NO320107B1 - Sveiset bolt og fremgangsmate for dennes fremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en sveisebolt ifølge krav 1.

Spesielt ved skips- og karosserikonstrukBjoner er det kjent å anvendes festebolter for å anbringe konstruksjonsdeler og komponenter på disse. Til dette blir det overveiende anvendt sveisebolter, som på kjent måte festes til en konst-ruksjon ved f.eks. boltsveiseteknikk. Slike bolter oppviser ofte utvendige eller innvendige gjenger for anbringelse av holdekomponenter, f.eks. muttere.

Det er også kjent å anvende friksjonssveisemetoden isteden-for lysbuesveising for å anbringe boltene.

På mange områder innen teknikken står lettkonstruksjon i økende grad i forgrunnen. Herved har spesielt aluminiumlegeringer egnet seg som materialer. Ved lettvektskarosserier for biler, skjønt også ved vippeplan for lastebiler, ved busser og skinnegående kjøretøyer, og også ved skipsbyg-ging, f.eks. ved høyhastighetsferger og yachter, anvendes aluminiumlegeringer som konstruksjonsmateriale. Anvendelsen av aluminiumlegeringer medfører fordelen ved å redusere vekten. Aluminiumlegeringenes styrke ligger imidlertid ennå betydelig under stålets. Den manglende styrke av aluminium-legeringene er problematisk når det ønskes løsbare forbin-delser mellom konstruksjonsdeler, f.eks. anbringelse av dører på bilkarosserier, eller ved bygging av høy-hastighetsf erger . Ofte blir det, for å realisere slike skjæringspunkter, utformet arbeidskrevende klemmeforbindel-ser eller dyre flenskonstruksjoner av stål.

På grunn av de meget forskjellige smeltepunkter for lett-vekts konstruksjonsmaterialer på den ene side og på den annen side stål, lar det seg ikke gjøre å anvende en smel-tesveiseteknisk forbindelse av sveisebolter på aluminium-konstruksjoner. Den eneste mulighet for sammenføyningstek-nisk bearbeidelse av stålbolter i lettmetallkonstruksjoner byr friksjonssveising på. Friksjonssveisingen krever imidlertid meget høye krefter, som lett vil føre til uønskede deformasjoner ved tynne og dermed lett deformerbare kompo-nentgrupper {f.eks. plater).

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å tilveiebringe en sveisebolt med tilstrekkelig styrke, som med for-del egner seg for anbringelse på konstruksjoner av lettmetall.

Denne oppgave er løst ved de trekk som er angitt i krav 1.

Sveisebolten ifølge oppfinnelsen består av et fastsveisingsparti og et funksjonspart!. Fastsveisingspartiet består av lettmetall og funksjonspartiet av stål, hvor boltpartiene er fast forbundet med hverandre.

Ved sveisebolten ifølge oppfinnelsen er fastsveisingspartiet av samme eller lignende type som lettvektsmaterialet som bolten skal sveises fast til, f.eks. aluminium mot aluminium. Hertil vil allerede eksisterende fremgangsmåter for boltsveising med slagtenning så vel som kondensatorutladningssveising kunne anvendes. Karakteravhengig vil også friksjonsboltsveising eller middelfrekvenssveising kunne anvendes. I det følgende står:

BH = boltsveising med slagtenning/momentanboltsveising

CD = kondensatorutladningssveising

RBS = friksjonsboltsveising

MF = middelfrekvenssveising

Funksjonspartiet, som ifølge én utførelse av oppfinnelsen kan oppvise utvendige og/eller innvendige gjenger, eller vært utført på annen måte for anbringelse av komponenter og elementer, f.eks. som øye, krok, stift eller lignende, består av høyere belastbart stål, f.eks. konstruksjonsstål, høylegert stål osv. Ved oppfinnelsen blir derfor hvert parti av sveisebolten anvendt etter hva det egner seg for. Boltpartiene må være forbundet med hverandre på egnet måte, slik at de vil være i stand til å oppta de opptredende krefter. Ifølge oppfinnelsen oppviser funksjonspartiet en spiss som sitter i en komplementær utsparing i fastsveisingspartiet, hvor spissen og utsparingen er forbundet ved hjelp av en friksjonssveiseforbindelse. En slik geometri sikrer en fast forbindelse mellom boltpartiene ved hjelp av en friksjonssveiseforbindelse. Sveisebolter må ikke bare motstå strekkspenninger, men også utholde bøyebelastninger. Ved en deformasjon ved bøyning av det mykere parti, her fastsveisingspartiet, må det ikke kunne forekomme en opp-brytning av sveiseforbindelsen på forbindelsesstedet. Det er riktignok tenkelig å sveise sammen funksjonspartiet og fastsveisingspartiet stumpt mot hverandre, men et slikt forbindelsessted sikrer dog ingen tilstrekkelig styrke av forbindelsen, spesielt ikke ved en bøyebelastning.

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er spissen konisk, og ifølge en ytterligere utførelse av oppfinnelsen oppviser spissen en vinkel på fra 45° - 120°, fortrinnsvis ca. 90°.

Når det tales om "spiss", innbefatter dette alle geometrier hvor funksjonspartiet innsnevres mot enden, slik at det oppnås en inntrengning i fastsveisingspartiets materiale. Således kan spissens ende være avflatet eller avrundet, hvor rundingens eller avflatningens radius avhenger av fremstillingsmetodens betingelser og/eller av friksjons-sveisernetoden.

Funksjonspartiet vil kunne oppvise utvendige og/eller innvendige gjenger. Fastsveisingspartiets frie ende har fortrinnsvis en geometri som letter fastsveisingen, som f.eks. en spiss eller et tennhjelpemiddel, en prismeformet spiss eller lignende. Slike sveiseforberedelser er i og for seg kj ent.

Funksjonspartiet består fortrinnsvis av konstruksjonBstål, legerte stål eller lignende.

Fastsveisingspartiet består fortrinnsvis av aluminium/aluminiumlegeringer, magnesium/magnesiumlegeringer eller titan/titaniegeringer (Al/Alleg., Mg/Mgleg., Ti/Tileg.)

Sveisebolten ifølge oppfinnelsen vil fortrinnsvis kunne anvendes for kjøretøykonstruksjoner, som bilkarosserier eller lignende og i skip, For anbringelse av sveisebolten ifølge oppfinnelsen anvendes fortrinnsvis en boltsveising med slagtenning eller CD-sveising. Alternativt vil også en anbringelse ved hjelp av friksjonsboltsveising eller MF-sveising komme på tale. En fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for fremstilling av en sveisebolt med et fastsveisingsparti av lettmetall og et funksjonsparti av stål, er karakterisert ved følgende trinn: - Det med spiss forsynte funksjonsparti og/eller det med en hovedsakelig stump ende forsynte fastsveisingsparti drives dreiende om sin akse og drives til et høyt relativt omdreiningstall. - Etter at det ønskede omdreiningstall er oppnådd, blir de aksialt i forhold til hverandre rettede partier beveget slaglignende aksialt mot hverandre med stor relativ hastighet, slik at spissen trenger inn i den stumpe ende av fastsveisingspartiet og stuker opp fastsveisingspartiets materiale trompetformet.

De to partiers relative omdreiningstall er meget høyt, fortrinnsvis opp til 20000 omdr/min. eller høyere. Boltpartiene blir nærmest beveget eksplosjonslignende mot hverandre, slik at funksjonspartiet av stål trenger langt inn i fastsveisingspartiet med sin spiss og deformerer dette, slik at det blir trompetformet stuket opp og omslutter funksjonspartiet langs en bestemt strekning. Spissen beveger seg i det minste med sin lengde inn i fastsveisingspartiets materiale, fortrinnsvis sågar med flere ganger funksjonspartiets diameter.

Ved hjelp av den beskrevne fremgangsmåte oppnås det på grunn av rotasjonen og slagenergien en høy flaterelatert trykkraft på forbindelsesflåtene. Dette fører til tilstrekkelig aktivering av funksjonspartiet i spissens område, hvorved spissens geometri motstår en hurtig varmebortled-ning. Den høye normalkraft mellom spissen og fastsveisingspartiets materiale fjerner uønskede oksydsjikt, som i sin tur føres utad ved hjelp av fastsveisingspartiets myknende materiale, slik at det tilveiebringes en virksom friksjonssveiseforbindelse som motstår høye krefter, mellom spiss-flaten og flaten av den komplementære utsparing i fastsveisingspartiet .

Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er det fordelaktig hvis diameteren av fastsveisingspartiet er større enn funksjonspartiets.

Den oppslåtte del av fastsveisingspartiet blir deretter fjernet. Naturlig finner det ikke sted noen sveiseforbindelse mellom den oppstukede del av funksjonspartiet og den del av funksjonspartiet som omgis av den oppstukede del. Derfor vil dette parti kunne fjernes ved avdreining. Ved en utførelse av oppfinnelsen vil derved det parti av fastsveisingspartiet som grenser til forbindelsesstedet kunne redu-seres til funksjonspartiets diameter. Den frie ende av fastsveisingspartiet oppviser fortrinnsvis en større diameter for å tilveiebringe en virksom sveiseforbindelse på et grunnlag.

Oppfinnelsen vil bli nærmere belyst under henvisning til utførelseseksempler vist på den vedføyde tegning, hvor

fig. 1-3 viser trinn av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for fremstilling av en sveisebolt, og

fig. 4 viser en ytterligere utførelsesform av en sveisebolt ifølge oppfinnelsen.

På fig. 3 vises en sveisebolt 10 som består av et fastsveisingsparti 12 og et funksjonsparti 14. Den egner seg f.eks. for BH-sveising. Fastsveisingspartiet 12 består av lettmetall, f.eks. aluminium, og funksjonspartiet 14 av stål, f.eks. konstruksjonsstål. Funksjonspartiet 14 omfatter utvendige gjenger samt en konisk spiss 18 som sitter inne i en komplementær utsparing 20 i fastsveisingspartiet 12. Fastsveisingspartiet 12 oppviser et skaft 22 som slutter seg til funksjonspartiet 16, og til hvilket det slutter seg et sylindrisk hode 24 med utvidet diameter og en konisk spiss 26. Konusvinkelen utgjør ca. 160°. Spissen 18 og skaftet 22 er fast forbundet med hverandre ved hjelp av en friksjonssveiseforbindelse. Fremgangsmåten for å forbinde partiene 12, 14 skal beskrives under henvisning til fig. 1-3.

På fig. 1 og 2 ses likeledes funksjonspartiet 14 ifølge fig. 3. På fig. 1 er dessuten vist et emne 30 av aluminium, som har sylindrisk form med en stump endeflate 32. Emnets diameter er større enn diameteren av funksjonspartiet 14.

I en ikke vist anordning blir funksjonspartiet 14 og emnet 30 spent inn på avstand fra hverandre, idet aksene er ret-tet inn med hverandre. Emnet 30 blir satt i dreiebevegelse med høyt omdreiningstall, f.eks. 20000 omdr/min. eller mer. Dette er antydet ved den krumme pil 34. Når det ønskede omdreiningstall er oppnådd, blir det utøvet en slagkraft på funksjonspartiet 14 ved hjelp av en ikke vist slaginnret-ning. Derved beveger funksjonspartiet 14 seg translatorisk med høy hastighet mot den stumpe flate 32, og spissen 18 trenger inn i emnet 30, hvorved emnets 30 materiale stukes trompetformet opp, som vist ved 36 på fig. 2. Spissen 18 befinner seg med flere ganger sin lengde inne i emnet 30, hvorved det parti 36 som er slått opp omgir funksjonspartiet 14 med gjengene 16 i en viss lengde. I spissens 18 område finner det, på grunn av den beskrevne fremgangsmåte, sted en friksjonssammensveising med materialet i emnet 30. På grunn av det høye flatetrykk og friksjon blir materia-lene i begge partier 12, 14 tilstrekkelig aktivert, slik at det oppnås en sikker sveiseforbindelse, som også motstår høye bøyekrefter. Den beskrevne sveisemetode bringer ikke bare stålspissen på en tilstrekkelig temperatur, men den forhindrer også at det, på grunn av oksyddannelse og andre prosesser i området for emnets 30 grenseflate, opptrer andre fenomener som påvirker forbindelsen uheldig.

Etter at sveiseforbindelsen er tilveiebragt, blir emnet 30 avbearbeidet ved hjelp av en tilsvarende fjernende formgiv-ningsprosess og fastsveisingspartiet 12 ifølge fig. 3 dan-net. Til dette hører også fjerning av det oppstukede parti 36, som ikke bidrar noe til forbindelsen med funksjonspartiet 14. Som det vil ses, har funksjonspartiet 14 og skaftet 22 tilnærmet samme diameter, mens hodet 24 tydelig oppviser en større diameter. Den formgivende prosess, f.eks. dreining, antydes på fig. 2 ved hjelp av et dreieverktøy 38.

Pa fig. 4 er vist en sveisebolt 10a med et funksjonsparti 14, som f.eks. også kan være forsynt med gjenger, og et fastsveisingsparti 12a. Det vil ses at skaftet 22a har større diameter enn funksjonspartiet 14, og at hodet 24 igjen er utført med større diameter enn skaftet 22a. Frem-stillingen av forbindelsen mellom partiene 14 og 12a skjer på samme måte som beskrevet ovenfor.

Claims (14)

1. Sveisebolt med et fastsveisingsparti og et funksjonsparti, hvor fastsveisingspartiet (12, 12a) består av et lettmetall og funksjonspartiet (14) av stål, idet disse er forbundet med hverandre ved hjelp av en friksjonssveiseforbindelse, karakterisert ved at funksjonspartiet (14) oppviser en avsmalnende spiss (18) som sitter i en komplementær utsparing (20) i fastsveisingspartiet (12, 12a).

2. Sveisebolt ifølge krav l, karakterisert ved at spissen (18) er konisk.

3. Sveisebolt ifølge krav 2, karakterisert ved at konusvinkelen utgjør fra 45° - 120°, fortrinnsvis 90°.

4. Sveisebolt ifølge et av kravene 1 - 3, karakterisert ved at funksjonspartiet (14) oppviser utvendige gjenger (16) og/eller innvendige gj enger.

5. Sveisebolt ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at fastsveisingspartiet (12, 12a) ved sin frie ende oppviser en geometri, så som en spiss (18) eller et tennhjelpemiddel (26), en prismeformet spiss eller lignende, som letter fastsveisingen.

6. Sveisebolt ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at fastsveisingspartiet (12, 12a) består av Al/Alleg., Mg/Mgleg. eller Ti/Tileg.

7. Sveisebolt ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at funksjonspartiet (14) består av konstruksjonsstål, legert stål eller lignende.

8. Fremgangsmåte for fremstilling av en sveisebolt som består av et fastsveisingsparti (12, 12a) av lettmetall og et funksjonsparti (14) av stål, karakterisert ved følgende trinn: - det med en spiss (18) forsynte funksjonsparti (14) og/eller det med en stump ende forsynte fastsveisingsparti (12, 12a) hhv. fastsveisingsparti-emne roteres om sin akse med en innbyrdes relativ hastighet, - etter oppnåelse av det ønskede omdreiningstall beveges de aksialt med hverandre innrettede partier (12, 12a; 18) slaglignende aksialt mot hverandre slik - at spissen (18) trenger inn i fastsveisingspartiets stumpe ende, hhv. fastsveisingsparti-emnet, og materialet i fastsveisingspartiet stukes opp trompetformet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at spissen (18) trenger en strekning lengre enn sin lengde inn i fastsveisingspartiets (12, 12a) materiale.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at diameteren (d) av det parti (12a) som sveises sammen med funksjonspartiet (14) er større enn diameteren av funksjonspartiet.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8 - 10, karakterisert ved at den del (36) av fastsveisingspartiet som slutter seg til funksjonspartiet (14) deretter fjernes, hvorved funksjonspartiet (14) frilegges frem til spissen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at det parti (12) av fastsveisingspartiet som slutter seg til forbindelsesstedet avbearbeides til funksjonspartiets (14) diameter.

13. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8-12, karakterisert ved at det ønskelige omdreiningstall utgjør 20000 omdr./min. eller mer.

14. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 8-13, karakterisert ved at fastsveisingspartiet (12, 12a) settes i rotasjon og den slagiignende kraft og den translatoriske bevegelse utøves på funksjonspartiet (14) .