, also called a pilot arc, in front of the actual arc. This creates the conditions for the main arc to ignite stably, burn well and be localized. The precursor arc can be maintained by a small, preliminary current that is significantly smaller than the actual welding current. However, the precursor arc can also be generated in another way, for example by a plasma discharge or by a higher electrical voltage which ignites an arc directly over a greater distance.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird beim Anschweißen der Halter kürzer. Dies beobachtet man auch beim Bolzenschweißverfahren. Ein Teil des Materials der
Schmalfläche wird für den Schweißvorgang benötigt. Der Halter ist typischerweise im angeschweißten Zustand mindestens I mm kürzer, meistens 2 bis 3 mm kürzer als vor dem Anschweißen.In the method according to the invention the holder becomes shorter when it is welded on. This is also observed in the stud welding process. Part of the material of the Narrow area is required for the welding process. The holder is typically at least 1 mm shorter in the welded-on state, usually 2 to 3 mm shorter than before welding.
Das Verfahren eignet sich für elektrisch leitende Halter und Bleche, insbesondere Bleche und Halter aus Stahl, legiert und unlegiert. Es ist auch für andere Metalle, beispielsweise für Aluminium, einsetzbar.The method is suitable for electrically conductive holders and sheets, in particular sheets and holders made of steel, alloyed and unalloyed. It can also be used for other metals, for example aluminum.
Vorzugsweise ist die Schmalfläche des Halters vor dem Anschweißen nicht eben, sondern leicht gebogen, hat eine stumpfe oder scharfe Spitze, ein Kuppe oder auch eine Wölbung. Im Folgenden wird allgemein von einem Vorsprung an der Schmalfläche gesprochen. An diesem Vorsprung zündet der Lichtbogen. Er befindet sich im geringsten Abstand zum ebenen Blech. Der Vorsprung befindet sich Vorteilhafterweise in der Mitte der Schmalfläche. Der Hauptlichtbogen erstreckt sich über die gesamte Stirnfläche des Halters im Bereich seiner Schmalfläche, der Hauptlichtbogen ist also nicht irgendwie lokalisiert. Die Schmalfläche verläuft im Wesentlichen parallel zum Blech.The narrow surface of the holder is preferably not flat before welding, but is slightly curved, has a blunt or sharp tip, a tip or a curvature. In the following we generally speak of a protrusion on the narrow surface. The arc ignites at this projection. It is located the smallest distance from the flat sheet. The projection is advantageously in the middle of the narrow surface. The main arc extends over the entire end face of the holder in the area of its narrow surface, so the main arc is not located in any way. The narrow surface runs essentially parallel to the sheet.
Die Schmalfläche hat eine Länge, die deutlich größer ist als ihre Breite. Im Wesentlichen ist die Schmalfläche daher länglich. Sie hat vorzugsweise eine konstante Breite, ist also eine schmale Rechteckfläche. Sie kann beliebig gebogen sein, z.B. S- förmig, L- förmig oder in Form eines Rohres. Der Halter kann auch selbst ein geschlossenes Rohr sein. Entscheidend ist, dass die Schmalfläche relativ lang gestreckt ist, insbesondere mindestens eine viermal, vorzugsweise mindestens eine zehnmal größere Länge als Breite aufweist, so dass die Schmalfläche im Vergleich zu der kompakten Stirnfläche eines Bolzens nach dem Stand der Technik eine relativ große Erstreckung aufweist.The narrow surface has a length that is significantly larger than its width. The narrow surface is therefore essentially elongated. It preferably has a constant width, so it is a narrow rectangular area. It can be bent as desired, e.g. S-shaped, L-shaped or in the form of a tube. The holder can also be a closed tube itself. It is crucial that the narrow surface is relatively long, in particular at least four times, preferably at least ten times larger, than the width, so that the narrow surface has a relatively large extension compared to the compact end surface of a prior art bolt.
Das Verfahren ist keineswegs auf die Verbindung von Haltern und Karosserieblechen beschränkt, vielmehr kann es überall dort eingesetzt werden, wo heute auch das Bolzenschweißverfahren, insbesondere das Hubzündverfahreri, eingesetzt wird. Der Halter selbst kann eine beliebige Form haben, sofern er nur im Bereich der Schmalfläche die lang gestreckte Geometrie aufweist. Im Abstand von der Schmalfläche und in dem Bereich, in dem kein Material vom Halter abgetragen wird,
kann der Halter eine beliebige Form haben, beispielsweise sich stark ausdehnen, relativ lang sein und dergleichen. Für den Schweißvorgang kommt es nur auf die Ausbildung der Schmalfläche und auf ihre unmittelbare Umgebung, sozusagen die unmittelbar benachbarten ca. 5 mm, an.The method is by no means limited to the connection of brackets and body panels, rather it can be used wherever the stud welding method, in particular the drawn arc ignition method, is used today. The holder itself can have any shape, provided that it only has the elongated geometry in the area of the narrow surface. At a distance from the narrow surface and in the area in which no material is removed from the holder, the holder can have any shape, for example expand greatly, be relatively long and the like. The only thing that is important for the welding process is the formation of the narrow surface and its immediate surroundings, so to speak, the immediately adjacent approx. 5 mm.
Auch das Blech muss bestimmte Bedingungen erfüllen. Es muss gewährleistet sein, dass unter der Wirkung des Lichtbogens die deponierte Schmelze sich ausreichend mit dem Blech verbindet. Das Blech muss eine ausreichende Temperatur im Bereich der Stelle erreichen können, auf der sich die deponierte Schmelze befindet. Karosseriebleche aus dem Kraftfahrzeugbereich erfüllen diese Bedingung im Allgemeinen, sie haben eine Dicke von etwa 0,6 bis maximal 5 mm, beispielsweise 1 ,6 mm. Auch der Abstand d zwischen Halter und Blech ist wichtig.The sheet must also meet certain conditions. It must be ensured that the deposited melt is adequately bonded to the sheet under the effect of the arc. The sheet must be able to reach a sufficient temperature in the area where the deposited melt is located. Body panels from the motor vehicle sector generally meet this condition, they have a thickness of approximately 0.6 to a maximum of 5 mm, for example 1.6 mm. The distance d between the holder and the sheet is also important.
Es scheint sich als günstig zu erweisen, die Materialstärke des Halters im Bereich seiner Schmalfläche an die Dicke des Karosserieblechs anzupassen. Dadurch wird die erfindungsgemäße Erosion von Material des Halters und Auftragen dieses Materials als deponierte Schmelze auf das Blech begünstigt. So sollte man bei dünnen Blechen dünne Halter verwenden und umgekehrt. Die Materialdicke des Halters im Bereich seiner Schmalfläche soll sich möglichst nicht mehr als um den Faktor 5 von der Dicke des Blechs unterscheiden. Es ist vorteilhaft, wenn die Breite der Schmalfläche nicht sehr unterschiedlich ist von der Dicke des Blechs, beispielsweise höchstens halb bis doppelt so dick ist wie die Dicke des Blechs. Die Unterschiede sollten möglichst noch darunter liegen.It seems to be advantageous to adapt the material thickness of the holder in the area of its narrow surface to the thickness of the body panel. This favors the erosion of the material of the holder according to the invention and the application of this material as a deposited melt to the sheet metal. So you should use thin holders for thin sheets and vice versa. If possible, the material thickness of the holder in the area of its narrow surface should not differ from the thickness of the sheet by more than a factor of 5. It is advantageous if the width of the narrow surface is not very different from the thickness of the sheet, for example at most half to twice the thickness of the sheet. The differences should be less if possible.
Die Erfindung wird in folgenden, anhand von Ausführungsbeispielen, die nicht einschränkend zu verstehen sind, näher erläutert. Diese dienen auch der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Erläuterung erfolgt unter Bezugnahme auf die Zeichnung. In dieser zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are not to be understood as restrictive. These also serve to explain the method according to the invention. The explanation is given with reference to the drawing. In this show
Fig. 1 eine prinzipielle Seitenansicht eines Halters der sich im Abstand von einem Blech befindet, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Schmalfläche des Halters, Fig. 3 eine Seitenansicht wie Figur I, jedoch ist der Halter nunmehr in Kontakt mit dem Blech und es fließt ein vorläufiger Strom,
Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Figur I, jedoch ist nun ein Vorläuferlichtbogen gezündet Fig. 5 eine Darstellung wie Figur 4, jedoch ist nunmehr ein Hauptlichtbogen gezündet, der die Voraussetzungen für den späteren Schweißvorgang schafft, Fig. 6 ein Schnittbild durch den Verbindungsbereich des Halters mit dem Blech in vergrößerter Darstellung und Fig. 7 eine Zusammenstellung der einzelnen Abläufe in einem Schaubild mit vier Teilbildern.Fig. 1 is a basic side view of a holder which is at a distance from a sheet, Fig. 2 is a plan view of the narrow surface of the holder, Fig. 3 is a side view like Figure I, but the holder is now in contact with the sheet and it flows a provisional stream 4 shows a representation similar to FIG. 1, but a precursor arc has now been ignited. FIG. 5 shows a representation like FIG. 4, but a main arc is now ignited, which creates the conditions for the subsequent welding process, FIG with the sheet in an enlarged representation and FIG. 7 shows a compilation of the individual processes in a diagram with four partial images.
Der Halter 20 ist ein im Wesentlichen flaches Blechteil aus Stahlblech. Seine Ma- terialdicke beträgt etwa 1,5 mm. Er hat eine untere Schmalfläche 22, die unmittelbar einem Blech 24 gegenüber liegt und weitgehend parallel zu dem Blech steht. Der Abstand beträgt etwa 2 - 6 mm. Das Blech hat eine Materialstärke von etwa 2 mm.The holder 20 is a substantially flat sheet metal part made of sheet steel. Its material thickness is approximately 1.5 mm. It has a lower narrow surface 22 which lies directly opposite a sheet 24 and is largely parallel to the sheet. The distance is about 2 - 6 mm. The sheet has a material thickness of approximately 2 mm.
Der Halter 20 hat eine parallel zum Blech gemessene Breite von etwa 18mm. Der Abstand der Schmalfläche 22 zu einer freien, oberen Kante 26 beträgt etwa 30 mm. Die Schmalfläche 22 ist abgerundet, dabei befindet sich ein Vorsprung 28 im Flächenmittelpunkt bzw. im mittleren Bereich der Schmalfläche 22. Der Vorsprung 28 liegt dem Blech 24 näher als die anderen Bereiche der Schmalfläche 22. Anstelle einer Abrundung kann eine Spitze oder dergleichen vorgesehen werden, wobei bevorzugt ist, dass die Schmalfläche 22 etwa in ihrem Flächenmittelpunkt dem Blech 24 am nächsten ist.The holder 20 has a width of approximately 18 mm measured parallel to the sheet. The distance between the narrow surface 22 and a free, upper edge 26 is approximately 30 mm. The narrow surface 22 is rounded, there is a projection 28 in the center of the surface or in the central region of the narrow surface 22. The projection 28 is closer to the sheet 24 than the other regions of the narrow surface 22. Instead of a rounding, a tip or the like can be provided, it is preferred that the narrow surface 22 is closest to the sheet 24 at approximately its center point.
Fig. 2 zeigt, dass die Schmalfläche 22 im Wesentlichen länglich ist. Die Rechtecklänge, die der Breite des Halters 20 entspricht, ist der als 10-mal größer als die Rechteckhöhe, die der Blechdicke entspricht. Fig. 2 soll die längliche Ausbildung der Schmalfläche 25 verdeutlichen. Anstelle der gezeigten gestreckten Ausführung der Schmalfläche 22 kann diese auch gebogen, geknickt usw. verlaufen.2 shows that the narrow surface 22 is essentially elongated. The rectangle length, which corresponds to the width of the holder 20, is 10 times greater than the rectangle height, which corresponds to the sheet thickness. 2 is intended to illustrate the elongated design of the narrow surface 25. Instead of the elongated design of the narrow surface 22 shown, it can also be curved, kinked, etc.
Beim praktischen Einsatz ist das Blech 24 zumeist irgendwie festgelegt oder mit einem größeren Teil verbunden, so dass es stationär ist. Der Halter 20 wird normalerweise bewegt. Er ist in einer Haltevorrichtung 30 gehalten, diese kann im Sinne eines Doppelpfeiles 32 rechtwinklig zum Blech 24 bewegt werden. In Fig. 3 ist die
Haltevorrichtung 30 nur angedeutet und es kann eine beliebige Haltevorrichtung 30 eingesetzt werden, beispielsweise auch eine Haltevorrichtung 30, wie sie aus den Verfahren für Bolzenschweißung bekannt ist.In practical use, the sheet 24 is usually somehow fixed or connected to a larger part so that it is stationary. The holder 20 is normally moved. It is held in a holding device 30, which can be moved at right angles to the sheet 24 in the direction of a double arrow 32. 3 is the Holding device 30 only indicated and any holding device 30 can be used, for example also a holding device 30, as is known from the methods for stud welding.
Der Halter 20 ist an eine Spannungsquelle 34 angeschlossen, die den Schweißstrom liefert. Die Spannungsquelle hat eine Ausgangspannung von 0,1 bis I Volt beispielsweise 0,5 bis 0,6 Volt Gleichspannung. Der Pluspol ist mit dem Halter 20 verbunden. Dabei ist vorzugsweise die Haltevorrichtung 30 so ausgebildet, dass sie zugleich den elektrischen Kontakt mit dem Halter 20 liefert. Der Minuspol der Spannungsquelle ist über einen Widerstand 36 großflächig mit dem Blech 24 verbunden. Die Kontaktierung mit dem Blech 24 erfolgt großflächig und so, dass keine Veränderungen oder Beeinflussungen am Blech 24 auftreten, sie erfolgt vorzugsweise auf der selben Seite des Blechs, auf der auch der Halter 20 angeschweißt werden soll.The holder 20 is connected to a voltage source 34 which supplies the welding current. The voltage source has an output voltage of 0.1 to 1 volt, for example 0.5 to 0.6 volt direct voltage. The positive pole is connected to the holder 20. The holding device 30 is preferably designed such that it simultaneously provides the electrical contact with the holder 20. The negative pole of the voltage source is connected to the sheet 24 over a large area via a resistor 36. The contact with the sheet 24 takes place over a large area and in such a way that no changes or influences occur on the sheet 24; it is preferably carried out on the same side of the sheet on which the holder 20 is also to be welded.
Im Gegensatz zur Darstellung nach Fig. I ist in Fig. 3 der Halter 20 nun im Bereich seines Vorsprungs 28 in Kontakt mit dem Blech 24. Damit liegt ein geschlossener Stromkreis vor, der Kurzschlussstrom wird durch den Widerstand 36 auf einen kleinen, vorläufigen Strom begrenzt wird, der beispielsweise bei 50 A liegt.In contrast to the illustration according to FIG. I, the holder 20 is now in contact with the sheet metal 24 in the region of its projection 28. A closed circuit is thus present, the short-circuit current is limited by the resistor 36 to a small, provisional current is, for example, at 50 A.
In Fig. 4 ist ausgehend von der Position gemäß Fig. 3 der Halter 20 nun mittels der Haltevorrichtung 30 nach oben, vom Blech 24 wegbewegt. Dabei bildet sich ein Vorläuferlichtbogen aus, der durch die Spannungsquelle 34 gespeist ist. Es fließt weiterhin ein Strom von etwa 50 A. Der Vorläuferlichtbogen 38 hat eine E-nergie, die etwa bei 25 Watt liegt, sie ist für den Schweißvorgang nicht ausreichend. Der Vorläuferlichtbogen 38 ebnet den Weg für den späteren, eigentlichen Lichtbogen 42. Fig. 4 zeigt den Zustand mit dem Vorläuferlichtbogen 38. Die Schmalfläche 22 des Halters 20 befindet sich in einem Abstand von Blech 24, der etwa bei 3 mm liegt, typischerweise liegt er zwischen 0,5 und 6 mm.In FIG. 4, starting from the position according to FIG. 3, the holder 20 is now moved upwards away from the sheet 24 by means of the holding device 30. A precursor arc is formed, which is fed by the voltage source 34. A current of approximately 50 A continues to flow. The precursor arc 38 has an energy which is approximately 25 watts, it is not sufficient for the welding process. The precursor arc 38 paves the way for the later actual arc 42. FIG. 4 shows the state with the precursor arc 38. The narrow surface 22 of the holder 20 is at a distance from the sheet 24, which is approximately 3 mm, typically it is between 0.5 and 6 mm.
Fig. 5 entspricht der Darstellung gemäß Fig. 4, jedoch ist nun der Widerstand 36 überbrückt. Dies erfolgt über einen Schalter 40, der aus Vereinfachungsgründen in den bisherigen Figuren nicht dargestellt ist. Es kann nur ein hoher Strom fließen, der beispielsweise im Bereich von 350 bis 2000 A liegt, er wird auch als Schweißstrom bezeichnet. Dadurch wird eine deutliche Verstärkung des Lichtbogens erreicht, wie ein
Vergleich der Fig. 4 und 5 zeigt. Der Lichtbogen ist nun in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 42 versehen und wird auch als Hauptlichtbogen bezeichnet. In diesem Lichtbogen 42 ist nun eine viel höhere Energie enthalten, die zu einem starken Erhitzen von Blech 24 und Halter 20 führt, wobei diese Erhitzungen lokal begrenzt sind auf die unmittelbare Nähe des Lichtbogens 42. Eine Wärmeleitung findet zwar statt, angesichts der sehr kurzen Zeitdauer des Schweißvorgangs kann sie aber vernachlässigt werden. Der Lichtbogen 42 führt dazu, dass unter der sehr starken Erhitzung des Halters im Bereich der Schmalfläche 22 Material des Halters 20 abgetragen wird. Dies erfolgt an den Stellen 44 Das abgetragene Material schlägt sich auf dem Blech 24 nieder, genauer auf der der Schmalfläche gegenüberliegenden Seite des Blechs 24, und bildet dort eine deponierte Schmelze. Diese verbindet sich mit dem Blech 24, dass durch den Lichtbogen 42 für diese Verbindung entsprechend heiß erhitzt ist. Nach einer Dauer von 5 bis 250 Millisekunden, beispielsweise 90 Millisekunden, in der der hohe Strom fließt und der Lichtbogen 42 besteht, wird der Halter 20 wieder dem Blech 24 angenähert, bis er in Kontakt mit der deponierten Schmelze 46 kommt und diese eintaucht. Dabei erlischt der Lichtbogen 42 aufgrund des Kurzschlusses. Der Strom wird abgeschaltet.FIG. 5 corresponds to the representation according to FIG. 4, but the resistor 36 is now bridged. This is done via a switch 40, which is not shown in the previous figures for reasons of simplification. Only a high current can flow, for example in the range from 350 to 2000 A, it is also referred to as welding current. As a result, a significant increase in the arc is achieved, such as Comparison of FIGS. 4 and 5 shows. The arc is now provided with the reference symbol 42 in FIG. 5 and is also referred to as the main arc. A much higher energy is now contained in this arc 42, which leads to a strong heating of the sheet 24 and the holder 20, these heats being limited locally to the immediate vicinity of the arc 42. Heat conduction does take place, given the very short period of time of the welding process, however, it can be neglected. The arc 42 leads to material of the holder 20 being removed under the very strong heating of the holder in the area of the narrow surface 22. This takes place at the points 44. The removed material is deposited on the sheet 24, more precisely on the side of the sheet 24 opposite the narrow surface, and forms a deposited melt there. This connects to the sheet 24, which is heated appropriately hot for this connection by the arc 42. After a period of 5 to 250 milliseconds, for example 90 milliseconds, in which the high current flows and the arc 42 exists, the holder 20 is again brought closer to the sheet 24 until it comes into contact with the deposited melt 46 and immerses it. The arc 42 goes out due to the short circuit. The electricity is switched off.
Der Halter 20 hat etwas von seiner Gesamtlänge verloren, beispielsweise mindestens 1mm, typischerweise 2 bis 3 mm. Beim Eintauchen in die deponierte Schmelze kommt er mit dieser und zumeist auch der Oberfläche des Blechs 24 in Kontakt. Das Eintauchen erfolgt ohne Kraft. Beim Eintauchen zieht sich das Material der deponierten Schmelze 46 an dem heißen Halter 20 etwas hoch, wie man es von adhäsiven Vorgängen kennt. Da es sich hier aber um gleiches Material handelt, wird von einer Kohäsion gesprochen. Das Ergebnis zeigt Fig. 6, die einen Schnitt in Richtung des Doppelpfeils 32, aber rechtwinklig zur Papierebene der Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt. Es ist zu erkennen, dass das Material, das vom Halter 20 stammt, eine im Wesentlichen dreieckförmige Naht bzw. Anfüllung 48 bildet, die konkav gewölbt ist, jedenfalls nicht nach außen konvex gewölbt ist. Ihr Zustand ist typisch für eine gute Schweißverbindung. Nach Erkalten und Entfernen der Hilfsgeräte ist die Schweißverbindung fertig gestellt.The holder 20 has lost some of its total length, for example at least 1 mm, typically 2 to 3 mm. When immersed in the deposited melt, he comes into contact with it and usually also with the surface of the sheet 24. The immersion takes place without force. When immersed, the material of the deposited melt 46 pulls up slightly on the hot holder 20, as is known from adhesive processes. Since this is the same material, we speak of cohesion. The result is shown in FIG. 6, which shows a section in the direction of the double arrow 32, but at right angles to the paper plane of the illustration in FIG. 5. It can be seen that the material originating from the holder 20 forms an essentially triangular seam or filling 48 that is concavely curved, in any case not convexly outwardly. Their condition is typical for a good welded joint. After the auxiliary devices have cooled and removed, the welded connection is completed.
Die beschriebenen Vorgänge sollen noch einmal anhand der Darstellung gemäß Fig. 7 erläutert werden, die die einzelnen Phasen in einem Schaubild zusammenfasst, das als
waagerechte Achse (x-Achse) die Zeitachse hat. Im obersten Teil ist der Halter 20 in fünf unterschiedlichen Positionen dargestellt, die er während des Zeitverlaufs einnimmt. Unter dem Halter befindet sich Blech 24, das stationär ist und durchlaufend gezeigt ist.The processes described are to be explained once again with reference to the representation according to FIG. 7, which summarizes the individual phases in a diagram which is shown as horizontal axis (x-axis) has the time axis. In the uppermost part, the holder 20 is shown in five different positions that it occupies during the course of time. Under the holder is sheet 24, which is stationary and is shown continuously.
Direkt unter diesem obersten ersten Teilbild von Fig. 7 ist in einem zweiten Teilbild der Abstand d des Halters vom Blech 24 über der Zeit dargestellt.Directly below this uppermost first partial image from FIG. 7, the distance d of the holder from the sheet 24 is shown over time in a second partial image.
Darunter ist im dritten Teilbild die Stärke des Lichtbogens 42 in willkürlichen Einheiten D über der Zeit t dargestellt, z.B. optisch gemessen, insbesondere über die Lichtintensität D. Man erkennt zunächst einen kleinen Lichtbogen 38 mit der relativen Stärke I, danach einen starken Lichtbogen 42 mit der relativen Stärke 5. Im vierten Teilbild wiederum ist der Verlauf des Schweißstroms I über der Zeit t dargestellt, er nimmt z.B. die Werte 30 A und 2000 A an.Below this, the strength of the arc 42 is shown in arbitrary units D over the time t, e.g. measured optically, in particular by means of the light intensity D. First, a small arc 38 with the relative strength I can be seen, then a strong arc 42 with the relative strength 5. The fourth partial image in turn shows the course of the welding current I over time t, he takes for example the values 30 A and 2000 A.
Es wird nun auf die einzelnen Zustände eingehend eingegangen: Vor dem Zeitpunkt t=0 befindet sich der Halter 20 in einem Abstand d von etwa 15 mm vom Blech 26. Er wird dann zum Zeitpunkt 0 auf das Blech 24 hin bewegt und erreicht einen Kontakt mit dem Blech, der kurz nach dem Zeitpunkt 0 auftritt. In diesem Zustand wird nun die Schweißspannung eingeschaltet, die in einer Alternative aber auch schon vor dem mechanischen Kontakt eingeschaltet sein kann. Es fließt ein vorläufiger Strom I von etwa 30 A. Er liegt nach etwa 80 ms vor. Etwas später wird der Halter 20 vom Blech 26 abgehoben und hat dann eine Entfernung von etwa d = 6 mm vom Blech 24. Beim Abheben des Halters 20 vom Blech 24 bildet sich ein Vorläuferlichtbogen 38 aus. Zum Zeitpunkt 120 ms hat der Halter 20 einen Abstand d von etwa 6 mm vom Blech 24, der Lichtbogen 38 brennt mit der relativen Stärke I und es fließt ein Strom von etwa 30 A. Dieser Zustand kann an sich relativ lange aufrechterhalten werden. Es hat sich gezeigt, dass es günstig ist, nach etwa 180 Millisekunden den vollen Schweißstrom von etwa 2000 A einzuschalten. Dadurch springt der Lichtbogen auf die relative Stärke 5 und liegt nun als Haupt-Lichtbogen 42 vor. Der Abstand d des Halters 20 vom Blech 24 verbleibt bei 6 mm. Die Zeitdauer des großen Schweißstroms und auch des Lichtbogens 42 ist kritisch und wichtig, da das Schweißergebnis davon abhängt. Der volle Schweißstrom liegt etwa 150 ms an. Während dieser Zeit ist der Halter 20 zunächst noch weiterhin im Abstand 6 mm vom
Blech 24. Zum Zeitpunkt etwa t=260 ms wird der Halter 20 dem Blech 24 genähert. Er ist nun etwas kürzer geworden, da ein Teil seines Materials abgetragen wurde. Der Kontakt mit dem Blech 24 kommt bei minus 3 mm zustande, anders ausgedrückt hat der Halter 3 mm seiner Länge verloren, siehe Abschmelztiefe in Fig. 7. Beim Kontakt mit der deponierten Schmelze 46 auf dem Blech 24 reißt der Lichtbogen 42 ab. Der Schweißstrom kann kurz noch einmal bewusst erhöht werden oder wird allein durch den Kontakt bzw. Kurzschluss erhöht, siehe Anstieg auf über 2000 A. Er wird dann abgeschaltet. Nach 350 ms ist der Schweißstrom auf 0. Der Schweißvorgang ist beendet.The individual states will now be discussed in detail: before the time t = 0, the holder 20 is at a distance d of approximately 15 mm from the sheet metal 26. It is then moved to the sheet metal 24 at time 0 and makes contact with the sheet that occurs shortly after time 0. In this state, the welding voltage is now switched on, which in an alternative can also be switched on before the mechanical contact. A preliminary current I of approximately 30 A flows. It is present after approximately 80 ms. A little later, the holder 20 is lifted off the sheet 26 and then has a distance of approximately d = 6 mm from the sheet 24. When the holder 20 is lifted off the sheet 24, a precursor arc 38 is formed. At the time 120 ms, the holder 20 is at a distance d of approximately 6 mm from the sheet 24, the arc 38 burns with the relative strength I and a current of approximately 30 A flows. This state in itself can be maintained for a relatively long time. It has been shown that it is advantageous to switch on the full welding current of approximately 2000 A after approximately 180 milliseconds. As a result, the arc jumps to the relative strength 5 and is now present as the main arc 42. The distance d of the holder 20 from the sheet 24 remains 6 mm. The length of time of the large welding current and also the arc 42 is critical and important since the welding result depends on it. The full welding current is approximately 150 ms. During this time, the holder 20 is initially still at a distance of 6 mm from the Sheet 24. At time t = 260 ms, the holder 20 is approached the sheet 24. It has now become somewhat shorter because part of its material has been removed. Contact with the sheet 24 occurs at minus 3 mm, in other words the holder has lost 3 mm of its length, see melting depth in FIG. 7. When contacting the deposited melt 46 on the sheet 24, the arc 42 breaks off. The welding current can be briefly increased again or is increased by the contact or short circuit alone, see increase to over 2000 A. It is then switched off. After 350 ms the welding current is at 0. The welding process is finished.
Ein Vorteil des Kohäsionsschweißens, wie es oben beschrieben wurde, liegt darin, dass das Material aus der deponierten Schmelze kriechend bzw. fließend am Halter hochgezogen wird, sobald der Halter in Kontakt mit der deponierten Schmelze 46 kommt und in diese eintaucht. Es bildet sich eine flache bis konkave Schweißnaht bzw. Anfüllung 48. Dadurch wird ein ausgefüllter und fließender Übergang zwischen Blech 24 und Halter 20 geschaffen, der ideal für die aufzufangenden Kräfte, beispielsweise Zug, Druck, Biegung und Torsion ist. Der Kohäsionseffekt bewirkt eine fließende Übergangsverbindung zwischen dem Halter 20 und dem Blech 24.An advantage of cohesive welding, as described above, is that the material is drawn up from the deposited melt creeping or flowing on the holder as soon as the holder comes into contact with the deposited melt 46 and is immersed in it. A flat to concave weld seam or filling 48 is formed. This creates a filled and flowing transition between the sheet 24 and the holder 20, which is ideal for the forces to be absorbed, for example tension, pressure, bending and torsion. The cohesive effect causes a smooth transition connection between the holder 20 and the sheet 24.
Es ist günstig, wenn sich beim Schweißvorgang der Halter 20 lotrecht oberhalb des Bleches 24 befindet. Es kann auch ein Winkel vorliegen, beispielsweise kann der Doppelpfeil 32 auch waagerecht liegen. Allerdings hat es sich gezeigt, dass dann Material auch etwas nach unten, im Sinne der Gravitation, fließt. Es wird daher bevorzugt, dass der Doppelpfeil 32 parallel zum Lot ist und der Halter 20 lotrecht oberhalb des Bleches 24 ist.It is advantageous if the holder 20 is located vertically above the sheet 24 during the welding process. There can also be an angle, for example the double arrow 32 can also be horizontal. However, it has been shown that material also flows somewhat downwards, in the sense of gravitation. It is therefore preferred that the double arrow 32 is parallel to the solder and that the holder 20 is perpendicular above the sheet 24.
Durch das langsame teilweise Abschmelzen des Halters 20 wird das Blech wenig beeinflusst, insbesondere wird eine Veränderung des Bleches, wie sie beim Bolzenschweißen häufig auftritt, weitgehend verhindert. Das Verfahren arbeitet ohne Zusatzwerkstoffe.The slow partial melting of the holder 20 has little influence on the sheet; in particular, a change in the sheet, as frequently occurs in stud welding, is largely prevented. The process works without filler materials.
Wenn man ausgehend von dem Zustand gemäß Fig. 5 zwar den Schweißstrom so, wie z.B. im vierten Teilbild von Fig. 7 zeitgerecht abschaltet, wodurch der Lichtbogen 42 erlischt, im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Ablauf nun aber nicht den Halter 20
auf das Blech 24 bewegt, vielmehr den Halter 20 in seiner Position gemäß Fig. 5 blockiert, stellt man folgendes fest: Es ist kein Schweißvorgang erfolgt, weil dieser bewusst unterbrochen wurde. Auf dem Blech 24 befindet sich nachweisbar eine deponierte Schmelze 46, das Material stammt vom Halter. Die deponierte Schmelze 46 hat eine feste Verbindung mit dem Blech 24 nach Erkalten. Am Halter 20 kann man abgetragene Stellen 44 feststellen.
If, starting from the state according to FIG. 5, the welding current is switched off in a timely manner, for example in the fourth partial image of FIG. 7, as a result of which the arc 42 is extinguished, in contrast to the sequence described above, the holder 20 is not Moved onto the sheet 24, but rather blocked the holder 20 in its position according to FIG. 5, the following was found: There was no welding process because this was deliberately interrupted. There is demonstrably a deposited melt 46 on the sheet 24, the material comes from the holder. The deposited melt 46 has a firm connection to the sheet 24 after cooling. On the holder 20 you can see worn spots 44.
BezuαszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMERALS
20 Halter20 holders
21 Schmalfläche21 narrow area
24 Blech24 sheet
25 freie, obere Kante25 free top edge
28 Vorsprung28 head start
30 Haltevorrichtung30 holding device
32 Doppelpfeil32 double arrow
34 Spannungsquelle34 voltage source
36 Widerstand36 resistance
38 Vorläuferlichtbogen38 precursor arc
40 Schalter40 switches
42 Lichtbogen42 arcs
44 abgetragene Stelle44 removed place
46 deponierte Schmelze46 deposited melt
48 konkave Schweißnaht bzw. Auffüllung
48 concave weld or fill