DE4200199A1 - Verfahren zum elektrischen verschweissen zweier schweissteile - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrischen Ver­ schweißen zweier Schweißteile mittels Stromflusses über die Schweißstelle und Anwendung von Gas zur Verhinderung zw. Beseitigung einer Oxyda­ tion an der Schweißstelle und auf ein Schweißteil zur Anwendung dieses Verfahrens.

Das Verschweißen zweier Schweißteile unter Anwendung eines besonde­ ren Gases zur Verhinderung bzw. Beseitigung einer Oxydation an der Schweißstelle, insbesondere eines Schutzgases, ist in vielen Veröffentli­ chungen beschrieben. Beispielsweise wird auf die DE-PS 29 33 863 verwiesen, die sich auf eine Vorrichtung zum Verschweißen eines Bolzens mit einem Werkstück bezieht, bei der ein gezogener Lichtbogen erzeugt werden und Gasströme um den Bolzen herum verlaufen und im Sinne einer äußeren Gaszuführung von außen her auf die Schweißstelle gerich­ tet werden.

Auch beim Widerstandsschweißen hat man bereits Schutzgas verwendet. Gemäß der EP-Anmeldung 3 02 333 wird das Schutzgas von außen auf die Schweißstelle geblasen.

Bei bekannten Schweißverfahren hat man zur Intensivierung der Wirkung eines zugeleiteten Gases, insbesondere Schutzgases, die Schweißstelle durch glockenartige Abdeckungen abgeschirmt, wobei in die Abdeckungen das Gas eingeleitet wird. Das eingeleitete Gas kann dann entweder durch Öffnungen zwischen der Abdeckung und dem betreffenden Werkstück austreten oder die in der Abdeckung vorher enthaltene Luft austreiben (siehe DE-PS 26 47 845 und DE-PS 31 49 835). Es ist auch aus der DE-OS 28 18 896 bekannt, eine derartige Abdeckung abdichtend auf die Oberfläche des betreffenden Werkstücks aufzusetzen und die auszutrei­ bende Luft über eine besondere Absaugvorrichtung abzuleiten.

Diese Art der Zuführung eines besonderen Gases, insbesondere Schutz­ gases, von außen her, hat einen erheblichen Gasverbrauch zur Folge, da, wenn keine Abdeckung verwendet wird, das Gas auch Luft mit in die Schweißstelle hinwirbelt, was durch eine entsprechend hohe Gaszufuhr ausgeglichen werden muß. Im Falle der Verwendung einer Abdeckung muß deren Innenraum zunächst von der Luft freigespült werden, was ebenfalls den eigentlich für die Schweißstelle bestimmten Gasverbrauch entsprechend erhöht. Außerdem führt dieser Spülvorgang zu einer ent­ sprechenden Verzögerung der Einleitung der Schweißung, da mit dieser gewartet werden muß, bis im wesentlichen alle Luftreste in der Abdeckung ausgespült sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Ver­ fahren so zu gestalten, daß die Einwirkung eines besonderen Gases auf die Schweißstelle hinsichtlich der zeitlichen Wirkung und des Gasbedarfs verbessert wird. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß das Gas durch eine auf die Schweißstelle weisende durchgehende Bohrung in dem einem Schweißteil der Schweißstelle so zugeführt wird, daß das Gas radial zu der Bohrung die Schweißstelle überstreicht.

Aufgrund der Zuführung des Gases durch eine auf die Schweißstelle weisende durchgehende Bohrung im Sinne einer inneren Gaszuführung wird das Gas gezielt und direkt über die Schweißstelle geleitet, wo es unmittelbar in dem engen Bereich zwischen den beiden Schweißteilen vorhandene Luft sofort wegdrückt, wozu zunächst nur soviel Gas erfor­ derlich ist, wie der normalerweise begrenzte enge Raum zwischen den Schweißteilen beinhaltet. Mit dem Nachströmen des Gases wird dann innerhalb dieses engen Raumes verhindert, daß Luft von außen her wieder an die Schweißstelle gelangt, was dadurch aufgrund der besonde­ ren Einleitung des Gases geschieht, daß dieses sich radial nach außen hin über die Schweißstelle ausbreitet. Dabei besteht offensichtlich kaum eine Gefahr der Einwirbelung von Luft. Außerdem entsteht der Effekt der Einhüllung der Schweißstelle sofort mit der Zuleitung des Gases, ohne daß vorher auf eine Füllung und einer Abdeckung deren Reinigung von Luft gewartet werden muß.

Die Intensivierung der Wirkung des Gases auf die Schweißstelle wird dadurch besonders gefördert, daß das Gas auf die Mitte der Schweiß­ stelle geleitet wird. In diesem Falle ergibt sich eine weitgehend radial­ symmetrische Ausbreitung des Gasstromes und somit ein entsprechend gleichmäßiges Überstreichen der Schweißstelle.

Wird das Verfahren zum Anschweißen eines Schweißbolzens verwendet, so wird zweckmäßig das Gas während des Brennens eines gezogenen Lichtbogens durch die Mitte des Schweißbolzens auf die Schweißstelle geleitet.

Handelt es sich bei dem Verfahren um die Anwendung einer Wider­ standsschweißung, so wird zweckmäßig während des Stromflusses das Gas durch Strömungsnuten in dem einen Schweißteil über die Schweißstelle geleitet. Da bei der Widerstandsschweißung die beiden Schweißstellen einander berühren, wird durch die Strömungsnuten dafür gesorgt, daß das Gas die Schweißstellen an den Berührungspunkten der beiden Schweiß­ teile gleichmäßig von innen her umströmt, ähnlich wie beim vorstehend genannten Fall des Schweißens eines Schweißbolzens.

Einen für die Anwendung des Verfahrens besonders geeigneten Schweiß­ bolzens gestaltet man zweckmäßig so, daß er koaxial von der Bohrung durchsetzt wird. Für die Bohrung kommt man mit einem relativ geringem Durchmesser aus, nämlich einem solchen von maximal etwa 1,5 mm.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für das Schweißen sowohl von Schweißbolzen mit Zündspitze als auch Schweißbolzen mit konischer Schweißfläche. Im ersteren Fall durchsetzt die Bohrung die Zündspitze koaxial. Die Bohrung läßt damit eine ringartige Zündspitze stehen. Im letzteren Falle endet die Bohrung in der Spitze der konischen Schweiß­ fläche.

Im Falle der Anwendung des Widerstandsschweißens versieht man zweck­ mäßig die Schweißfläche des durchbohrten Schweißteils mit Strömungs­ nuten zur Leitung des Gases über die Schweißstelle. Zur Schaffung der Strömungsnuten kann man so vorgehen, daß die Schweißfläche mit mehreren Vorsprüngen versehen wird, deren Zwischenräume dann die Strömungsnuten bilden.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen an einer Platte anzuschweißenden Schweißbolzen mit konischer Schweißfläche und koaxial zugeführten Gas,

Fig. 2 einen Schweißbolzen mit Zündspitze und koa­ xialer Bohrung im Schnitt,

Fig. 3 eine das eine Schweißteil bildende, mit Vor­ sprüngen versehene Mutter zum Verschweißen mit einer Platte durch Widerstandsschweißen,

Fig. 4 eine Ansicht der Mutter gemäß Fig. 3 von der Seite der Schweißfläche her gesehen.

Fig. 1 zeigt den Schweißbolzen 1 mit seinem Schaft 2, dem Schweiß­ flansch 3 und der konischen Schweißfläche 4. Der Schaft 2 wird von dem rohrartigen Futter 5 eines nicht dargestellten Schweißwerkzeugs gehalten. Dem Innenraum 6 des Futters 5 wird hier, angedeutet durch den eingezeichneten Pfeil, ein Schutzgas zugeleitet. Das Futter 5 wird in bekannter Weise zusammen mit dem Schweißbolzen 1 auf das als Platte 7 ausgebildete Schweißteil zwecks Zündung eines Lichtbogens zu bewegt, woraufhin das Futter 5 in die in der Fig. 1 dargestellten Lage zurück­ gezogen wird, wobei der durch die strahlenförmig geführten Linien ange­ deutete Lichtbogen zwischen der konischen Schweißfläche 4 und der Platte 7 brennt. Es erfolgt dann in üblicher Weise das Anschmelzen der dem Schweißbolzen 1 zugewandten Oberfläche der Platte 7 und der konischen Schweißfläche 4, woraufhin das Futter 5 wieder auf die Platte zu bewegt wird, wobei dann der Schweißbolzen 1 mit seiner Schweiß­ fläche 4 in das Schmelzbad auf der Platte 7 eintaucht und somit die Schweißverbindung herbeiführt.

Der Schweißstift 1 ist mit der durchgehenden Bohrung 8 versehen, die den Schweißbolzen 1 koaxial durchsetzt und an der Spitze 9 der koni­ schen Schweißfläche 4 austritt. Es ergibt sich damit ein geschlossener Kanal für die Durchleitung des dem Innenraum 6 zugeführten Schutz­ gases, das somit an der Stelle der Spitze 9 austritt und sich entsprechend den eingezeichneten Pfeilen radial zur Bohrung 8 über die Schweißstelle auf der Platte 7 ausbreitet und diese damit überstreicht. Da das so zugeführte Schutzgas im Bereich zwischen der Schweißfläche 4 und der Platte 7 nur einen engbegrenzten Raum auszufüllen hat, wird das Schutz­ gas nach Einschaltung der Schutzgaszuführung zu dem Innenraum 6 praktisch schlagartig über die Schweißstelle auf der Platte 7 verbreitet, ohne das eine ins Gewicht fallende zeitliche Verzögerung dabei eintritt. Dies bedeutet, daß unmittelbar vor dem Zünden des Lichtbogens die Zuführung des Schutzgases eingeschaltet werden kann, das dann schlag­ artig die Luft aus dem Zwischenraum zwischen Schweißfläche 4 und Platte 7 verdrängt und diesen Zwischenraum vollständig ausfüllt (siehe eingezeichnete Pfeile). Das Schutzgas erfüllt dann seine Wirkung der Verhinderung einer Oxydation an der Schweißstelle.

Anstelle eines Schutzgases kann auch ein Gas verwendet werden, das eine vorhandene Oxydation beseitigt und also im Sinne einer Reduzie­ rung wirkt.

In der Fig. 2 ist ein mit der Schweißspitze 10 versehener Schweißbol­ zen dargestellt, der die durchgehende Bohrung 8 aufweist. Die Bohrung 8 endet aufgrund ihrer koaxialen Führung in dem Schweißbolzen 11 in der Schweißspitze 10, so daß diese durch einen von der Bohrung 8 durchsetzten Ring gebildet wird. Der Schweißbolzen 11 kann in der gleichen Weise, wie in Fig. 1 dargestellt, in ein Futter mit einer beson­ deren Gaszuführung eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zusammenhang mit dem Vorgang des Widerstandsschweißens, bei dem ein elektrischer Strom über die Schweißstelle geleitet wird und diese ent­ sprechend erhitzt. Das eine Schweißteil besteht hier aus der im Schnitt dargestellten Mutter 12, die mit der Platte 13 zu verschweißen ist. Auf die Mutter 12 drückt das Druckstück 14 eines sonst nicht dargestellten Schweißwerkzeugs, das die Mutter 12 gegen die Platte 13 preßt, die in nicht dargestellter Weise gelagert ist. Dabei sind das Druckstück 14 und die Platte 13 an eine elektrische Stromquelle angeschlossen.

Um der Mutter 12 gegenüber der Platte 13 begrenzte Berührungsstellen zu geben, ist die Mutter 12 mit den aus der Fig. 4 ersichtlichen Vor­ sprüngen 15 versehen. Die Fig. 4 zeigt dabei die Mutter 12 von der Seite der Platte 13 her gesehen. Zwischen den Vorsprüngen 15 verlaufen radial nach außen von der Bohrung 16 der Mutter 12 die Zwischenräu­ me 17. Bei Zuführung von Schutzgas zu der Bohrung 16 tritt dieses durch die als Strömungsnuten wirkende Zwischenräume 17 aus und überstreicht damit die zu verschweißende Oberfläche der Platte 13. Wegen unvermeidbarer Unebenheiten der Vorsprünge 15 und der Platte 13 ergeben sich auch neben den Zwischenräumen 17 enge Spalte zwi­ schen den beiden Schweißteilen 12 und 13, so daß im Effekt das in die Bohrung 16 eingeleitete Schutzgas praktisch die gesamte Oberfläche der Platte 13 überstreicht, soweit diese für die Verschweißung in Frage kommt. Dabei führt ein Druckstoß von Schutzgas in der Bohrung 16 praktisch sofort zu einer entsprechenden Überflutung der betreffenden Oberfläche der Platte 16 durch das Schutzgas. Aufgrund des auf relativ kleinen Flächen begrenzten Kontaktes zwischen der Mutter 12 und der Platte 13 ergibt sich zwischen diesen beiden Schweißteilen ein elektri­ scher Widerstand, der für das Widerstandsschweißen ausgenutzt wird. Dieser Widerstand führt zur entsprechenden Erhitzung der Berührungs­ stellen zwischen der Mutter 12 und der Platte 13, so daß an den Berüh­ rungsstellen ein Aufschmelzen des betreffenden Materials und damit eine Verschweißung der beiden Schweißteile stattfindet.

Das Schutzgas wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 durch den zentrischen Kanal 18 in dem Druckstück 14 der Bohrung 16 der Mutter 12 zugeführt. Diese Art der Zuführung entspricht im Prinzip derjenigen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum elektrischen Verschweißen zweier Schweißteile (1, 12; 7, 13) mittels Stromflusses über die Schweißstelle und An­ wendung von Gas zur Verhinderung bzw. Beseitigung einer Oxydation an der Schweißstelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch eine auf die Schweißstelle weisende durchgehen­ de Bohrung (8, 16) in dem einem Schweißteil (1, 12) der Schweißstelle so zugeführt wird, daß das Gas radial zu der Bohrung (8, 16) die Schweißstelle überstreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas auf die Mitte der Schweißstelle geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Anschweißen eines Schweißbolzens (1), dadurch gekennzeichnet, daß während des Brennens eines gezogenen Lichtbogens das Gas durch die Mitte des Schweißbolzens (1) auf die Schweißstelle geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Stromflusses einer Widerstandsschweißung das Gas durch Strömungsnuten (17) in dem einen Schweißteil (12) über die Schweißstelle geleitet wird.

5. Schweißbolzen zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8) den Schweißbolzen (1) koaxial durchsetzt.

6. Schweißbolzen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8) einen Durchmesser von maximal etwa 1,5 mm aufweist.

7. Schweißbolzen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8) eine Zündspitze (10) koaxial durchsetzt.

8. Schweißbolzen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (8) in der Spitze einer konischen Schweiß­ fläche (4) endet.

9. Durchbohrtes Schweißteil zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 4 mittels Widerstandsschweißens, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißfläche des durchbohrten Schweißteils (12) mit von der Bohrung (16) ausgehenden Strömungsnuten (17) zur Leitung des Gases über die Schweißstelle versehen ist.

10. Schweißteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsnuten (17) durch Zwischenräume zwischen mehreren, auf der Schweißfläche angeordneten Vorsprüngen (15) gebildet sind.