DE2129401A1

DE2129401A1 - Schweissverfahren und zu seiner Durchfuehrung geeignetes Schweissgeraet

Info

Publication number: DE2129401A1
Application number: DE19712129401
Authority: DE
Inventors: Shoup Thomas E
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1970-07-09
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1972-03-30
Also published as: US3736401A; GB1362026A; AU3101071A; CA966903A; FR2110853A5; BE769710A

Description

4«β Herne, «MO München 25,

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po.nadi 1« Dipi.-ing. R. H.Banr *.t.Anw.htn«

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Fernsprecher: 51013 r W 398012

5101-* Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trenfepohl ^39801J

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München

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Thomas E. Shoup, 162 South leavitt Road, AMHERST, Ohio 44001/USA

Schweißverfahren und zu seiner Durchführung geeignetes Schweißgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweißgerät, insbesondere Lichtbogenschweißgerät zur Schaffung einer umlaufenden Luft- oder sonstigen Gasströmung um den Schweißbereich.

Die Erfindung beschäftigt sich ferner mit Stirnringen, die die Bewegung von luft- oder einem anderen gasförmigen Medium um den Schweißbereich begünstigen.

Insbesondere richtet sich die Erfindung auf ein Lichtbogenschweißgerät zum Anschweißen eines Stiftes an einen Stahlträger durch ein galvanisiertes Stahlblech. Bisher v/ar es außerordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich,eine solche Zusammenstellung zufriedenstellend zu schweißen. Obwohl gewisse Schweißungen bereits durchgeführt wurden, waren sie aus verschiedenen Gründen vollständig unzufriedenstellend. Einer der Gründe, daß die Schweißung nicht zufriedenstellt, liegt darin, daß Zink einen niedrigeren Siedepunkt als Stahl aufweist und sich noch in gasförmigem Zustand befindet, wenn

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sich Stahl bereits verfestigt. Wenn das Gas durch den sich verfestigenden Stahl eingefangen wird, verbleibt in dem geschweißten Metall Niederschlagporosität. Das verflüchtigte Zink führt außerdem dazu, daß der Schweißlichtbogen sehr unstabil und unregelmäßig ist, wodureh es zum Ausstoß von Schweißmetall aus dem Schweißbereich kommt.

Die US-PS 3 204 075 und die US-PS 3 204 076 zeigen die Verwendung von Luft am Arbeitsende eines elektrischen Lichtbogens des das Plasma bildenden Gases. Diese Patentschriften offenbaren auch, daß Luft Verwendung findet, um geschmolzenes Material und durch die Wärme erzeugte Schlacke zu entfernern und die Innenoberfläche eines Mantels zu reinigen.

Die US-i-PS 3 324 277 offenbart die Verwendung von Luft am Arbeitsende eines Plasmabrenners zur Steuerung der Tiefe einer eingeschnittenen Rille und zur Entfernung des geschmolzenen Metalls aua der Rille.

Die US-PS 1 716 614 und die in Spalte 1 dieser Patentschrift

Gasen, zitierten Patentschriften offenbaren die Verwendung von anderen/ als Luft um die Schweißstelle zur Vergrößerung der Dehnbarkeit der Schweißung. Im Zusammenhang damit ist auch auf die US-PS 1 746 081 zu verweisen.

Keine der angezogenen Patentschriften offenbart die Verwendung von Luft bei einem StiftschweißVorgang oder beim Schweißen durch galvanisiertes Stahlblech.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Schweißpistole zum Schweißen eines Stiftes auf einem Träger durch galvanisiertes Stahlblech.

Weiter richtet sich die Erfindung auf die Verwendung eines Luftstromes oder Gasstromes beim Beginn und durch einen Teil des Lichtbogenschweißzyklus zur Verbesserung der Schweißung zwischen einem Stift und einem Träger durch galvanisiertes Stahlblech.

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Die Erfindung erstrebt ferner die Schaffung einer Stirnringkonstruktion, durch die die Luft oder das Gas in einer wirbelnden Bahn über den Schweißbereich bewegt wird.

Ein solcher Stirnring soll in weiterer Ausbildung der Erfindung eine gezahnte Oberfläche an einem Ende und konusförmige Rillen in der Nähe des anderen Endes aufweisen, damit die Luft oder das Gas in den Schweißbereich strömen können.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Schweißpistole mit dem neuartigen erfindungsgemäßen Arbeitsende;

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Schweißpistole nach Pig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht der Pistole nach Fig. 1; Fig. 4 eine Draufsicht auf die Basis des Luftfußes;

Fig. 5 eine vordere perspektivische Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform eines Stirnrings;

Fig. 6 eine rückwärtige perspektivische Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Stirnrings;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Stirnring nach Fig. 2;

Fig. 8 eine Unteransicht einer abgeänderten Ausführungsform eines Stirnrings;

Fig. 9 eine Unteransicht des Stirnrings nach Fig. 7; und in

Fig. 10 eine schematische Wiedergabe der Schweißpistole mit den zugehörigen Anschlüssen mit einer Steuereinheit, einer Versorgungseinheit und mit dem Solenoidventil.

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Das Grundsehweißgerät kann eines aus einer Vielzahl geeigneter Typen sein. Wenn der Stift durch Lichtbogenschweißung angeschweißt werden soll, dann muß das Werkzeug eine Einrichtung zum Abziehen des Stiftes vom Werkstück und Einrichtungen zum Bewegen des Stiftes gegen und auf das Werkstück aufweisen. Es sind ferner Einrichtungen vorgesehen, um den Stift in einer zurückgezogenen Stellung zu halten, bis er erneut in Richtung gegen das Werkstück bewegt wird. Das Schweißwerkzeug 10 enthält ein Gehäuse 12 aus dielektrischem Material. Das Gehäuse 12 besitzt einen einstückigen Pistolengriff 14 und eine abnehmbare hintere Abschlußkappe 16. Ein Stifthalter 18 ist am vorderen Ende des Werkzeuges angeordnet und hält einen Stift während des Schweißvorgangs. Ein Stirnringhalter 20 liegt vor dem Stifthalter 18 und wird durch 2 Schenkel 22 einstellbar gelagert. Der Stifthalter 18 ist an einem Halterschenkel 24 befestigt, der wiederum an einem Pistolenschaft 26 angebracht ist, der an dem Zwischenteil 30 sitzt.

Am Zwischenteil 30 ist eine Stabhalterung 32 befestigt, die einstückig mit einer zylindrischen Zugstange 34 ausgebildet ist, die eine zylindrische, einen geringeren Durchmesser aufweisende Führungsstange 36 aufweist, die sich nach rückwärts durch einen beweglichen Kern 38 erstreckt.

Ein Hubhaken 40 ist an dem beweglichen Kern 38 befestigt und so angeordnet, daß er einen Hubring 42 erfaßt, wenn er durch den beweglichen Kern 38 nach rückwärts bewegt wird. Der Ring 42 besitzt einen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser als derjenige der Zugstange 34 und der Ring 42 wird in einer senkrechten Lage zur Achse der Stabhalterung 32 durch einen Hubring 42 gegen eine Anschlagplatte 46 gehalten, die durch Stellschrauben an ihrem Platz gehalten wird. Die Hubstangenanordnung wird in der vorderen Stellung durch e^ne Rückholfeder 48 gehalten. In dieser Stellung ist der Hubring 42 auf der Zugstange 34 frei, welche sich nach rückwärts hindurchbewegen kann, wenn der Stift und der Stifthalter 18 aus einer vorgestreckten Stellung in eine Stellung bewegt werden, die etwas aus der anfänglichen Schweißstellung

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verschoben ist, in der der Stift am Anfang gegen das Werkstück gepreßt wird. Diese anfängliche Schweißetellung kann etwas wegen Änderungen in der Länge des von dem Stifthalter getragenen Stiftes schwanken. Wenn der Hubhaken 40 den Hubring 42 erfaßt, bewegt sich der Ring in eine Stellung, in welcher er auf die Zugstange 34 trifft und zieht sie in eine voll zurückgezogene Stellung zurück, wenn sich der Kern 38 nach rückwärts bewegt. Auf diese Weise werden der Stift und der Stifthalter ein vorbestimmtes Stück zurückgezogen, selbst wenn die Länge des. Stiftes imt Stifthalter von den Längen anderer Stifte etwas abweicht.

Der bewegliche Kern 38 wird zurückgezogen, wenn Strom auf eine Solenoidspule 50 durch geeignete Leiter 52 in an sich bekannter Weise aufgebracht wird. Die Rückwärtsbewegung des Kernes 38, die das Ausmaß des Hubes des Stiftes und des Stifthalters bestimmt, ist durch ein einstellbares Kernstück 54 begrenzt, welches in Richtung des beweglichen Kernes 38 und von ihm weg zur Änderung der Länge des Stifthubes gedreht werden kann.

Eine Klemme des Hauptschweißkabels 56 liegt am Halterschenkel 24, um die Klemme gegen den Stifthalter 18 zu halten. Das andere Ende des Halterschenkeis 24 greift auf den Pistolenschaft 26 der Tauchdämpferanordnung 62. Ein Gummibalg 58 schützt den Pistolenechaft 26. Ein mit Außengewinde versehener Stift erstreckt sich vom Zwischenteil 30 zum Eingriff mit der Tauohdämpferanordnung 62. Der Zwischenteil 30 ist außerdem in Eingriff mit der Stabhalterung 32.

Der Stirnringhalter 20 enthält eine Fußkonsole 65 mit einer ein Innengewinde aufweisenden Bohrung 63, deeaen Gewinde in ein mit Außengewinde versehenes Element 64 greifen, welches wiederum Bit einer Leitung zur führung von Luft, Sauerstoff oder einem anderen geeigneten Medium verbunden werden kann. Das Gewindelooh 63 erstreckt sioh duroh die Konsole 65 und öffnet sich in eine Gegenbohrung in einem Reohtwinkelträger 66. Die Gegenbohrung ist duroh den ersten Schenkel des

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Rechtwinkelträgers 66 geführt. Ein Kanal 68 erstreckt sich durch den zweiten Schenkel des Trägers 66, der mit einem Kanal 67 zur Vervollständigung des Systems verbunden ist. Der Luftfuß 72 besteht aus zwei Stücken und einem gebogenen Deckel mit einem Grundkörper 74 mit einem Luftloch 76, welches in den Kanal 68 mündet /äW Fortsetzung desselben dient sowie einem C-förmigen Stirnringhalter 78. Das Luftloch 76 öffnet sich in eine Verteilerkammer 80 im oberen Teil des Deckels, der drei Einlaßkanäle 82 aufweist, die sich von dort in drei «luergebohrte Belüftungskanäle 84 öffnen, die sich von der Außenoberfläche des Stirnringhalters zu dessen Innenfläche erstrecken. Die Belüftungskanäle 84 haben einen größeren Durchmesser als die Einlaßkanäle 82, so daß eine Menge an Luft nach unten durch sie hindurch gesaugt wird, wobei der Sauerstoff am Eückwärtsaustritt zu den Belüftungskanälen 84 abgehalten wird. Die Belüftungskanäle 84 können auch für das Durchführen einer Bürste dienen, um sie leicht reinigen zu können. Die Belüftungskanäle 84 stehen winklig zur Achse der Schweißpistole, ao daß für die Luftströme ein Wirbel oder Zykloneffekt entsteht.

Es wird ein Stift 86 in den Stifthalter 18 eingesetzt und ein Stirnring 88 in den C-förmigen Stirnringhalter 78 montiert, wobei der Stift 86 durch den Stirnring 88 vorsteht. Der Stirnring 88 ist ein ringförmiges keramisches Element mit einer abgeschrägten Kante an einem Ende und einer gezahnten Kante am anderen. Sie abgeschrägte Kante des Stirnringes 88 ermöglicht es den Gasen um den Schweißbereich dee Stiftes 86 zu kreisen und die Zahnungen ermöglichen es den Gasen und Schmutzbestandteilen aus dem Schweißbereich ausgestoßen zu werden. Zu Beginn des Schweißvorganges wird die Schweißpistole gegen das Werkstück angesetzt, welches einen Streifen aus galvanisiertem Stahl 90 auf einem Stahlträger 92 enthält. Dann wird dir Auslöser heruntergedrückt, wodurch die Steuereinheit 94 über die Stromversorgung 95 aktiviert wird. Die Steuereinheit 94 enthält einen Kreis, durch welchen der Stift vom Werkstück angehoben wird und einen anderen Kreis, durch den

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sich ein Solenoidventil 96 öffnet, so daß Luft oder anderes Gas in den Schweißbereich durch die Öffnung S3 in der Konsole 65 und damit durch den Kanal 70 und den Kanal 68 in den Rechtwinkeltrager 66 gerichtet werden kann. Dann gelangt sie durch das Luftloch 76 in die Verteilerkammer 80, aus dem Stirnringhaltereinlaßkanal 82 und schließlich durch den Belüftungskanal 84 zum Schweißbereich. Nach einer vorbestimmten Zeit schließt ein einstellbarer Zeitkreis in der Steuereinhiet 94 das Solenoidventil 96 und der Schweißzyklus setzt sich in bekannter Weise fort.

Eine andere Art eines Stirnrings 88a ist in den Fig. 5 und wiedergegeben. Dieser Stirnring enthält ein ringartiges keramisches Element mit einer gezahnten Kante, wobei die Zahnung sägezahnförmig ist. Die andere Kante weist drei Einlaßkanäle 98 im Winkelabstand von 120° auf. Jeder Kanal 98 öffnet sich in einen konusförmigen Kanal, dessen Scheitel in einem Durchlaß endet.

Eine andere Art eines Stirnringes 88b weist eine Kante auf, die abgeschrägt ist. Die andere Kante ist gezahnt. Jede Zahnung besitzt eine Oberfläche 100 in Winkelstellung zur Achse des Stirnrings, was die Kreisbewegung des Luftstromes unterstützt.

Patentansprüche;

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Claims

United-Carr Inc. M 02 952

München, den 14.6.71

Patentansprüche

.j Stiftschweißwerkzeug zum Anschweißen eines Stiftes an --'' ein Werkstück, insbesondere durch Lichtbogenschweißung, gekennzeichnet durch einen Stifthalter (18), Einrichtungen zum Zurückziehen des Stifthalters (18), Einrichtungen zur Zuführung von Schweißstrom zum Stifthalter nach der Bewegung des Stifthalters in die zurückgezogene Stellung und Einrichtungen zum Stoßen des Stifthalters nach vorne auf das Werkstück nach einer bestimmten Yerweilzeit in der zurückgezogenen Stellung sowie durch Einrichtungen (88) zur Zuführung eines Stromes aus einem strömungsfähigen Medium auf das Werkstück um den Stift.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömende Medium ein Gas ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Luft ist.
4. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas Sauerstoff ist.
5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufbringen des strömenden Mediums einen Fuß (72) aufweist, der den Stift umgibt und Öffnungen besitzt, die den Strom des strömungsfähigen Mediums auf das Werkstück richten.
6. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Aufbringen des Stromes aus strömungsfähigem Medium einen Fuß umfassen, der einen Durchlaß aufweist, welcher mit dem Luftfuß und mit einer Einrichtung zur Zuführung eines Luftstromes in Eingriff bringbar ist.

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7. Werkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (94) zur Aufbringung des Stromes aus strömungsfähigem Medium während eines Teiles des Schweißzyklus.
8. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfuß aus zwei Stücken, einem Deckel und einem Stirnringhalter "besteht, wobei der Deckel eine gegen den Stirnringhalter stoßende Vorderfläche und eine Rückfläche aufweist, die ein Luftloch besitzt, und ferner dadurch gekennzeichnet , daß die Vorderfläche eine Verteilerkammer besitzt, in welche sich das Luftloch öffnet, während der Stirnringhalter eine Reihe von in die Verteilerkammer ausmündende Öffnungen besitzt.
9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen durch den Stirnringhalter erstrecken und winkelig zum Stirnringhalter stehen, so daß sie dem Medium relativ zum Werkstück eine Wirbelbewegung erteilen.
10. Kreisförmiger Stirnring zur Verwendung beim Anschweißen eines Stiftes auf einen Träger, gekennzeichnet durch eine Vorderfläche und eine Rückfläche, wobei die Vorderfläche eine Reihe von Zahnungen aufweist und die Rückfläche mit einem abgeschrägten Teil versehen ist, um die Wirbelwirkung eines darüberströmenden Mediums zu unterstützen.
11. Kreisförmiger Stirnring zur Verwendung beim Anschweißen eines Stiftes an einen Träger, gekennzeichnet durch eine Vorderfläche und eine Rückfläche, wobei die Vorderfläche mit einer Reihe von Zahnungen versehen ist und die Rüokflache wenigstens zwei Kanäle aufweist, die jeweils in einen konusförmigen Kanal übergehen.

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12. Verfahren zum Anschweißen eines Stiftes an einem Werkstück durch ein galvanisiertes Blech, gekennzeichnet durch Aufsetzen des Stiftes gegen das galvanisierte Blech, Abziehen des Stiftes vom Blech, Ausbildung eines Lichtbogens zwischen Blech und Stift, Aufbringen eines Stromes eines strömungsfähigen Mediums um den Schweißbereich in einer wirbelnden Bewegung während des Vorhandenseins des Lichtbogens, Abdrehen des Stromes aus strömungsfähigem Medium, Andrücken des Stiftes gegen das geschmolzene Werkstück nach dem Abschalten des Lichtbogens.

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