METHOD OF AND DEVICE FOR STUD WELDING

Abstract: 1. Method of stud welding in which a stud, which has its greatest diameter at the end to be welded, is welded at the said end to a surface of a workpiece (1) by fusion welding, whereby a weld bead (6) is produced which is subsequently removed with a cutting tool and an outer layer of the welded end (3a) of the stud is removed also, characterised by the combination of the features that the removal of the weld bead (6) is effected with a multiple cutter milling tool (7) centrally guided by the welded stud (3) and that the welded stud (3) is subjected to a tensional load along the stud axis sufficient for cold drawing.

Description: Verfahren und Vorrichtung zum Bolzenschweissen. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bolzenschweissen, bei dem ein Bolzen, der am anzuschweissenden Ende seinen grössten Durchmesser hat, mit diesem Ende an einer Oberfläche eines Werkstückes durch Schmelzschweissen angeschweisst wird, wobei ein Schweisswulst entsteht, und bei welchem der Schweisswulst anschliessend entfernt wird. Ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Aus der US-Patentschrift 31 82 173 ist eine Lichtbogen Schweissvorrichtung zum stumpfen Anschmelzen eines Bolzens, dessen anzuschweissende Ende einen scheibenartigen Flansch grösseren Durchmessers als der eigentliche Bolzen aufweist, bekannt, bei der der anzuschweissende Bolzen in einem Rohr geführt ist, über dessen vorderes Ende ein Keramikzylinder vorspringt, welcher auf die Fläche, an der der Bolzen anzuschweissen ist, aufgesetzt wird und die radiale Ausbreitung des beim Anschmelzen entstehenden Schweissbades begrenzt. Schweissbolzen, die am anzuschweissenden Ende ihren grössten Durchmesser aufweisen, sind auch aus der DE-OS 26 43 045 bekannt. Aus der DE-OS 21 08 480 ist ferner eine Vorrichtung zum Stumpfschweissen metallischer Werkstücke bekannt, bei der die Werkstücke zwischen sich gegenüberstehenden, geteilten Spannbacken, die gleichzeitig als Stromzuführung dienen, angeordnet sind und bei der die Werkstücke während des Schweissvorganges mittels der Spannbacken gegeneinander gestaucht werden. Konzentrisch um die Spannbacken sind von diesen getrennte geteilte Scherbacken zum Abtrennen und Aufbrechen des Schweissgrates angeordnet. Es ist ferner ein Lichtbogen-Schweissberfahren zum stumpfen Anschmelzen von Schraubenbolzen und dergl. an einer Fläche bekannt, bei der der anzuschweissende Bolzen in eine Elektroschweisspistole eingesetzt und sein anzuschweissendes Ende mit einem Keramikring umgeben wird. Nachdem die Pistole und die Fläche, mit der der Bolzen zu verschweissen ist, mit den Anschlüssen einer Schweissstromquelle verbunds worden sind, wird der Bolzen mittels der Pistole auf die Fläche aufgesetzt und wieder abgehoben, wobei ein Lichtbogen zwischen dem Bolzen und der Fläche entsteht, der das Bolzenende und das Grundmaterial der Fläche schmilzt. Der Bolzen wird dann in das flüssige Schmelzbad getaucht, der Strom abgeschaltet und schliesslich werden die Schweisspistole sowie der Keramikring entfernt. Durch den Keramikring wird zwar der Schweisswulst begrenzt, trotzdem muss dieser Wulst bei manchen Anwendungen, z.B. bei Vakuumapparaturen und im chemischen Apparatebau, vor allem aber auch aus Sicherheitsgründen,entfernt werden. Schweissfehler treten nämlich bevorzugt im Randbereich der Schweissung auf und werden daher durch das Entfernen des Schweisswulstes im allgemeinen sichtbar. Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die sich der das angeschweisste Ende eines Bolzens umgebende Schweisswulst schnell, sicher und sauber entfernen und die Sicherheit sowie die Festigkeit der Verschweissung erhöhen lässt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Bolzen verwendet wird, der am Anschweissende seinen grössten Durchmesser aufweist und dass der beim Schweissen entstandene Schweisswulst nach dem Schweissvorgang mit einem mehrschneidigen, zentrisch zum angeschweissten Bolzen geführten Fräswerkzeug entfernt wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Führung und Zentrierung des Fräswerkzeuges durch den Bolzen selbst. Bei entsprechender Dimensionierung des Anschweissendes des Bolzens können standardmässige Keramikringe verwendet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren hat folgende Vorteile: Der poröse, oxidierte und auch mit Keramikringsplittern durchsetzte Schweisswulst wird restlos und sauber entfernt, eine für den Einsatz des Bolzenschweissens in der Vakuumtechnik und im chemischen Apparatebau wichtige Voraussetzung. Durch Verwenden eines Fräswerkzeuges mit abgerundeten Schneiden und mehr oder weniger starkes Abschälen des Bolzens können Spannungskonzentrationen im Schweissbereich vermieden werden, was ein besseres Dauerfestigkeitsverhalten ergibt. Nach Entfernen des Schweisswulstes ist eine visuelle Inspektion der Schweissnaht und die Feststellung von Fehlern möglich, da Bindefehler vorzugsweise im Randbereich der Schweissnaht auftreten. Bei Verwendung eines in eine Handbohrmaschine einspannbaren Fräswerkzeuges kann der Fräsvorgang praktisch in jeder Lage am Werkstück erfolgen. Der Platzbedarf hierbei sowie die Handhabung sind vergleichbar mit dem Bolzenschweissen selbst. Durch eine anschliessende Zugprüfung und gegebenenfalls Verfestigung durch kaltes Recken lassen sich Sicherheit und Festigkeit des angeschweissten Bolzens weiter erhöhen. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 5 zeigen das Anschweissen eines Bolzens an einer Platte und das Entfernen eines dabei entstehenden Schweisswulstes gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens, wobei in F#igur 4 eine vorteilhafte Vorrichtung zum Entfernen des Schweisswulstes dargestellt ist; und Figur 6 zeigt eine vorteilhafte Vorrichtung zum Prüfen und ggf. Recken des angeschweissten Bolzens. Wie Figur 1 zeigt, wird ein an einer Metallplatte 1 anzuschweissender Schraubenbolzen 3, desen anzuschweissender Teil einen grösseren Durchmesser aufweist, als der übrige Teil, mit einem Keramikring 2 umgeben und in ein Spannfutter einer Schweisspistole 5 eingespannt, die mit einem Keramikring-Halter 4 versehen ist. Die Schweisspistole 5 und das Werkstück 1 sind mit einer nichtdargestellten Schweissstromquelle, z.B. einem üblichen Schweisstransformator, verbunden. Der anzuschweissende Teil soll im allgemeinen mindestens 1 mm dicker sein als der des Bolzens. Der Bolzen wird mit seinem kegelförmig zulaufenden, anzuschweissenden Ende auf das Werkstück 1 aufgesetzt, wie Figur 1 zeigt, und dann abgehoben, wobei zwischen dem Werkstück 1 und dem Bolzen 3 im Keramikring 2 ein Lichtbogen L entsteht (Fig. 2), der das Bolzenende und das Werkstück anschmilzt. Der Bolzen wird dann in das flüssige Schmelzbad gedrückt, der Schweiss strom wird abgestellt und die Pistole sowie der Keramikring werden dann entfernt. Der verbleibende, angeschweisste Bolzen ist in Fig. 3 dargestellt, er weist an der Schweissstelle einen Schweisswulst 6 auf. Wie Fig. 4 zeigt, wird dieser Schweisswulst durch ein Fräswerkzeug 7 entfernt, welches z.B. in das Spannfutter 8 einer Handbohrmaschine (nicht dargestellt) eingespannt ist. Das dargestellte Fräswerkzeug 7 hat einen zylinderförmigen Körper 8 mit einem Einspannschaft 9. Der zylinderförmige Körper 8 hat zwei schlitzförmige Ausnehmungen 11, die schräg, z.B. unter einem Winkel von 750 zur Drehachse verlaufen und jeweils einen Drehmeissel 12 enthalten, der vorzugsweise eine Hartmetallschneide aufweist. Die Schneide bildet eine abgerundete Vorderkante 13, durch die der Schweisswulst 6 abgedreht oder abgefräst wird. Der Abstand der einander gegenüberliegenden Schneiden ist vorzugsweise so gewählt, dass auch der etwas dicker bemessene untere Teil 3a des Bolzens etwas abgeschält wird. Die Fräsung kann bis etwas in die Grundplatte 1 hineinragen, so dass diese dort eine kleine ringförmige Mulde 15 erhält. Nach dem Entfernen des Schweisswulstes ist eine visuelle Inspektion der Schweissnaht möglich, so dass Bindefehler, die bevorzugt im Randbereich der Schweissnaht auftreten, im allgemeinen erkennbar sind. Durch das Abschälen des Bolzens können Spannungskonzentrationen im Schweissbereich vermieden werden. Die Führung und Zentrierung des Fräswerkzeuges 7 kann durch den Bolzen 3 selbst erfolgen. Hierzu kann die den Bolzen aufnehmende mittige Ausnehmung 15 im Fräswerkzeug so bemessen werden, dass sie mit geringem Spiel auf den Bolzen passt. Für Bolzen verschiedener Durchmesser können Einsätze verschiedener Innendurchmesser für die Ausnehmung 10 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Die Drehmeissel sind in den Schlitzen radial verstellbar und durch Stellschrauben 14 fixierbar. Anstelle der dargestellten zwei einander gegenüberliegenden Drehmeissel können selbstverständlich auch drei Drehmeissel, die in Abständen von 1200 bezüglich der Drehachse angeordnet sind oder irgend eine andere Anzahl von bezüglich der Drehachsen symmetrisch angeordneter Drehmeissel verwendet werden. Eine weitere Erhöhung der Sicherheit und gewünschtenfalls auch der Festigkeit der stumpf angeschweissten Bolzen wird gemäss einer Weiterbildung der Erfindung durch eine anschliessende Zugprüfung bzw. Kaltreckung erreicht. Hierzu kann die in Figur 6 dargestellte Zugprüf- und Reckvorrichtung 60 dienen. Die Vorrichtung 60 enthält einen Hydraulikzylinder 61, der z.B. für einen Druck von 1000 bar ausgelegt ist. Unten am Hydraulikzylinder sind ein Stütztopf 62, oben eine Gabel 63 mit einem Griff 64 angeschraubt. An der Oberseite des Hydraulikzylinders 61 ist ferner eine Messuhrhalterung 65 über einem Klemmknebel 66 lösbar befestigt Der Hydraulikzylinder 61 enthält einen Kolben 67 mit einer axialen Bohrung, in die ein Zugbolzen 68 eingesetzt ist. Der Zugbolzen 68 hat einen Schaft 69, der sich durch die Bohrung des Kolbens 67 erstreckt, und einen Kopf 70 vergrösserten Durchmessers, der über eine zwischengelegte Scheibe 71 auf dem oberen Ende des Kolbens 67 ruht. Die oben beschriebene Zugprüf- und Reckvorrichtung 60 wird wie folgt verwendet: Nachdem ein Bolzen 3 am Werkstück 1 angeschweisst und der Schweisswulst entfernt worden ist, wie es oben anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert wurde, setzt man den Hydraulikzylinder 61 mit dem Stütztopf 62 auf den zu prüfenden Bolzen 3. Die Messuhrhalterung 65 ist dabei noch nicht aufgesetzt. Nun wird der Zugbolzen 68 von oben in die Bohrung des Hydraulikkolbens 67 eingesetzt und mit einem unten im Schaft 69 vorgesehenen Gewindeloch 72 auf den Bolzen 3 aufgeschraubt, was mittels eines Hebels 73 erfolgt, der in ein Loch 74 im Kopf 70 des Zugbolzens 68 gesteckt wird. Anschliessend wird die Messuhrhalterung 65, an der sich eine Messuhr 74 befindet, aufgesetzt und mit dem Knebel 66 festgeklemmt. In den Hydraulikzylinder 61 wird nun ein Druckmittel eingeleitet (nicht dargestellt) wodurch der Kolben 67 nach oben gedrückt und eine entsprechende Zugkraft über die Scheibe 71 und den Zugbolzen 68 auf den Schraubenbolzen 3 ausgeübt wird. Das Ausmass der dabei auftretenden plastischen Verformung (Reckung) kann an der Messuhr 74 abgelesen werden. Nach der Zugprüfung und/oder Reckung des Schraubenbolzens 3 wird die Vorrichtung 70 wieder entfernt, indem der Zugbolzen 68 vom Schraubenbolzen 3 abgeschraubt und die Vorrichtung entfernt wird. An die Stelle der Vorrichtung aus dem Hydraulikzylinder 61 und dem Kolben 67 kann auch eine andere, z.B. mechanisch oder pneumatisch betätigte Vorrichtung zum Er zeugen einer Kraft zwischen dem Zugbolzen 68 und dem Werkstück 1 verwendet werden.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zum Bolzenschweissen. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Verfahren zum Bolzenschweissen, bei dem ein Bolzen, der am anzuschweissenden Ende seinen grössten Durchmesser hat, mit diesem Ende an einer Oberfläche eines Werkstückes durch Schmelzschweissen angeschweisst wird, wobei ein Schweisswulst entsteht, und bei welchem der Schweisswulst anschliessend entfernt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der beim Schweissen entstandene Schweisswulst (6) mit einem mehrschneidigen, zentrisch zum angeschweissten Bolzen (3) geführten Fräswerkzeug (7) entfernt wird. 2.) Verfahren nach.Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit dem Fräswerkzeug auch eine äussere Schicht des angeschweissten Endes (3a) des Bolzens (3) abgeschält wird. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bolzen (3) nach Entfernung des Schweisswulstes einer vom Werkstück weg gerichteten axialen Zugbelastung ausgesetzt wird. 4.) Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bolzen (3) durch die Zugbelastung kalt gereckt wird. 5.) Vorrichtung zum Bolzenschweissen, bei dem ein Bolzen, der am anzuschweissenden Ende seinen grössten Durchmesser hat, mit diesem Ende an einer Oberfläche eines Werkstückes durch Schnelzschweissen angeschweisst wird, wobei ein Schweisswulst entsteht, und bei welchem der Schweisswulst anschliessend entfernt wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen Drehmeisselhalter (8), der eine mittige Bohrung (10) zur Aufnahme des angeschweissten Bolzens (3) sowie einen Schaft (9) zum Verbinden mit einem Drehantrieb aufweist und mehrere, zur Drehachse symmetrisch angeordnete Drehmeissel (12) trägt. 6.) Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e ich n e t , dass die Drehmeissel (12) abgerundete Schneiden (13) aufweisen. 7.) Vorrichtung nach 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Drehmeissel (12) radial verstellbar am Körper (8) befestigt sind. 8.) Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen mit dem angeschweissten Bolzen (3) kraftschlüssig verbindbaren, insbesondere verschraubbaren Zugbolzen (68) und eine hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbare Vorrichtung (61) zum Erzeugen einer Kraft zwischen dem Werkstück (1) und dem Zugbolzen (68). 9.) Vorrichtung nach Anspruch 8, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Messgerät (74) zum Messen der durch die Zugbelastung verursachten axialen elastischen und plastischen Längung des Bolzens (3).

Inventors: KOTZLOWSKI, HEINZ ERNST
Applicants: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN E.V.
Application year: 1982
Main classification: B23K9
IPC codes: B23C3, C21D7, B23K9