WO2019145074A1 - VERFAHREN ZUM AUFSCHWEIßEN EINES SCHWEIßTEILS AUF EIN BAUTEIL UND VERWENDUNG EINES SCHWEIßTEILS - Google Patents

VERFAHREN ZUM AUFSCHWEIßEN EINES SCHWEIßTEILS AUF EIN BAUTEIL UND VERWENDUNG EINES SCHWEIßTEILS Download PDF

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ball
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Hermann Krippl
Tuba KURT
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B23K2103/04—Steel or steel alloys

Definitions

  • the invention relates to a method for welding a welded part onto a component and the use of a welded part in a welding method.
  • a method for welding a ball onto a component operates on the principle of resistance welding, i.
  • the ball is pressed onto the component and an electrical voltage is applied, so that an electric current flows between the ball and the component.
  • an electric current flows between the ball and the component.
  • material melts and the ball is welded to the component.
  • the method according to the invention is a method for DC-Stroke welding, in which a welded part is welded to a component.
  • the welding part is placed on a joint on the component.
  • a pre-flow phase a low bias current is applied, which flows through the welded part and the component.
  • the welding part is removed up to a predetermined distance from the component. This leads to the formation of a weak arc.
  • the main flow phase in which the pre-flow is increased to a main flow (welding flow).
  • the resulting welding arc causes at least partial melting of the materials of the welding part and the component.
  • the welding part is lowered onto the component or immersed in the component by a small distance and the current is switched off. The molten materials cool to a cohesive welded joint.
  • direct current spark-ignition welding the flow direction of the stream is not changed during the process.
  • the weld part is now negatively poled.
  • the welding part consists either of a galvanized ball of C10C with a round G500, in which the size of any zinc inclusions below the ball surface is a maximum of 10 microns, or that the welded part by welding such a ball is made with a connecting element.
  • Such a welding part thus includes a through the galvanized ball formed ball section.
  • the welded connection is formed between the component and the ball or the component and the ball portion of the welding part formed by the ball.
  • the welded part is formed by welding a galvanized ball made of C10C with a roundness G500, in which the size of any zinc inclusions below the spherical surface is a maximum of 10 micrometers, to a connecting element by means of welding
  • the connecting element may be for example, bolts, threaded bolts, rivets or similar. act.
  • the welding member is a double ball which is formed by placing a galvanized ball of C10C with a roundness G500, in which the size of any zinc inclusions below the ball surface is a maximum of 10 microns, with another ball, preferably just such a ball , is welded.
  • various welding methods e.g. Laser welding or Hubzündungsch resumeen be used.
  • the balls are made of the material C10C, this designation designating a quality steel with the material number 1.0214.
  • the chemical composition of the base material is evaluated according to DIN EN 10263-2.
  • the designation of the roundness is in accordance with DIN 5401.
  • the galvanized balls should advantageously continue to have a core hardness of 220HV10 ⁇ 30 and a surface hardness of 220HV10 ⁇ 30.
  • a thickness of the zinc layer of the galvanized ball is in the range of 6 to 12 micrometers.
  • the welded parts can in principle be welded onto each component which, due to its material composition, is suitable for welding to the galvanized ball described above. However, it is particularly preferred to weld the welded parts on a sheet metal component and in particular on a sheet steel component.
  • the steel sheet component should also include those components which consist of a steel sheet provided with a corrosion protection layer, such as e.g. a galvanized steel sheet, are made.
  • the steel sheets may preferably have a thickness in the range of 0.5 mm to 3 mm.
  • the components are particularly preferably body parts of a motor vehicle, although the method and the use should not be restricted to such components.
  • the welding parts welded to the component can subsequently be used, for example, for alignment, temporary fixation or permanent attachment of other components, such as body (attachment) parts.
  • the lift-and-lift welding method can be carried out with a lift-ignition welding device known to the person skilled in the art.
  • the Hubzündungsch denen is performed such that in the main flow phase, a single main current value is specified. More precisely, at the beginning of the main flow phase, the welding current is raised to the predetermined main current value and reduced again only at the end of the welding.
  • the main flow phase lasts for a given welding time. This process procedure is referred to below as "one-main flow phase welding" and can be particularly advantageous for welding welded parts to components having a thickness in the range between 0.7 mm and 1.5 mm, or to weld double balls to components.
  • the main flow phase has three successive main flow partial phases, in each of which different main flow values are used.
  • the pre-current phase is followed by a first main-current sub-phase in which a first main current value is set.
  • a second main flow partial phase in which a second main current value, which is reduced in comparison to the first main flow, is established.
  • the second main current subphase is followed by a third main current subphase in which a third main current value is set, which is lower than the first main current value and higher than the second main current value.
  • the three mainstream phases are assigned different tasks.
  • a relatively high first primary flow value is used to vaporize the zinc and any zinc inclusions that may be present in the ball. This is done relatively quickly, so that the welding time of the first subphase can be selected short.
  • the second main-current partial phase follows the first main-current partial phase with a low second main current value.
  • the second main current value is still clearly, for example by a factor of 2 above the pre-flow value from the pre-flow phase. The overheating can already be avoided if this second subphase has only a short period of time.
  • the necessary welding energy for the weld is introduced.
  • the main current value is raised again, although not to the value of the first main current subphase.
  • the third main stream subphase has the longest duration of the three main stream subphases.
  • the first, second and third main current value and the associated time periods of the partial phases lie in the value ranges described below.
  • the specifications refer to a reference main current value and a reference time.
  • the reference main current value indicates that main current value
  • the reference time indicates the welding time which would be determined and used for "one-main-current-phase welding" of the same welding part and the same component in order to achieve proper welding.
  • the first main current value should preferably be 130% to 150% and in particular 140% of the reference main current value and the time period of the first main current partial phase preferably 10% to 15% and in particular 12.5% of the reference time.
  • the second main current value should preferably be 23% to 43% and in particular 33% of the reference main current value and the time duration of the second main current partial phase should preferably be 10% to 15% and in particular 12.5% of the reference time.
  • the third main current value should preferably 70% to 90% and in particular 80% of the reference main current value and the time duration of the third main current partial phase is 50% to 70% and in particular 60% of the reference time.
  • a welded part in the above-described method, which is formed by welding a galvanized ball of C10C having a roundness G500 as described above, in which the size of any zinc inclusions below the spherical surface is at most 10 microns a connecting element.
  • the connecting element may e.g. a bolt, threaded bolt or a rivet.
  • the connecting element may be another galvanized ball of C10C having a roundness G500 as described above in which the size of any zinc inclusions below the spherical surface is at most 10 micrometers.
  • Figures 1 and 2 are schematic representations of welded parts by means of
  • FIG. 3 shows exemplary welding characteristics for carrying out the method.
  • FIGS. 1 and 2 each show a welding part 10, which is accommodated in a lifting ignition device 20, for use in the method.
  • the welding part 10 is placed on a component 30 by means of the Hubuzündungsvorraum 20.
  • the component 30 may be, for example, a steel sheet component for a motor vehicle.
  • the welding part 10 and the component 30 are connected to a welding power source, not shown, wherein the welding part 10 is negatively poled.
  • the welding part 10 is lifted off the component 30 by means of the lifting ignition device 20, while a bias current is conducted through both, as a result of which an arc E is ignited.
  • the current which flows between welding part 10 and component 30 is increased. As a result, it comes to the melting of the base material of the component 30 and the welding part 10.
  • the welding part 10 is lowered again and pressed into the melt.
  • the welded part 10 used is a galvanized ball 1 made of C10C with a roundness G500, the size of any zinc inclusions below the spherical surface being at most 10 micrometers.
  • FIG. 2 shows a further welding part 10A in the form of a double ball, which is formed by welding a galvanized ball 1 made of C10C having a roundness G500, in which the size of any zinc inclusions below the spherical surface is at most 10 micrometers, with a second such ball 1
  • Other alternative welding parts, not shown may be formed, for example, by a ball 1, which is welded to a connecting element, such as a bolt, threaded bolt or rivet. In any case, the welding between the welded part and the component will take place in such a way that the ball 1 is placed on the component.
  • FIG. 3 shows two exemplary welding characteristics 40, 50 of Flubzündungs- welds for welding a welding part 10, which consists of a ball 1, with the component 30.
  • the diagram forms the
  • the dashed line shown welding characteristic 40 in Figure 3 is a welding process again, as described with reference to Figure 1.
  • Such a welding process referred to in the context of this application as “single-flow main-phase welding", has a main flow phase 42 following a pre-flow phase 41 with a single main flow current value IH which is constant for the duration of the main flow phase 42.
  • the current in a first main-current subphase 53 is raised to a first main current value IH1.
  • the main flow is lowered to a second main flow value IH2, which, however, is still above the value of the preliminary flow IV.
  • third main current subphase 55 the current is raised again, the third main current value IH3 being between the first main current value IH1 and the second main current value IH2.
  • the first and second main current subphase 53, 54 each last only for a very short time, the energy input for melt formation occurs mainly in the third main flow subphase 55, which continues correspondingly a longer time.
  • FIG. 3 also shows the welding durations of the entire main current phase for the "one-main-current-phase welding" (characteristic 40, reference symbol t40) and for the welding with three main current partial phases (characteristic 50, reference symbol t50).
  • the first main current value IH1 should preferably be 130% to 150% and in particular 140% of the reference main current value IH and the time period t1 of the first main current partial phase 53 preferably 10% to 15 % and in particular 12.5% of the reference time t40 persist.
  • the second main current value IH2 should preferably be 23% to 43% and in particular 33% of the reference main current value IH and the time duration t2 of the second main current partial phase 54 preferably last 10% to 15% and in particular 12.5% of the reference time t40.
  • the third main current value IH3 should preferably be 70% to 90% and in particular 80% of the reference main current value IH and the Time duration t3 of the third main current subphase 55 should last 50% to 70% and in particular 60% of the reference time t40.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschweißen eines Schweißteils (10, 10A) auf ein Bauteil (30), wobei das Verfahren als Hubzündungsschweißen mit Gleichstrom durchgeführt wird mit einer Vorstromphase (41, 51), in der ein Lichtbogen (L) zwischen dem negativ gepolten Schweißteil (10, 10A) und dem Bauteil (30) ausgebildet wird, und einer nachfolgenden Hauptstromphase (52, 42) zum Aufschmelzen von Material an der Fügestelle, wobei das Schweißteil (10, 10A): a) aus einer verzinkten Kugel (1) aus C10C mit einer Rundheit G500 besteht, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt, oder b) gebildet ist durch Verschweißen einer verzinkten Kugel (1) aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt mit einem Verbindungselement. Weiterhin wird eine Verwendung eines Schweißteils in dem Verfahren angegeben.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufschweißen eines Schweißteils auf ein Bauteil und Verwen- dung eines Schweißteils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschweißen eines Schweißteils auf ein Bauteil und die Verwendung eines Schweißteils in einem Schweißver- fahren.
Aus der Druckschrift DE 10 2015 211 814 A1 ist ein Verfahren zum Auf- schweißen einer Kugel auf ein Bauteil bekannt. Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip des Widerstandschweißens, d.h. die Kugel wird auf das Bauteil gedrückt und es wird eine elektrische Spannung angelegt, so dass ein elektrischer Strom zwischen Kugel und Bauteil fließt. Infolge dessen kommt es im Bereich der Berührstelle zu einem Aufschmelzen von Material und die Kugel wird mit dem Bauteil verschweißt.
Sollen derartige Kugel-Bauteil Verbindungen im Automobilbau eingesetzt werden, so ist eine geringe Fehlertoleranz des Fügeprozesses unabdingbar. Insbesondere für den Serieneinsatz in einer Großserie kommt es darauf an, dass die Schweißverbindung die notwendige Festigkeit aufweist und zuver- lässig reproduzierbar herstellbar ist. Fügeverfahren in der Großserie werden vorzugsweise in automatisierten Fertigungsabläufen durchgeführt. Hier ist es wünschenswert, dass die Zuverlässigkeit des Fügeprozesses nicht nur für die Schweißteile einer Charge gegeben ist, sondern auch nach einem Char- genwechsel erhalten bleibt.
Vor diesem Flintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit anzugeben, wie eine Kugel-Bauteilverbindung großserientauglich hergestellt werden kann. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und die Verwendung eines Schweißteils nach Patentanspruch 12 und 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zum Hubzündungsschweißen mit Gleichstrom, bei dem ein Schweißteil auf ein Bauteil geschweißt wird. Hierzu wird das Schweißteil an einer Fügestelle auf dem Bauteil aufgesetzt. In einer Vorstromphase wird ein niedriger Vor- strom eingeschaltet, der durch das Schweißteil und das Bauteil fließt. Das Schweißteil wird bis zu einem vorgegebenen Abstand vom Bauteil entfernt. Hierdurch kommt es zur Ausbildung eines schwachen Lichtbogens. Daran schließt sich die Hauptstromphase an, in der der Vorstrom auf einen Haupt- strom (Schweißstrom) erhöht wird. Der resultierende Schweißlichtbogen be- dingt eine zumindest teilweise Aufschmelzung der Materialien von Schweiß- teil und Bauteil. Zur Beendigung des Verfahrens wird das Schweißteil auf das Bauteil abgesenkt bzw. um eine geringe Strecke in das Bauteil eingetaucht und der Strom wird abgeschaltet. Die aufgeschmolzenen Materialien erkalten zu einer stoffschlüssigen Schweißverbindung. Beim Hubzündungsschweißen mit Gleichstrom wird die Flussrichtung des Stroms während des Verfahrens nicht verändert.
Erfindungsgemäß wird nun das Schweißteil negativ gepolt. Von zentraler Be- deutung für den erfindungsgemäßen Schweißprozess ist dabei, dass das Schweißteil entweder aus einer verzinkten Kugel aus C10C mit einer Rund- heit G500 besteht, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt, oder dass das Schweißteil durch Verschweißen einer derartigen Kugel mit einem Verbindungselement hergestellt ist. Ein derartiges Schweißteil beinhaltet folglich einen durch die verzinkte Kugel gebildeten Kugelabschnitt. In dem nachfolgenden Hubzün- dungsschweißverfahren wird die Schweißverbindung zwischen dem Bauteil und der Kugel bzw. dem Bauteil und dem durch die Kugel gebildeten Kugel- abschnitt des Schweißteils ausgebildet.
Ist das Schweißteil dadurch gebildet, dass eine verzinkte Kugel aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unter- halb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt, mittels Schweiß- verfahren an ein Verbindungselement geschweißt wird, so kann es sich bei dem Verbindungselement beispielsweise um Bolzen, Gewindebolzen, Niete o.ä. handeln.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Schweißteil eine Doppel- kugel, welche gebildet ist, indem eine verzinkte Kugel aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt, mit einer weiteren Kugel, vorzugsweise einer ebensolchen Kugel, verschweißt wird. Zur Herstellung des Schweißteils können verschiedenartige Schweißverfahren, wie z.B. La- serschweißen oder Hubzündungsschweißen verwendet werden.
Die Kugeln sind aus dem Material C10C gebildet, wobei diese Bezeichnung einen Qualitätsstahl mit der Werkstoffnummer 1.0214 bezeichnet. Die Bewer- tung der chemischen Zusammensetzung des Grundwerkstoffs erfolgt nach der DIN EN 10263-2.
Die Bezeichnung der Rundheit erfolgt in Übereinstimmung mit der DIN 5401. Die Kugel weist nach dem Verzinken der Kugeloberfläche eine Rundheit G500 auf. Unterhalb der durch die Zinkschicht gebildeten Kugeloberfläche dürfen in den Kugeln lediglich Zinkeinschlüsse mit einer Größe von maximal 10 Mikrome- tern vorliegen. Um dies sicherzustellen kann es vorteilhaft sein, wenn das Material C10C mit einem Reinheitsgrad nach DIN 10247/2007-07/ K3 < 15 vorliegt. Weiterhin kann es in einer bevorzugten Ausgestaltung diesbezüglich vorteilhaft sein, wenn die Kugeln vor dem Verzinken mit einer Rundheit G100 und vorzugsweise bei einer maximalen Rauheit Ra= 0,1 und ggf. Ra=0,06 vorliegen und anschließend galvanisiert werden. Die verzinkten Kugeln sollte vorteilhafter Weise weiterhin eine Kernhärte von 220HV10 ± 30 und eine Oberflächenhärte von 220HV10 ± 30 aufweisen.
Während des Schweißvorgangs ist eine kuppelförmige Oberfläche der ver- zinkten Kugel bzw. des Kugelabschnitts des Schweißteils dem Bauteil zuge- wandt. Es war zu erwarten, dass der unkontrolliert und zufällig über die Kup- pelfläche wandernde Lichtbogen zu einem schlecht zu kontrollierenden und schwer zu steuernden Schweißprozess führen würde. In Versuchen hat sich jedoch überraschender weise gezeigt, dass sich bei Verwendung eines wie voranstehend beschriebenen Schweißteils in dem beschriebenen Gleich- strom-Hubzündungsverfahren ein gut zu steuernder Schweißprozess ein- stellt, der sich durch eine hohe Reproduzierbarkeit und Festigkeit der
Schweißergebnisse auszeichnet. Es wird vermutet, dass insbesondere das zufällige Wandern des Lichtbogens über die kuppelförmige Oberfläche des Schweißteils im Zusammenwirken mit der Stromrichtung des Schweißstroms, der Rundheit und dem Grundwerkstoff der Kugel sowie der Begrenzung der Größe der Zinkeinschlüsse zu einem besonders vollständigen und spritzerar- men Zinkabbrand ohne explosionsartige Zinkeruptionen und gleichmäßigen Aufschmelzen des Grundwerkstoffs führt, wodurch wiederum die Festigkeit der Schweißverbindung steigt. Die Qualität der Schweißergebnisse konnte in Versuchen auch für Kugeln unterschiedlicher Produktionschargen nachge- wiesen werden. Solange die Kugeln den voranstehend beschriebenen Anfor- derungen genügten, war eine Anpassung der Schweißparameter nach einem Chargenwechseln nicht oder nur in geringem Maße notwendig. Damit qualifi- ziert sich das beschriebene Schweißverfahren insbesondere für den (Groß- )Serieneinsatz im Fahrzeugbau.
Der beschriebene vorteilhafte Effekt kann verstärkt beobachtet werden, wenn eine Dicke der Zinkschicht der verzinkten Kugel im Bereich von 6 bis 12 Mik- rometer liegt. Bei Verwendung von Kugeln mit derartiger Zinkschichtdicke konnten durchweg Schweißverbindungen mit einer Festigkeit erzeugt wer- den, welche den Anforderungen im Fahrzeugbau genügt.
Die Schweißteile können grundsätzlich auf jedes Bauteil aufgeschweißt wer- den, das sich aufgrund seiner Materialzusammensetzung für eine Verschwei- ßung mit der voranstehend beschriebenen verzinkten Kugel eignet. Beson- ders bevorzugt ist es jedoch, die Schweißteile auf einem Blechbauteil und insbesondere auf einem Stahlblech-Bauteil aufzuschweißen. Als Stahlblech- Bauteil sollen auch solche Bauteile gelten, die aus einem mit einer Korrosi- onsschutzschicht versehenen Stahlblech, wie z.B. einem verzinkten Stahl blech , hergestellt sind. Die Stahlbleche können vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm aufweisen.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Bauteilen um Karosseriebau- teile eines Kraftfahrzeugs, wenngleich das Verfahren und die Verwendung nicht auf solche Bauteile beschränkt werden soll. Die an das Bauteil ange- schweißten Schweißteile können nachfolgend z.B. zur Ausrichtung, vorüber- gehenden Fixierung oder dauerhaften Befestigung weiterer Bauteile, wie z.B. Karosserie(anbau)teile verwendet werden. Das Hubzündungsschweißverfahren kann mit einer dem Fachmann bekann- ten Hubzündungsschweißvorrichtung durchgeführt werden. In einer Ausge- staltung wird das Hubzündungsschweißen derart durchgeführt, dass in der Hauptstromphase ein einziger Hauptstromwert vorgegeben wird. Genauer gesagt wird der Schweißstrom zu Beginn der Hauptstromphase auf den vor- gegebenen Hauptstrom wert angehoben und erst am Ende der Schweißung wieder reduziert. Die Hauptstromphase dauert eine vorgegebene Schweiß- zeit an. Diese Verfahrensführung wird nachfolgend als„Ein-Hauptstrompha- sen-Schweißung“ bezeichnet und kann besonders vorteilhaft sein, um Schweißteile an Bauteile mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,7 mm und 1 ,5 mm zu schweißen oder um Doppelkugeln an Bauteile zu schweißen.
Für das Verschweißen von Schweißteilen, die aus der voranstehend be- schriebenen Kugel bestehen, hat sich darüber hinaus eine Verfahrensfüh- rung als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei der die Hauptstromphase drei aufeinanderfolgende Hauptstrom-Teilphasen aufweist, in denen jeweils unterschiedliche Hauptstromwerte verwendet werden. Auf die Vorstrom- phase folgt eine erste Hauptstrom-Teilphase, in der ein erster Hauptstrom- wert eingestellt wird. Daran schließt sich eine zweite Hauptstrom-Teilphase an, in der ein gegenüber dem ersten Hauptstrom verringerter zweiter Haupt- stromwert eingestellt wird. An die zweite Hauptstrom-Teilphase schließt sich eine dritte Hauptstrom-Teilphase an, in der ein dritter Hauptstromwert einge- stellt wird, der geringer ist als der erste Hauptstromwert und höher ist als der zweite Hauptstromwert.
Den drei Hauptstrom-Teilphasen kommen dabei unterschiedliche Aufgaben zu. In der ersten Hauptstrom-Teilphase wird ein relativ hoher erster Haupt- stromwert verwendet, um das Zink und die ggf. in der Kugel vorhandenen Zinkeinschlüsse zu verdampfen. Dies erfolgt relativ schnell, so dass die Schweißzeit der ersten Teilphase kurz gewählt werden kann. Um eine Überhitzung der sich in der ersten Hauptstrom-Teilphase bildenden Schmelze der Grundwerkstoffe zu vermeiden, folgt auf die erste Hauptstrom- Teilphase die zweite Hauptstrom-Teilphase mit niedrigem zweiten Haupt- stromwert. Der zweite Hauptstromwert liegt jedoch immer noch deutlich, z.B. um den Faktor 2 über dem Vorstromwert aus der Vorstromphase. Die Über- hitzung kann bereits vermieden werden, wenn diese zweite Teilphase nur eine geringe Zeitdauer hat. In der darauf folgenden dritten Hauptstrom-Teil- phase wird die nötige Schweißenergie für die Schweißung eingebracht. Ent- sprechend wird der Hauptstromwert wieder angehoben, wenn auch nicht auf den Wert der ersten Hauptstrom-Teilphase. Die dritte Hauptstrom-Teilphase hat die längste Zeitdauer der drei Hauptstrom-Teilphasen.
Für die Verfahrensführung mit drei Hauptstrom-Teilphasen hat es sich als be- sonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der erste, zweite und dritte Haupt- stromwert und die dazugehörigen Zeitdauern der Teilphasen in den nachfol- gend beschriebenen Wertbereichen liegen. Die Angaben beziehen sich dabei auf einen Referenzhauptstromwert und eine Referenzzeit. Der Referenz- hauptstromwert gibt denjenigen Hauptstromwert an und die Referenzzeit gibt diejenige Schweißzeit an, welche für eine„Ein-Hauptstromphasen-Schwei- ßung“ desselben Schweißteils und desselben Bauteils ermittelt und verwen- det würden, um eine ordnungsgemäße Schweißung zu erzielen. Verglichen mit diesen Referenzwerten, sollte der erste Hauptstromwert vorzugsweise 130% bis 150% und insbesondere 140% des Referenzhauptstromwerts be- tragen und die Zeitdauer der ersten Hauptstrom-Teilphase vorzugsweise 10% bis 15% und insbesondere 12,5% der Referenzzeit betragen. Der zweite Hauptstrom wert sollte vorzugsweise 23% bis 43% und insbesondere 33% des Referenzhauptstromwerts betragen und die Zeitdauer der zweiten Hauptstrom-Teilphase vorzugsweise 10% bis 15% und insbesondere 12,5% der Referenzzeit betragen. Der dritte Hauptstromwert sollte vorzugsweise 70% bis 90 % und insbesondere 80% des Referenzhauptstromwerts betra- gen und die Zeitdauer der dritten Hauptstrom-Teilphase 50 % bis 70% und insbesondere 60% der Referenzzeit betragen.
Eine derartige Verfahrensführung mit drei Hauptstrom-Teilphasen erzielt bei (Stahl-)Blechen mit einer Dicke im Dünnblechbereich bis zu 0,7 mm und im Dickblechbereich ab 1 ,5 mm hervorragende Ergebnisse, die hinsichtlich Fes- tigkeit und Reproduzierbarkeit besser zu bewerten sind als vergleichbare Schweißungen mit einer„Ein-Hauptstromphasen-Schweißung“.
Weiterhin wird die Verwendung einer wie voranstehend beschriebenen ver- zinkten Kugel aus C10C mit einer Rundheit G500, wobei die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer be- trägt, in dem beschriebenen Verfahren zum Hubzündungsschweißen ange- geben.
Ebenso wird die Verwendung eines Schweißteils in dem voranstehend be- schriebenen Verfahren angegeben, welches gebildet ist durch das Ver- schweißen einer wie voranstehend beschriebenen verzinkten Kugel aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt mit einem Ver- bindungselement. Das Verbindungselement kann z.B. ein Bolzen, Gewinde- bolzen oder ein Niet sein. Insbesondere kann das Verbindungselement eine weitere wie voranstehend beschriebene verzinkte Kugel aus C10C mit einer Rundheit G500 sein, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungs- wesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Darstellungen von Schweißteilen, die mittels
Hubzündungsschweißen auf ein Bauteil geschweißt werden Figur 3 beispielhafte Schweißkennlinien zur Durchführung des Ver- fahrens.
Figur 1 und 2 zeigen jeweils ein Schweißteil 10, welches in einer Hubzün- dungsvorrichtung 20 aufgenommen ist, zur Verwendung in dem Verfahren.
Zunächst wird das Schweißteil 10 mittels der Hubzündungsvorrichtung 20 auf einem Bauteil 30 aufgesetzt. Das Bauteil 30 kann beispielsweise ein Stahl blechbauteil für ein Kraftfahrzeug sein. Das Schweißteil 10 und das Bauteil 30 sind mit einer nicht dargestellten Schweißstromquelle verbunden, wobei das Schweißteil 10 negativ gepolt wird. Nun wird das Schweißteil 10 mittels der Hubzündungsvorrichtung 20 vom Bauteil 30 abgehoben, während ein Vorstrom durch beide geleitet wird, wodurch es zur Zündung eines Lichtbo- gens L kommt. In der nun folgenden Hauptstromphase wird der Strom, wel- cher zwischen Schweißteil 10 und Bauteil 30 fließt, erhöht. Infolgedessen kommt es zur Aufschmelzung von Grundwerkstoff des Bauteils 30 und des Schweißteils 10. Nach einer vorgegebenen Schweißzeit wird das Schweißteil 10 wieder abgesenkt und in die Schmelze gedrückt. Nach Erkaltung dersel- ben liegt eine stoffschlüssige Verbindung vor. Gemäß Figur 1 wird als Schweißteil 10 eine verzinkte Kugel 1 verwendet aus C10C mit einer Rundheit G500, wobei die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt. Figur 2 zeigt ein weiteres Schweißteil 10A in Form einer Doppelkugel, welche gebildet ist durch Verschweißen einer verzinkten Kugel 1 aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugelober- fläche maximal 10 Mikrometer beträgt, mit einer zweiten derartigen Kugel 1. Weitere alternative nicht abgebildete Schweißteile können z.B. durch eine Kugel 1 gebildet sein, die mit einem Verbindungselement, wie z.B. einem Bolzen, Gewindebolzen oder Niet verschweißt ist. In jedem Fall wird die Ver- schweißung zwischen dem Schweißteil und dem Bauteil derart erfolgen, dass die Kugel 1 auf dem Bauteil aufgesetzt wird.
Figur 3 zeigt zwei beispielhafte Schweißkennlinien 40, 50 von Flubzündungs- schweißungen zum Verschweißen eines Schweißteils 10, welches aus einer Kugel 1 besteht, mit dem Bauteil 30. Das Diagramm bildet dabei den
Schweißstrom I über der Zeit t ab.
Die strichliert dargestellte Schweißkennlinie 40 in Figur 3 gibt ein Schweiß- verfahren wieder, wie es mit Bezug zu Figur 1 beschrieben ist. Ein solches, im Rahmen dieser Anmeldung als„Ein-Flauptstromphasen-Schweißung“ be- zeichnetes Schweißverfahren weist im Anschluss an eine Vorstromphase 41 eine Flauptstromphase 42 auf mit einem einzigen Flauptstromwert IH, der für die Dauer der Flauptstromphase 42 konstant vorgegeben ist.
Insbesondere für das Verschweißen der Kugel 1 mit einem Dünnblech von 1 ,5 mm Dicke oder weniger eignet sich die mit dem Bezugszeichen 50 verse- hene Schweißkennlinie in Figur 3. Diese Verfahrensführung zeichnet sich dadurch aus, dass die Flauptstromphase 52 in drei Flauptstrom-Teilphasen 53, 54 und 55 unterteilt ist, in denen mit jeweils unterschiedlichen Haup- stromwerten IH1 , IH2, IH3 geschweißt wird.
Nach einer Vorstromphase 51 wird der Strom in einer ersten Hauptstrom- Teilphase 53 auf einen ersten Haupstromwert IH1 angehoben. In der an- schließenden zweiten Hauptstrom-Teilphase 54 wird der Hauptstrom auf ei- nen zweiten Hauptstromwert IH2 abgesenkt, der jedoch noch über dem Wert des Vorstroms IV liegt. In der letzten, dritten Hauptstrom-Teilphase 55 wird der Strom wieder angehoben, wobei der dritte Hauptstromwert IH3 zwischen dem ersten Hauptstromwert IH1 und zweiten Hauptstromwert IH2 liegt. Die erste und zweite Hauptstrom-Teilphase 53, 54 dauern jeweils nur eine sehr kurze Zeit an, der Energieeintrag zur Schmelzebildung erfolgt hauptsächlich in der dritten Hauptstrom-Teilphase 55, die entsprechend eine größer Zeit andauert.
In Figur 3 sind weiterhin die Schweißdauern der gesamten Hauptstromphase für die„Ein-Hauptstromphasen-Schweißung“ (Kennlinie 40, Bezugszeichen t40) und für die Schweißung mit drei Hauptstrom-Teilphasen (Kennlinie 50, Bezugszeichen t50) angegeben. Betrachtet man die Schweißzeit t40 und den Hauptstromwert IH der Kennlinie 40 als Referenzwerte, so sollte der erste Hauptstromwert IH1 vorzugsweise 130% bis 150% und insbesondere 140% des Referenzhauptstromwerts IH betragen und die Zeitdauer t1 der ersten Hauptstrom-Teilphase 53 vorzugsweise 10% bis 15% und insbesondere 12,5% der Referenzzeit t40 andauern. Der zweite Hauptstromwert IH2 sollte vorzugsweise 23% bis 43% und insbesondere 33% des Referenzhauptstrom- werts IH betragen und die Zeitdauer t2 der zweiten Hauptstrom-Teilphase 54 vorzugsweise 10% bis 15% und insbesondere 12,5% der Referenzzeit t40 andauern. Der dritte Hauptstromwert IH3 sollte vorzugsweise 70% bis 90 % und insbesondere 80% des Referenzhauptstromwerts IH betragen und die Zeitdauer t3 der dritten Hauptstrom-Teilphase 55 sollte 50 % bis 70% und insbesondere 60% der Referenzzeit t40 andauern.
Bezugszeichenliste
1 Kugel
10, 10A Schweißteil
20 Hubzündungsschweißvorrichtung 30 Bauteil
40 Schweißkennlinie
41 Vorstromphase
42 Hauptstromphase
50 Schweißkennlinie
51 Vorstromphase
52 Hauptstromphase
53, 54, 55 Hauptstrom-Teilphasen
I Strom
IH, IH1 , IH2, IH3 Hauptstromwert
IV Vorstromwert
t Zeit
t1 , t2, t3 Zeitdauer Hauptstrom-Teilphase t40, t50 Schweißdauer der Hauptstromphase

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufschweißen eines Schweißteils (10, 10A) auf ein Bauteil (30), das als Hubzündungsschweißen mit Gleichstrom durchgeführt wird mit einer Vorstromphase (41 , 51 ), in der ein Lichtbogen (L) zwischen dem negativ gepolten Schweißteil (10, 10A) und dem Bauteil (30) ausgebil- det wird, und
einer nachfolgenden Hauptstromphase (52, 42) zum Aufschmelzen von Ma- terial an der Fügestelle,
wobei das Schweißteil (10, 10A):
a) aus einer verzinkten Kugel (1 ) aus C10C mit einer Rundheit G500 besteht, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt,
oder
b) gebildet ist durch Verschweißen einer verzinkten Kugel (1 ) aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt mit einem Verbindungs- element.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , bei dem
das Schweißteil (10A) als Doppelkugel ausgebildet ist durch das Verschwei- ßen einer verzinkten Kugel (1 ) aus C10C mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt, mit einer zweiten derartigen Kugel (1 ).
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei
das Material C10C der verzinkten Kugel (1 ) mit einem Reinheitsgrad nach DIN 10247/2007-07/ K3 < 15 vorliegt.
4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei als verzinkte Kugel (1 ) eine Kugel verwendet wird, die vor dem Beschichten zum Ausbilden der Zinkschicht eine Rundheit G100 aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei eine Dicke der Zinkschicht der verzinkten Kugel (1 ) im Bereich von 6 bis 12 Mikrometer liegt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das Bauteil (30) ein Stahlblechbauteil ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem das Bauteil (30) ein Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs ist.
8. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei dem während der Hauptstromphase (42) ein einziger Hauptstromwert (IH) vorge- geben wird und die Hauptstromphase eine vorgegebene Schweißzeit (t40) andauert.
9. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, bei dem das Schweißteil (10) aus der verzinkten Kugel (1 ) besteht und
die Hauptstromphase (52) drei aufeinanderfolgende Hauptstrom-Teilphasen (53, 54, 55) aufweist,
wobei in der ersten Hauptstrom-Teilphase (53) ein erster Hauptstromwert (IH1 ) vorgegeben wird,
in der zweiten Hauptstrom-Teilphase (54) ein gegenüber dem ersten Haupt- stromwert (IH 1 ) verringerter zweiter Hauptstromwert (IH2) vorgegeben wird und in der anschließenden dritten Hauptstrom-Teilphase (55) ein dritter Haupt- stromwert (IH3) vorgegeben wird, der zwischen dem ersten Hauptstromwert (IH1 ) und dem zweiten Hauptstromwert (IH2) liegt.
10. Verfahren nach Patentanspruch 9, bei dem
- der erste Hauptstromwert (IH1 ) 130% bis 150% und insbesondere 140% ei- nes Referenzhauptstromwerts (IH) beträgt und die Zeitdauer der ersten Hauptstrom-Teilphase (53) 10% bis 15% und insbesondere 12,5% einer Re- ferenzzeit (t40) beträgt,
- der zweite Hauptstromwert (IH2) 23% bis 43% und insbesondere 33% des Referenzhauptstromwerts (IH) beträgt und die Zeitdauer (t2) der zweiten Hauptstromphase (54) 10% bis 15% und insbesondere 12,5% der Referenz- zeit (t40) beträgt, und
- der dritte Hauptstromwert (IH3) 70% bis 90 % und insbesondere 80% des Referenzhauptstromwerts (IH) beträgt und die Zeitdauer (t3) der dritten Hauptstromphase 50 % bis 70% und insbesondere 60% der Referenzzeit (t40) beträgt,
wobei der Referenzhauptstromwert (IH) und die Referenzzeit (t40) dem Hauptstromwert und der Schweißzeit entsprechen, die für eine Schweißung desselben Schweißteils (10) mit demselben Bauteil (30) in einem Verfahren nach Patentanspruch 6 vorgegeben würden.
11. Verfahren nach Patentanspruch 9 oder 10, bei dem
das Bauteil (30) ein Dünnblech mit einer Blechdicke von 0,7 mm oder weni- ger ist oder ein Dickblech mit einer Blechdicke von 1 ,5 mm oder größer.
12. Verwendung einer Schweißteils (10) in einem Verfahren zum Hubzün- dungsschweißen nach einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei das Schweißteil (10) aus einer verzinkten Kugel (1 ) aus C10C mit einer Rundheit G500 besteht, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unter- halb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrometer beträgt.
13. Verwendung eines Schweißteils (10A) in einem Verfahren zum Hubzü- ndungsschweißen nach einem der Patentansprüche 1 bis 8,
wobei das Schweißteil (10A) gebildet ist durch das Verschweißen einer ver- zinkten Kugel (1 ) aus C1 OC mit einer Rundheit G500, bei der die Größe et- waiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikrome- ter beträgt, mit einem Verbindungselement, insbesondere mit einer weiteren verzinkten Kugel (1 ) aus C1 OC mit einer Rundheit G500, bei der die Größe etwaiger Zinkeinschlüsse unterhalb der Kugeloberfläche maximal 10 Mikro- meter beträgt.
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