DE19901823A1 - Schweißbolzen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Schweißbolzen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen durch Umformen hergestellten Schweißbolzen (10) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere zum Lichtbogenbolzenschweißen. Der Schweißbolzen (10) hat einen Befestigungsabschnitt (12) sowie einen sich an diesen anschließenden Anschweißflansch (16), mit dem der Schweißbolzen (10) an ein Bauteil verschweißbar ist. Der Anschweißflansch (16) ist zumindest an seiner mit dem Bauteil zu verschweißenden Kontaktfläche zusätzlich spanend bearbeitet.
Description
Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen aus Aluminium oder einer Aluminium
legierung, insbesondere zum Lichtbogenbolzenschweißen, der durch Umformen
hergestelLt worden ist und einen Befestigungsabschnitt sowie einen sich an diesen
anschließenden Anschweißflansch hat, mit dem der Schweißbolzen an einem Bau
teil verschweißbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren nach dem Ober
begriff des Anspruchs 7 zur Herstellung eines Schweißbolzens.
Insbesondere bei Schweißbolzen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wie
beispielsweise AlMg5 oder AlMg3 besteht das Problem, daß sich aufgrund der
Materialeigenschaften des Aluminiums in der Schweißzone und der Wärmeeinfluß
zone häufig Poren, Risse, Lunker, Bindefehler oder Unterschneidungen ausbilden.
So werden derartige Fehler in der Schweißzone und der Wärmeeinflußzone bei
Aluminium oder Aluminiumlegierungen hauptsächlich durch Aluminiumoxid wie Al2O3
verursacht, das vor dem Schweißen als dünne Oxidschicht auf der Oberfläche des
Schweißbolzens ausgebildet war und während des Schweißens in das angeschmol
zene Material gelangt. Ferner wird die Porenbildung durch die Aufnahme von Was
serstoff aus der Umgebung durch das Aluminium oder durch Verunreinigungen
(Schmiermittelreste) von der Bolzenherstellung begünstigt. Aus diesem Grund ent
steht eine hohe Fehlerrate beim Lichtbogenbolzenschweißen von Schweißbolzen
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Aus Kostengründen werden die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bestehenden Schweißbolzen üblicherweise durch Umformen, vorzugsweise Kalt
verformen hergestellt. Durch das Umformen wird die an der Oberfläche des Aus
gangsmaterials anhaftenden Aluminiumoxide oder Verunreinigungen wie Öle und
Schmiermittel in den Werkstoff des Schweißbolzens eingeknetet, so daß der
Werkstoff auch in tieferen Schichten verunreinigt ist und folglich die Qualität der
späteren Schweißverbindung zusätzlich negativ beeinflußt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schweißbolzen der eingangs genannten Art
bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schweißbolzens so weiterzubil
den, daß der Schweißbolzen mit hoher Prozeßsicherheit und geringer Fehlerrate
schweißbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten bzw. sechsten Anspruchs ge
löst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den von den jeweiligen
Hauptansprüchen abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Schweißbolzen wird der durch das Umformen gebil
dete Anschweißflansch, über den der Schweißbolzen am Bauteil verschweißt wird,
zumindest im Bereich seiner Kontaktfläche nach dem Umformen zusätzlich spanend
bearbeitet, um die in der Oberfläche des Werkstoffes eingeknetete Aluminiumoxide
und Verunreinigungen zu entfernen. Dadurch wird erreicht, daß der Teil des
Anschweißflansches, der während des Schweißvorganges angeschmolzen wird,
allenfalls noch Restmengen der die Schweißverbindung beeinträchtigenden
Substanzen enthält. Auf diese Weise kann die Bildung von Poren, Lunkern,
Oxideinschlüssen und ähnliches wirksam verhindert werden, so daß die Fehlerrate
bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schweißbolzen verglichen mit der Fehler
rate herkömmlicher Schweißbolzen aus Aluminium und einer Aluminiumlegierung
deutlich geringer ist. Dadurch ist auch die Prozeßsicherheit des Schweißverfahrens
verbessert, so daß sich das Schweißverfahren bei Verwendung der erfindungs
gemäßen Schweißbolzen auch für eine automatisierte Fertigung eignet.
Da auch Verunreinigungen und Oxide, die nicht unmittelbar an der Kontaktfläche
des Anschweißflansches anhaften, während des Schweißvorganges in die
Schmelze gelangen können, ist die Weiterbildung nach Anspruch 2 von Vorteil.
Die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 hat den Vorteil, eine glatte Ober
fläche zu erzielen. Dies hat, verglichen mit einer rauhen Oberfläche, in der sehr viele
Riefen und Vertiefungen ausgebildet sind, eine geringere Angriffsfläche für den
Luftsauerstoff, so daß die entstehende Oxidmenge geringer ist. So sollte die be
arbeitete Oberfläche eine Rauhigkeit besitzen, wie sie durch Schlichten oder Fein
schlichten erzeugt werden kann. Als Bearbeitungsverfahren eignet sich hierzu bei
spielsweise das Drehen oder Fräsen.
Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 wird einerseits sicher
gestellt, daß die während des Umformens in den Werkstoff eingeknetete Menge an
Oxiden und Verunreinigungen gering ist. Andererseits ist die elektrische Leitfähigkeit
des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung um so größer, je geringer der Kaltver
formungsgrad ist, so daß die Schweißfähigkeit des Schweißbolzens verglichen mit
einem stärker kaltverformten Schweißbolzen verbessert ist.
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 6 behält zumindest der An
schweißflansch in dem Bereich, der später spanend bearbeitet werden soll, ein
Aufmaß. Die anderen Abschnitte des Schweißbolzens können bereits vollständig
ausgebildet sein. So kann der Befestigungsabschnitt beispielsweise mit einem ferti
gen Gewinde oder einem fertigen Nietschaft versehen sein.
Nach dem spanenden Bearbeiten wird der Schweißbolzen vorteilhafterweise ge
reinigt, damit eventuell anhaftende Verunreinigungen wie Schmiermittel aus der
spanenden Bearbeitung entfernt werden, die andernfalls die Qualität der Schweiß
verbindung nachteilig beeinflussen würden. Zum Reinigen des Schweißbolzens
werden organische Lösungsmittel verwendet. Ferner ist auch der Einsatz anorgani
scher Säuren möglich, die als Beizmittel dienen und mit an der Oberfläche des
Schweißbolzens anhaftenden, durch Lösungsmittel nicht entfernbaren chemischen
Verbindungen reagieren und diese ablösen.
Da sich die Aluminiumoxidschicht in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen
wie Luftfeuchtigkeit oder Temperatur innerhalb weniger Stunden oder Tage
erneuern kann und eine nochmalige spanende Bearbeitung wenig sinnvoll ist, wird
ferner vorgeschlagen, die Oberfläche des Schweißbolzens nach der spanenden
Bearbeitung bzw. nach dem Reinigen zu passivieren. Zu diesem Zweck wird der
Schweißbolzen in einem Elektrolytbad oder in einem Salzbad mit einem dünnen
Metallüberzug beispielsweise aus Titan und Zirkonium beschichtet, dessen
Schichtdicke auf wenige Nanometer beschränkt ist. Durch das Passivieren wird die
erneute Bildung einer Aluminiumoxidschicht verzögert, so daß der Schweißbolzen
auch noch Monate, nachdem er hergestellt worden ist, verwendet werden kann,
ohne daß die Qualität der Schweißverbindung gemindert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt die einzige Figur einen erfindungsgemäßen Schweißbolzen zum Licht
bogenbolzenschweißen mit Hubzündung.
Die einzige Figur zeigt einen Schweißbolzen 10 aus Aluminium (Al 99,5). Der
Schweißbolzen 10 hat einen zylinderförmigen Befestigungsabschnitt 12, an dem ein
metrisches Gewinde 14 ausgebildet ist, und einen sich an den Befestigungs
abschnitt 12 anschließenden, gleichfalls zylinderförmigen Anschweißflansch 16. Die
in der Figur links dargestellte Stirnseite des Anschweißflansches 16 ist als Kegel
spitze 18 ausgebildet, mit der der Schweißbolzen 10 auf den Bauteil, beispielsweise
ein Karosserieblech eines Kraftfahrzeuges, zum Schweißen aufgesetzt wird.
Als Ausgangswerkstoff für den Schweißbolzen 10 dient ein Aluminiumdraht, dessen
Durchmesser etwas größer ist, als der Außendurchmesser des am Befestigungs
abschnitt 12 ausgebildeten Gewindes 14. Der Aluminiumdraht wird in ein Formwerk
zeug eingelegt und anschließend durch Kaltverformung umgeformt. Nach dem Um
formen ist der Schweißbolzen 10, bis auf den Anschweißflansch 16, vollständig
ausgebildet, d. h. der Befestigungsabschnitt 12 hat seine endgültige Form ein
schließlich des Gewindes 14.
Der Anschweißflansch 16 ist dagegen so ausgeformt, daß sein Außendurchmesser
verglichen mit dem Durchmesser des Ausgangsmaterials größer ist, wie in der Figur
durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Dadurch wird erreicht, daß an der
Oberfläche des Aluminiumdrahtes vor dem Umformen ausgebildetes Aluminiumoxid
und anhaftende Verunreinigungen nach dem Umformen nur in den äußeren Rand
schichten des Anschweißflansches 16 eingepreßt sind. Dabei sollte der Kaltver
formungsgrad des Anschweißflansches 16 nicht größer als 15% sein, um sicher
zustellen, daß nur die angesprochenen Randbereiche verunreinigt sind.
Nach dem Umformen wird der Anschweißflansch 16 auf sein endgültiges Maß ab
gedreht, wobei die mit Aluminiumoxid und anderen Substanzen verunreinigten
Randschichten vollständig entfernt werden und die fertig bearbeitete Oberfläche
eine Rauhigkeit besitzt, wie sie durch Feinschlichten erzeugt wird. Ist das spanende
Bearbeiten des Schweißbolzens 10 abgeschlossen, wird der Schweißbolzen 10
zunächst mit organischen Lösungsmitteln entfettet und anschließend mit anorgani
schen Säuren gebeizt. Nach dem Beizen wird der Schweißbolzen 10 schließlich in
einem Salzbad passiviert, wobei die gesamte Oberfläche des Schweißbolzens 10
mit einer Titan-Zirkonium-Metallschicht überzogen wird.
10
Schweißbolzen
12
Befestigungsabschnitt
14
Gewinde
16
Anschweißflansch
18
Kegelspitze
Claims (12)
1. Schweißbolzen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere
zum Lichtbogenbolzenschweißen, der durch Umformen hergestellt worden ist
und einen Befestigungsabschnitt (12) sowie einen sich an diesen anschlie
ßenden Anschweißflansch (16) hat, mit dem der Schweißbolzen (10) an einem
Bauteil verschweißbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anschweißflansch (16) zumindest an sei
ner mit dem Bauteil zu verschweißenden Kontaktfläche zusätzlich spanend
bearbeitet ist.
2. Schweißbolzen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anschweißflansch (16) zumindest an sei
ner Stirnseite spanend bearbeitet ist.
3. Schweißbolzen nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitende Fläche geschlichtet, vor
zugsweise feingeschlichtet ist.
4. Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen (10) durch Kaltverformen
hergestellt worden ist, und daß der Verformungsgrad zumindest im Material
des Anschweißflansches (16) kleiner als 15% ist.
5. Schweißbolzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kontaktfläche des Schweiß
bolzens (10) passiviert ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Schweißbolzens (10) aus Aluminium oder
einer Aluminiumlegierung, bei dem das Ausgangsmaterial des Schweiß
bolzens (10) durch Umformen derart verformt wird, daß sich ein Befestigungs
abschnitt (12) und ein sich an diesen anschließender Anschweißflansch (16)
ausbildet, mit dem der Schweißbolzen (10) am Bauteil verschweißbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kontaktfläche des Anschweiß
flansches mit Übermaß hergestellt wird und nach dem Umformen durch spa
nendes Bearbeiten auf Sollmaß gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Stirnseite des Anschweiß
flansches auf Sollmaß gedreht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Stirnseite geschlichtet, vor
zugsweise feingeschlichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen (10) nach dem spanenden
Bearbeiten gereinigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen (10) zum Reinigen gebeizt
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen (10) nach dem spanenden
Bearbeiten und gegebenenfalls nach dem Reinigen passiviert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schweißbolzen (10) zum Passivieren in
ein Galvanisierungsbad oder ein Salzbad getaucht wird.
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