CN118076453A - 紧固方法 - Google Patents

Abstract

披露了一种用于将焊接螺柱在焊接方向上沿焊接轴线焊接至基材的焊接装置，该焊接装置包括具有端面的防护元件(150)，该端面指向焊接方向并且在焊接方向上突出超过焊接装置的其余部分，其中，端面具有横向于焊接方向的端面直径(D_S)，该焊接装置进一步包括用于在焊接操作过程中将焊接螺柱保持在防护元件内的保持装置(160)，其中，保持装置具有螺柱接纳部，该螺柱接纳部具有内径(D_i)，其中，端面的端面直径(D_S)至多为内径(D_i)的3倍。

Description

紧固方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于将螺柱紧固至基材的装置和方法，并且还涉及这种螺柱。

背景技术

存在多种已知的在不同应用中将多种不同的螺柱紧固至基材的装置和方法。例如，使螺柱与基材接触并且向其施加电流。一旦电流在螺柱与基材之间流动，螺柱就会提升脱离基材以形成电弧。释放出的能量导致螺柱和基材的材料部分液化。然后断开电流并且使螺柱沉入液化的材料中，同时该材料冷却并且变成固体。然后螺柱以整体结合的方式连接至基材。

为了在足够短的时间内为螺柱和基材的材料的液化提供必需的能量，有已知装置产生电流强度非常大的电流并使用相应规制的电力电缆将电流馈送至螺柱。为了避免液化材料氧化，已知用惰性气体包围螺柱与基材之间的接触区域。

在例如建筑施工应用或造船应用的情况下，使用具有螺纹的多种不同尺寸的螺柱，将物体拧到螺柱上以便将物体紧固至基材。紧固方法的一些参数(例如，电流的持续时间和电功率)要由使用者在装置上设定并适用所使用的螺柱。最后，使用者通过目视检查来评估螺柱与基材之间的连接质量。因此，连接质量还取决于使用者的经验和技能。

如果基材具有表面层(例如，涂层、腐蚀保护层或污垢层)，则通常在紧固螺柱之前对表面层进行大面积打磨。在紧固螺柱之后，对打磨区域进行清理和/或涂上新的涂层或腐蚀保护层，这是耗费时间的。

发明内容

本发明的目的是提供一种使得将螺柱紧固至基材更容易完成和/或有所改进的装置和/或方法。

所述目的通过一种用于将焊接螺柱在焊接方向上沿焊接轴线焊接至基材的焊接装置来实现，该焊接装置包括具有端面的防护元件，该端面指向焊接方向并且在焊接方向上突出超过焊接装置的其余部分，其中，端面具有横向于焊接方向的端面直径，该焊接装置进一步包括用于在焊接操作过程中将焊接螺柱保持在防护元件内的保持装置，其中，保持装置具有螺柱接纳部，该螺柱接纳部具有内径，其中，端面的端面直径至多为内径的3倍。焊接装置优选地被设计为焊枪。端面的端面直径优选地至多为内径的2倍、特别优选地至多为内径的1.5倍。由于端面尺寸较小，因此即使在有涂层的基材的情况下，也能确保端面位于要焊接的基材材料上、而不是位于涂层上。

优选实施例的特征在于防护元件的外径大于端面直径。

另一优选实施例的特征在于防护元件具有惰性气体出口，该惰性气体出口相对于焊接轴线径向向外穿过防护元件进入周围环境中。惰性气体出口的开口与焊接轴线的间距优选地大于端面直径。

优选实施例的特征在于端面环形地包围焊接轴线。另一优选实施例的特征在于防护元件的端面或外周边是圆形的。

该目的还通过一种用于将螺柱紧固至具有表面层的基材的方法来实现，该方法包括以下步骤：

-提供在端侧具有螺柱直径的螺柱，

-通过将具有表面直径的限定的表面区域中的表面层去除、特别是通过机加工去除而在基材中形成凹部，其中，表面直径大于螺柱直径，

-使端侧和/或使凹部中的基材液化，

-允许端侧或基材在凹部中固化，

-在固化过程中使端侧与凹部中的基材接触，以及

-在液化过程中将防护元件布置在围绕凹部的表面层与螺柱之间。

防护元件优选地具有端面，该端面的端面直径小于表面直径。另一优选实施例的特征在于凹部是盲孔。

附图说明

下文将参考附图基于示例性实施例更详细地解释本发明。在附图中：

图1示意性地示出了焊接装置，以及

图2以纵向截面视图示出了焊接装置的细节。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了用于将焊接螺柱20焊接至基材30的焊接装置10。焊接螺柱20的材料和基材30的材料是导电的、特别是金属的。焊接装置10包括：具有被设计为按钮开关的触发开关41的焊枪40、焊接单元50、第一电力电缆61、具有连接端子63的第二电力电缆62、例如被设计为动力电缆的供电电缆64、通信电线65、被设计为气瓶的气体储器70、管状气体供应管线71、以及气体软管72。

第一电缆61用于通过焊接单元50向焊接螺柱20供应电流。第二电缆62用于当连接端子63被夹在基材30上时将基材30电连接至焊接单元50。当焊接螺柱20与基材30接触时，电路闭合，以便可以通过焊接单元50将例如直流电或交流电形式的焊接电流施加到焊接螺柱20。为此目的，焊枪40包括焊接电流接触元件(图1中未示出)。焊接单元50包括用于将来自供电电缆64的电流转化为焊接电流的装置(未示出)，该装置包括例如电容器、晶闸管、具有隔离栅电极的双极型晶体管或属于功率电子器件的其他部件、以及还有具有微处理器的相关控制单元，以便以所需的电压和电流强度提供焊接电流。

气体供应管线71和气体软管72用于向焊接螺柱20与基材30之间的接触区域供应来自气体储器70的惰性气体，以便保护接触区域在焊接操作过程中不会因为周围区域的氧气而氧化。为了控制到接触区域的气流，气体储器70、气体供应管线71、焊接单元50、气体软管72或焊枪40包括阀(未示出)，特别是可控阀。

焊接单元50具有输入装置51和输出装置53，该输入装置具有致动元件52，该输出装置具有视觉显示元件54和无线传输单元。输入装置51用于由焊接装置10的使用者输入要使用焊接装置10进行焊接方法的参数，例如焊接电流的电压、电流强度、功率和持续时间、螺柱的位置和速度等。输出装置53用于向使用者输出信息(例如关于焊接方法的参数的信息、关于焊接方法的检测到的排放或其他变量的信息、关于焊接操作的质量的信息、关于改进焊接操作的措施的信息、关于焊接螺柱的检测到的特征的信息或从上述变量中推导出的信息)和/或针对清洁和/或维护焊接装置10(特别是焊枪40)的建议或指导。

通信电线65用于在焊枪40、特别是焊枪40的控制装置(图1未示出)与焊接单元50、特别是控制单元和/或输入装置51和/或输出装置53之间进行通信。例如通过这种通信来完成关于焊接操作的参数的信息交换，以便例如实现或有助于焊接电流与焊接螺柱20的移动的同步。在未示出的示例性实施例中，焊枪与焊接单元之间的通信通过无线电以无线方式进行或通过承载焊接电流的第一电力电缆进行。

焊枪40具有带有开口46的壳体42，带有触发开关41的手柄43从该开口伸出。焊枪40还具有螺柱保持器44，焊接螺柱20在焊接操作过程中被保持在该螺柱保持器上。为此目的，螺柱保持器包括例如两个、三个、四个或更多个弹性臂(未详细示出)，焊接螺柱20插入并且通过夹紧配合保持在这些弹性臂之间。为了向焊接螺柱20施加焊接电流，焊枪40还具有焊接电流接触元件，该焊接电流接触元件例如以一个或多个弹性臂的形式集成在螺柱保持器44中。

焊枪40还具有用于控制焊枪的和焊接单元50的各个部件和装置的控制装置99。控制装置99旨在控制焊接操作的一个或多个参数。为此目的，控制装置99包括多种不同电子部件，例如一个或多个微处理器、一个或多个临时或永久性数据存储器等。

焊枪40还具有螺柱提升装置，该螺柱提升装置被设计为第一提升磁体，并且当螺柱提升装置启动时将力向后远离开口46(图1中向上)作用于螺柱保持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与螺柱提升装置通信以便控制螺柱提升装置，特别是使其启动和停用。

焊枪40还具有螺柱沉降装置，该螺柱沉降装置被设计为弹簧元件或第二提升磁体，并且当螺柱沉降装置启动时将力向前朝向开口46(图1中向下)作用于螺柱保持器44。经由信号线(未示出)，控制装置99与螺柱沉降装置通信以便控制螺柱沉降装置，特别是使其启动和停用。如果螺柱沉降装置被设计为弹簧元件，则当螺柱提升装置使螺柱保持器向后移动时，弹簧元件优选地被张紧，使得一旦螺柱提升装置停用，弹簧元件就使螺柱保持器向前移动。

在使用焊接装置10的焊接方法中，首先提供基材30和螺柱20。在进一步的步骤中，由使用者经由输入装置来输入例如与后续焊接操作的所需参数有关的信息。在进一步的步骤中，由焊接单元50通过第一电缆61和第二电缆62将焊接螺柱20与基材30之间的焊接电流施加到焊接螺柱20。在进一步的步骤中，通过螺柱提升装置将焊接螺柱20从基材上提起，同时维持焊接电流在焊接螺柱20与基材30之间流动，在焊接螺柱20与基材30之间形成电弧。特别地，由于电弧所产生的热量而使焊接螺柱20和/或基材30的材料部分地液化。在进一步的步骤中，通过螺柱沉降装置使焊接螺柱20沉入焊接螺柱20的或基材30的液化材料中。然后，焊接螺柱20的或基材30的液化材料固化，使得焊接螺柱20以整体结合的方式连接至基材30。

图2展示了呈焊枪形式的焊接装置100，用于在焊接操作过程中将焊接螺柱120在焊接方向111上沿焊接轴线110焊接至基材130。基材130具有表面层140，该表面层包括例如一个或多个保护层(特别是抗腐蚀层)、氧化物层(特别是金属氧化物层)或污垢层。在焊接螺柱120的端侧121，焊接螺柱具有例如8mm的螺柱直径122，端侧121是凸形的并且呈平锥形侧表面的形式和/或具有圆形截面区域。在具有表面直径的限定的圆形表面区域中，基材130具有呈具有盲孔深度的盲孔形式的凹部133。表面直径例如为20mm并且大于螺柱直径122。

凹部133至少在径向外边缘区域中具有恒定的深度，该深度等于表面层140的厚度d。为了形成凹部133，通过由钻削工具进行钻削来通过机加工去除所限定的表面区域中的表面层140。钻削工具优选地是具有周边台阶部的阶梯钻头，该周边台阶部距阶梯钻头的钻尖的轴向距离等于所需盲孔深度。

焊接装置100具有带有端面155的防护元件150，该端面指向焊接方向111并且在焊接方向111上突出超过焊接装置的其余部分。端面155是圆形的并且环形地包围焊接轴线110。端面155具有横向于焊接方向111的端面直径D_s。

焊接装置100还具有保持装置160，该保持装置在焊接操作过程中将焊接螺柱120保持在防护元件150内。保持装置160具有内径为D_i的螺柱接纳部165。端面155的端面直径D_s约为内径D_i的1.4倍。相比之下，防护元件150的外径D_a大于端面直径D_s。

防护元件150具有惰性气体出口170，该惰性气体出口相对于焊接轴线110径向向外穿过防护元件150进入周围环境中。惰性气体出口170的开口175与焊接轴线110的间距大于端面直径D_s。在防护元件150的外周边是圆形的情况下，所述间距在一些情况下是防护元件150的外径的一半。

在焊接操作过程中，特别是在焊接螺柱120和基材130的材料的液化过程中，防护元件150布置在围绕凹部的表面层140与焊接螺柱120之间。以这种方式，保护表面层140免受焊接位置的影响并且免受可能会由于形成燃烧气体而损害焊接质量的燃烧事件的影响。此外，端面155位于要焊接的基材材料上，而不是位于表面层140上。以这种方式，即使在表面层140的厚度不均匀的情况下，也确保在焊接操作开始时焊接螺柱120与基材130的间距不取决于表面层140的厚度。

本发明已经基于用于将第一物体紧固到第二物体的装置的示例以及这种装置的生产方法的示例进行了描述。在此，所描述的实施例的特征还可以根据需要在单个紧固装置或单个生产方法内彼此组合。应当注意的是，根据本发明的装置和根据本发明的方法也适用于其他目的。

Claims (12)

1.一种用于将焊接螺柱在焊接方向上沿焊接轴线焊接至基材的焊接装置、特别是焊枪，该焊接装置包括具有端面的防护元件，该端面指向该焊接方向并且在该焊接方向上突出超过该焊接装置的其余部分，其中，该端面具有横向于该焊接方向的端面直径，该焊接装置进一步包括用于在焊接操作过程中将该焊接螺柱保持在该防护元件内的保持装置，其中，该保持装置具有螺柱接纳部，该螺柱接纳部具有内径，其中，该端面的端面直径至多为该内径的3倍。

2.如权利要求1所述的焊接装置，其中，该端面的端面直径至多为该内径的2倍。

3.如权利要求2所述的焊接装置，其中，该端面的端面直径至多为该内径的1.5倍。

4.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，该防护元件的外径大于该端面直径。

5.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，该防护元件具有惰性气体出口，该惰性气体出口相对于该焊接轴线径向向外穿过该防护元件进入周围环境中。

6.如权利要求5所述的焊接装置，其中，该惰性气体出口的开口与该焊接轴线的间距大于该端面直径。

7.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，该端面环形地包围该焊接轴线。

8.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，该端面是圆形的。

9.如前述权利要求中任一项所述的焊接装置，其中，该防护元件的外周边是圆形的。

10.一种用于将螺柱紧固至具有表面层的基材的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供在端侧具有螺柱直径的螺柱，

b)通过将具有表面直径的限定的表面区域中的表面层去除、特别是通过机加工去除而在该基材中形成凹部，其中，该表面直径大于该螺柱直径，

c)使该端侧和/或使该凹部中的基材液化，

d)允许该端侧或该基材在该凹部中固化，

e)在该固化过程中使该端侧与该凹部中的基材接触，以及

f)在该液化过程中将防护元件布置在围绕该凹部的表面层与该螺柱之间。

11.如权利要求10所述的方法，其中，该防护元件具有端面，该端面的端面直径小于该表面直径。

12.如权利要求10和11中任一项所述的方法，其中，该凹部是盲孔。