JP3569856B2 - Stud welding method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼部分とコンクリート部分の結合部材などに使用される金属製の溶接ジベルを使用するスタツド溶接法に関する。
【0002】
【従来の技術】
建物の鉄骨梁上にコンクリート床を形成する場合や鋼橋梁上にコンクリート床を形成する場合などのように、鋼部分とコンクリート部分を結合して鋼とコンクリートの複合構造を形成する際には、両者間を強固に結合するための結合部材として金属製の溶接ジベルが一般に使用される。
溶接ジベルは拡大された頭部を持つ棒状の軸部の先端に溶接部を設けた構造を有しており、それをスタッド溶接により鋼部分に所定間隔で多数固着立設し、その上からコンクリート部分を形成する。形成された鋼とコンクリートとの複合構造の鋼部分に固着立設された溶接ジベルは、その頭部がコンクリートの軸線方向の引張応力に抵抗する機能を有し、軸部がコンクリートの剪断応力に抵抗する機能を有する。
【0003】
しかしこのように軸部とその端に設けられた溶接部の断面積が同じ寸法とされた溶接ジベルは、剪断応力に対する支持特性が充分でないという問題があった。すなわち、溶接ジベルの剪断応力に対して要求される特性は、鋼部分への溶接部分が破壊されず、且つその軸部の破壊変形量が充分に大きいことである。しかし上記の溶接ジベルは、溶接部分の破壊耐力を高めるためその軸部の断面積を大きくすると、軸部の剛性が高くなって破壊変形量が不充分となり、コンクリート部分にひび割れなどの破損を生じる原因になる。逆に破壊変形量を大きくするために軸部の断面積を小さくすると、溶接部分の破壊耐力が低下して鋼部分とコンクリート部分の結合力を弱める。
このような問題を解決するものとして、軸部とそれより断面積の大きな溶接部からなる溶接ジベルが提案されている。(特開平5−156720号公報)
【0004】
これは、図8に示すような軸部が先端まで同一直径の一般の溶接ジベルの剪断破壊に比べて、図9に示すような軸部先端が膨大したものの方が剪断破壊に対する耐力が大きいことを実証したものである。そして、図8に示すような軸部先端まで同一直径の溶接ジベル1を被溶接材2にスタッド溶接したものと、図9に示すような溶接ジベル1の先端部が膨大したものを被溶接材2にスタッド溶接したものの剪断破壊に対する耐力を測定すると、図7に示すような特性になる。すなわち点線で示す図8の溶接ジベルの特性と実線で示す図9の溶接ジベルの特性とでは、図9の溶接ジベルの方が初期剛性が大幅に大きくになると共に最大耐力も僅かに大きくなる。さらに剪断破壊が引張破壊の形態となり、破壊モードが延性破壊になる。そして剪断破壊が引張破壊で且つ軸部における破壊となるため、耐疲労性も向上する。
なお破壊時のずれ変形(変形能力)はおおむね同一であることが判っている。また、剪断力が小さい範囲では図9の改良型溶接ジベルの方が変形量が小さい特徴もある。そして図8の溶接ジベルでは、その剪断破壊部分が溶接部に現れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記提案された溶接ジベルは、剪断応力に対する支持特性は改善されているが、溶接ジベルを特殊な形状に構成しなければならないという新たな問題が発生する。すなわち、使用する材料が多くなると共に溶接ジベルの軸部の先端を拡大するための加工を必要とし、そのため大幅なコストアップが避けられない欠点があった。
そこで本発明は、剪断応力に対する支持特性が改善されると共に、このような溶接ジベルの構造上の問題を解決できるスタッド溶接法を提供することを課題とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、軸部3と溶接部4を有する金属製の溶接ジベル1をスタッド溶接機20に把持して被溶接材2に溶接固定するスタッド溶接法である。
この方法においては、平坦な底面9を有すると共に、貫通孔10またはアークスタッド溶接中に溶融して貫通する程度の厚さの底部23が残存する凹陥部22を有し、さらにその貫通孔10または凹陥部22がアークスタッド溶接に際して溶接ジベル1の軸部3および溶接部4との間にアークを生じないが溶接ジベル1と溶着できる大きさを有する金属製の拡大ブロック体7を用意し、それを被溶接材2の表面にその拡大ブロック体7の底面9を接触させて配置する。
【0007】
さらに、溶接ジベル(1) を挿通する挿通孔(12)を有し底部から不活性ガスを吹き出すようになされた不活性ガス供給治具(11)により前記拡大ブロック体(7) の貫通孔(10)または凹陥部(22)の上部を覆うと共に、前記挿通孔(12)に挿通させた溶接ジベル(1) の溶接部(4) を貫通孔(10)または凹陥部(22)内に挿入してその先端を被溶接材(2) の表面または、底部 (23) の表面に接触させる。次に、その状態で不活性ガス供給治具(11)から貫通孔(10)または凹陥部(22)内に不活性ガスを供給し、スタッド溶接機 (20) を起動してスタッド溶接することにより、溶接ジベル(1) を被溶接材(2) と拡大ブロック体(7) に溶接固定することを特徴とするものである。
上記方法の好ましい実施態様においては、不活性ガス供給治具(11)がスタッド溶接機(20)に連結された押圧体(17)によりその治具(11)の上面に押圧される。
【0008】
上記方法の別の好ましい実施態様においては、不活性ガス供給治具11の挿通孔12と溶接ジベル1の軸部3との間にガスを流通させる間隙12aが設けられる。
上記方法のさらに別の好ましい実施態様においては、溶接ジベル1における少なくとも拡大ブロック体7の貫通孔10または凹陥部22に挿入される部分の周囲がフラックス層6aで被覆される。
さらに別の好ましい実施態様においては、拡大ブロック体7の底面9にアモルファス箔24またはアモルファス粉末を塗布または散布する。そのアモルファスにより、拡大ブロック体7の底面9と被溶接体2との間において拡散溶接が行われる。
【0009】
【作用】
本発明のスタッド溶接法によれば、簡単な溶接ジベルの構造にも係わらず、前記特開平5−156720号公報に記載されたものと同様な効果、すなわち、予定される最大剪断応力に対してその溶接部分が破壊されず、且つその軸部の破壊変形量を充分に大きくできるという効果を奏する。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に図面により、本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明のスタッド溶接法を説明するための一部破断正面図で、図2はその要部を分解して示した斜視図である。これらの図において、先ず本発明のスタッド溶接法に使用する各部品について説明すると、溶接ジベル1は例えば鋼材などの金属材料を切削又は鍛造加工して作られ、軸部3と溶接部4が軸線方向に順に一体的に形成されている。さらに溶接部4の反対側の軸部3の端部にそれより断面積の大きい頭部5が一体的に形成されている。なお、これらは溶接により相互に固着して作ることもできる。さらに頭部5以外の軸部3及び溶接部4を切削加工により一体的に作り、それに頭部5を溶接してもよい。
【0011】
溶接ジベル1の軸部3,溶接部4および頭部5は、軸線に対して回転対称に形成されている。しかし、軸部3や頭部5の断面を例えば正方形のような矩形、または5角形や6角形のような多角形とすることもできる。
さらに溶接部4は先端に向かって断面の縮小する円錐台形状とされており、その先端中央部には半球状の凹部が形成され、その凹部に例えばアルミニウム製で球状の電極6が打ち込まれて固着されている。なお、軸部3の直径と長さの比は1:3.5〜1:15程度が好ましい。
【0012】
拡大ブロック体7は溶接ジベル1と同じ材料、例えば鋼材などの金属材料を切削加工して作ることができる。この拡大ブロック体7は平坦な上面8と底面9を有するリング状に形成され、中央部に円形断面の貫通孔10を有している。
拡大ブロック体7の挿通孔10は、アークスタッド溶接に際して溶接ジベル1の軸部3または溶接部4との間にアークを生じないが溶接ジベル1と溶着できる大きさの内径を有し、この挿通孔10の内周面と軸部3との間隙は通常2〜3mm程度とされる。さらに、溶接ジベル1の軸部3の直径と拡大ブロック7の外径の比は1:2〜1:3程度であり、その高さの比は1:0.5以上である。
【0013】
拡大ブロック体7の貫通孔10の上部を覆うようにして不活性ガス供給治具11が配置される。不活性ガス供給治具11はセラミック材のような耐熱性のある材料で作られ、中央部に溶接ジベルを挿通する円形断面の挿通孔12を有するリング状に形成され、アルゴンガスや炭酸ガスのような不活性ガスが配管13から入口14を経て内部に導入され、底部の吹出口15から吹き出される。さらにこの不活性ガス供給治具11の上部および下部にはそれぞれ段差部16,16aが形成されており、段差部16に押圧体17の押圧リング18が嵌合され、段差部16aに前記拡大ブロック体7の貫通孔10の上縁部が嵌合される。
上記挿通孔12は溶接ジベル1の軸部3との間に僅かな間隙12aを確保できる内径を有しており、該間隙12aにより溶接中に供給される不活性ガスおよび発生ガスが外部に放出される。
なお、押圧リング18からは垂直に連結部19が延長され、該連結部19の先端部がスタッド溶接機20にネジ結合等により着脱自在に連結されている。
【0014】
この例ではスタッド溶接した後に溶接ジベル1から不活性ガス供給治具11を分離するために、不活性ガス供給治具11は軸線を中心として例えば2つ分割できるように構成されている。しかし溶接ジベル1の頭部5が軸部3より拡大されていないときには、このような分割手段は必要としない。
一方、スタッド溶接機20には図示しないアークスタッド溶接機本体より電源が供給され、そのチャック21には溶接ジベル1の頭部5が着脱自在に把持される。
図3は拡大ブロック体7の他の例を示す断面図であり、平坦な上面8と底面9を有するブロックの中央部に上方へ開口する円形断面の凹陥部22が形成されている。この凹陥部22は円柱状の金属ブロックを加工してアークスタッド溶接中に溶融して貫通する程度の厚さの底部23を残存させて形成される。この図3の拡大ブロック体7も図1と同様に使用される。このときのアークスタッド溶接は、溶接ジベル1と凹陥部22の底部23との間で起こり、座部23が溶融する。その結果、溶接ジベル1と被溶接体2と拡大ブロック7とが一体に接合される。
【0015】
図4は本発明に使用される溶接ジベル1の他の例を示す部分拡大図である。この溶接ジベル1は先端に向かって断面積の縮小するテーパ状の溶接部4とそれから上方に延長する軸部3の下部外周面に、電極6を形成する材料と同様なフラックス材を用いて形成した薄いフラックス層6aが被覆されている。このようなフラックス層6aを被覆するには、例えばフラックス材の溶融液に先端部4等をデッピングするなどの方法がある。このフラックス層6aの被覆は、少なくとも拡大ブロック体7の貫通孔10または凹陥部22内に挿入される部分に行われる。なお、その被覆は先端部4のみ、またはその上部の軸部3の一部のいずれか一方にすることもできる。
このようなフラックス層6aの被覆により、溶接の際にそれら表面からもフラックスが蒸発される。そのため電極6のみでは蒸発フラックス量が不足する場合に有効である。特に本発明の溶接法において、溶接ジベル1の先端部4の容積が大きい場合に好適である。
【0016】
次に上記部品を使用して溶接ジベルを溶接する方法について説明する。
図1において、先ず被溶接体2のスタッド溶接すべき場所の表面に、拡大ブロック体7の底面9をアモルファス箔24またはアモルファス粉末を介してあるいはそれらを介在することなく接触させて載置し、次いでその上に不活性ガス供給治具11を載置する。このときのアモルファス箔は、拡散溶接を可能とするものである。次いで、図示しないアークスタッド溶接機本体に連結されたスタッド溶接機20のチャック21に溶接ジベル1を把持させる。そしてその溶接ジベル1の先端部4を図示のように拡大ブロック体7の貫通孔10内に挿入し、その先端の電極6を被溶接体2の表面に接触させる。一方、不活性ガス供給治具11から不活性ガスを貫通孔10内に吹き出させる。
この状態でスタッド溶接機20を起動すると、最初に短時間溶接ジベル1の先端部4に設けた電極6と被溶接体2との接触面間に通電され、次いで溶接ジベル1が自動的に僅かに上昇され、先端部4と被溶接体2との間に間隙が生じてアーク放電が開始される。
【0017】
溶接は不活性ガスの雰囲気のもとに行われ、供給された不活性ガスおよび発生ガスは溶接ジベル1の軸部3と不活性ガス供給治具11における挿通孔12により形成される間隙12aから外部に放出される。
アーク放電が開始されたとき、拡大ブロック体7の貫通孔10の内径は前述のように溶接ジベル1の軸部3および溶接部4との間にアークを生じないように設定されるので、アーク放電は溶接ジベル1と被溶接体2間で良好に継続する。
アーク放電の継続により溶接ジベル1の先端部4が溶融し、貫通孔10内に溶融池が形成されて、溶接ジベル1と被溶接体2および拡大ブロック体7が溶融池で連絡される。次いで、溶接ジベル1を下降させて被溶接体2に押圧することにより、溶接ジベル1と被溶接体2および拡大ブロック体7の3者が一体的に接合される。この溶接時間は通常1秒前後であり、極めて短時間で終了する。
【0018】
図5はこのようにして溶接された溶接ジベル1と被溶接体2および拡大ブロック体7の結合状態を部分的に切り欠いて示した正面図である。溶接ジベル1の先端部4は溶融により消滅し、その結果溶接ジベル1の軸部3と被溶接体2および拡大ブロック体7の3者がブリッジされて一体化され、下部を一体的に拡大した軸部3の溶接ジベル1を被溶接体2に接合した場合とほぼ同様な状態が達成される。従って、剪断応力に対する抵抗力は十分に確保される。
図6は図5のように溶接ジベル1と拡大ブロック体7を一体的に被溶接体2に接合した所へコンクリートを打設し、被溶接体2とコンクリート層30の複合体を形成した状態を示す部分断面図である。
以上のような溶接方法は図3に示した拡大ブロック体7を使用する場合も同様である。
【0019】
【発明の効果】
本発明のスタッド溶接法は以上のような構成としたので、溶接ジベルを簡単な構造としたにも係わらず、予定される最大剪断応力に対してその溶接部分が破壊されず、初期剛性が高く、破断位置が軸部となるため、多数回の繰り返し荷重(108 のオーダ)に対し、大幅に耐疲労強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスタツド溶接法を説明するための一部破断正面図。
【図2】図1の要部を分解して示した斜視図
【図3】本発明に使用される拡大ブロック体7の他の例を示す断面図。
【図4】本発明に使用される溶接ジベル1の他の例を示す部分拡大図。
【図5】溶接された溶接ジベル1と被溶接体2および拡大ブロック体7の結合状態を部分的に切り欠いて示した正面図。
【図6】図5のように溶接ジベル1と拡大ブロック体7を一体的に被溶接体2に接合した所へコンクリートを打設した状態を示す部分断面図。
【図7】図8に示す他の従来型の溶接ジベルと図9に示す溶接ジベルとの剪断力とすべりとの破壊特性曲線。
【図8】他の従来型の溶接ジベルの破断説明図。
【図9】軸部の先端部が拡大した溶接ジベルの破断説明図。
【符号の説明】
1 溶接ジベル
2 被溶接体
3 軸部
4 先端部
5 頭部
6 電極
6a フラックス層
7 拡大ブロック体
8 上面
9 底面
10 貫通孔
11 不活性ガス供給治具
12 挿通孔
12a 間隙
13 配管
14 入口
15 吹出口
16 段差部
16a 段差部
17 押圧体
18 押圧リング
19 連結部
20 スタッド溶接機
21 チャック
22 凹陥部
23 底部
24 アモルファス箔
30 コンクリート層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
When combining steel and concrete parts to form a composite structure of steel and concrete, such as when forming a concrete floor on a steel beam of a building or a concrete floor on a steel bridge, A welding dowel made of metal is generally used as a connecting member for firmly connecting the two.
The welding dowel has a structure in which a welding part is provided at the tip of a rod-shaped shaft part with an enlarged head, and it is fixed to a steel part at predetermined intervals by stud welding, and concrete is placed on it. Forming part. The welded dowel fixed to the steel part of the formed composite structure of steel and concrete has the function of resisting the tensile stress in the axial direction of the concrete at the head, and the shaft part resisting the shear stress of the concrete. Has the function of resisting.
[0003]
However, such a welding dowel in which the cross-sectional area of the shaft portion and the welded portion provided at the end thereof are the same in size has a problem in that the support characteristics against shear stress are not sufficient. That is, the properties required for the shear stress of the welding dowel are that the welded portion to the steel portion is not broken and that the amount of breaking deformation of the shaft portion is sufficiently large. However, in the above-mentioned welding dowel, if the cross-sectional area of the shaft is increased to increase the fracture resistance of the welded portion, the rigidity of the shaft is increased and the amount of fracture deformation is insufficient, and the concrete portion is damaged, such as cracking. Cause. Conversely, when the cross-sectional area of the shaft portion is reduced to increase the amount of fracture deformation, the fracture strength of the welded portion is reduced and the bonding strength between the steel portion and the concrete portion is reduced.
As a solution to such a problem, a welding dowel comprising a shaft portion and a welding portion having a larger cross-sectional area than the shaft portion has been proposed. (JP-A-5-156720)
[0004]
This is because, as compared with the shear fracture of a general welding dowel whose shaft portion has the same diameter up to the tip as shown in FIG. It is a demonstration. Then, a
It is known that the shear deformation (deformability) at the time of destruction is substantially the same. Further, in the range where the shearing force is small, the improved welding dowel of FIG. 9 also has a feature that the amount of deformation is smaller. And in the welding dowel of FIG. 8, the shear fracture part appears in a welding part.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the proposed welding dowel has improved support properties against shear stress, it introduces a new problem that the welding dowel must be configured in a special shape. That is, there is a drawback that the material to be used increases and a process for enlarging the tip of the shaft portion of the welding dowel is required, so that a significant cost increase cannot be avoided.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a stud welding method capable of improving the support characteristics against shear stress and solving such a structural problem of the welding dowel.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is a stud welding method in which a
This method has a
[0007]
Further, an inert gas supply jig (11) having an insertion hole (12) through which the welding dowel (1) is inserted and blowing out an inert gas from the bottom is provided with a through hole (7) of the enlarged block body (7). 10) or the recess (22), and insert the welded part (4) of the welding dowel (1) inserted through the insertion hole (12) into the through hole (10) or the recess (22). Then, the tip is brought into contact with the surface of the material to be welded (2) or the surface of the bottom (23) . Next, in this state, the inert gas is supplied from the inert gas supply jig (11) into the through hole (10) or the recess (22), and the stud welding machine (20) is started to perform stud welding. Thus, the welding dowel (1) is fixedly welded to the workpiece (2) and the enlarged block (7).
In a preferred embodiment of the above method, an inert gas supply jig (11) is pressed against the upper surface of the jig (11) by a pressing body (17) connected to a stud welding machine (20).
[0008]
In another preferred embodiment of the above-described method, a gap 12 a for flowing gas is provided between the
In still another preferred embodiment of the above method, at least the periphery of a portion of the
In still another preferred embodiment, an
[0009]
[Action]
According to the stud welding method of the present invention, despite the simple structure of the welding dowel, the same effect as that described in the above-mentioned JP-A-5-156720, that is, with respect to the expected maximum shear stress, This has the effect that the welded portion is not broken, and the amount of breakage deformation of the shaft can be sufficiently increased.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partially cutaway front view for explaining a stud welding method of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part thereof. In these figures, first, each component used in the stud welding method of the present invention will be described. The
[0011]
The
Further, the welded
[0012]
The
The
[0013]
An inert gas supply jig 11 is arranged so as to cover the upper part of the through
The
A connecting
[0014]
In this example, in order to separate the inert gas supply jig 11 from the
On the other hand, power is supplied to the
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the
[0015]
FIG. 4 is a partially enlarged view showing another example of the
By the coating of the
[0016]
Next, a method for welding a welding dowel using the above components will be described.
In FIG. 1, first, the
When the
[0017]
The welding is performed in an atmosphere of an inert gas, and the supplied inert gas and generated gas are supplied from a gap 12 a formed by the
When the arc discharge is started, the inner diameter of the through
Due to the continuation of the arc discharge, the
[0018]
FIG. 5 is a partially cutaway front view showing the welded
FIG. 6 shows a state in which concrete is cast at a place where the
The above-described welding method is the same when the
[0019]
【The invention's effect】
Since the stud welding method of the present invention is configured as described above, despite the simple structure of the welding dowel, the welded portion is not broken against the expected maximum shear stress, and the initial rigidity is high. since the breaking position becomes a shaft, for a number of times repeated load of (10 8 order of), greatly improved fatigue strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway front view for explaining a stud welding method of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of FIG. 1; FIG. 3 is a sectional view showing another example of an
FIG. 4 is a partially enlarged view showing another example of the
FIG. 5 is a front view of a partially welded state of the welded
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a state where concrete is poured into a place where the
FIG. 7 is a breaking characteristic curve of shear force and slip between another conventional welding dowel shown in FIG. 8 and the welding dowel shown in FIG. 9;
FIG. 8 is a cutaway explanatory view of another conventional welding dowel.
FIG. 9 is a cutaway explanatory view of a welding dowel with an enlarged front end portion of a shaft portion.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
平坦な底面(9) を有すると共に、貫通孔(10)またはアークスタッド溶接中に溶融して貫通する程度の厚さの底部(23)が残存する凹陥部(22)を有し、さらにその貫通孔(10)または凹陥部(22)がアークスタッド溶接に際して溶接ジベル(1) の軸部(3) および溶接部(4) との間にアークを生じない溶接ジベル(1) と溶着できる大きさを有する金属製の拡大ブロック体(7) を用意し、該拡大ブロック体(7) を被溶接材(2) の表面にその底面(9) を接触させて配置し、さらに溶接ジベル(1) を挿通する挿通孔(12)を有し底部から不活性ガスを吹き出すようになされた不活性ガス供給治具(11)により前記拡大ブロック体(7) の貫通孔(10)または凹陥部(22)の上部を覆うと共に、前記挿通孔(12)に挿通させた溶接ジベル(1) の溶接部(4) を貫通孔(10)または凹陥部(22)内に挿入してその先端を被溶接材(2) の表面または、底部 (23) の表面に接触させ、不活性ガス供給治具(11)から貫通孔(10)または凹陥部(22)内に不活性ガスを供給し、スタッド溶接機(20)を起動してスタッド溶接することにより、溶接ジベル(1) を被溶接材(2) と拡大ブロック体(7) に溶接固定するスタッド溶接法。In a stud welding method, a metal welding dowel (1) having a shaft part (3) and a welding part (4) is gripped by a stud welding machine (20) and fixed to a workpiece (2) by welding.
It has a flat bottom surface (9) and a recess (22) in which a through hole (10) or a bottom (23) thick enough to melt and penetrate during arc stud welding remains, and The size of the hole (10) or the recess (22) that can be welded to the welding dowel (1) that does not cause an arc between the shank (3) and the welding part (4) of the welding dowel (1) during arc stud welding. A metal enlarged block body (7) having the following is prepared, and the enlarged block body (7) is arranged with the bottom surface (9) in contact with the surface of the material to be welded (2). An inert gas supply jig (11) having an insertion hole (12) through which an inert gas is blown out from the bottom is provided with a through hole (10) or a concave portion (22) of the enlarged block body (7). ) And insert the welded part (4) of the welding dowel (1) inserted through the insertion hole (12) into the through hole (10) or the recessed part (22) and cover the tip. By contacting the surface of the welding material (2) or the surface of the bottom (23) , the inert gas is supplied from the inert gas supply jig (11) into the through hole (10) or the recess (22). A stud welding method in which the welding dowel (1) is welded and fixed to the workpiece (2) and the enlarged block (7) by starting the welding machine (20) and performing stud welding.
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