DE1123061B

DE1123061B - Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweissen mit Keramikring

Info

Publication number: DE1123061B
Application number: DEG27850A
Authority: DE
Inventors: Harold Joseph Graham
Original assignee: Graham Manufacturing Corp
Current assignee: Graham Manufacturing Corp
Priority date: 1958-09-08
Filing date: 1959-09-01
Publication date: 1962-02-01

Description

Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweißen mit Keramikring Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweißen, bei welcher der Bolzen während der Bildung des Lichtbogens zunächst festgehalten und die beiden Werkstücke sodann zusammengepreßt werden und bei welcher ein vorzugsweise isolierender, aus keramischen Stoffen bestehender Ring den Bolzen und die Schweißzone derart umgibt, daß an der Unterseite das Ringes ein Austritt der Gase möglich ist.
Diese bekannten, vorzugsweise aus isolierendem Material, meistens Keramikwerkstoffen, bestehenden Ringe sollen in erster Linie drei Aufgaben erfüllen: Erstens sollen sie während des Schweißprozesses den schädlichen Einfluß der Atmosphäre von der Schweißstelle fernhalten, indem sie diese ringsum abschirmen. Unterstützt wird dieser Vorgang zweitens noch dadurch, daß in den meisten Fällen Flußmittel usw. innerhalb des Ringraumes untergebracht sind, welche eine Schutzgas-Atmosphäre um die Schweißstelle herum erzeugen. Infolge der hohen Lichtbogentemperaturen dehnen sich die vorhandenen und entstehenden Gase sehr rasch aus, und es muß naturgemäß eine Abzugsmöglichkeit für diese Gase aus dem Ringraum vorgesehen sein. Bei den bekannten Ringen besteht diese Abzugsmöglichkeit entweder in einem ringförmigen Spalt zwischen dem Bolzen und dem ihm umgebenden Halsteil des Ringes oder in Kerben usw. in der unteren Auflagefläche des Ringes, mit der er auf dem Werkstück aufliegt; es werden auch beide Maßnahmen nebeneinander angewendet. Drittens soll der Ring eine gleichmäßige und zweckmäßige Ausbildung des flüssigen und dann erstarrenden Metalls bewirken mit kerbfreiem Übergang zwischen Bolzen und Werkstück; dies geschieht durch eine entsprechende Formung des inneren Ringraumes und durch eine zweckmäßige Abführung des Gasstromes, denn die Abströmrichtung des Gases und der innerhalb des Ringes entstehende Überdruck formen mit entscheidend das flüssige bzw. teigige Metall im Schmelzbad.
Mit den bekannten Ringen, die an der Auflagefläche mit Kerben versehen sind, kann die zuletzt genannte Aufgabe nicht befriedigend gelöst werden, weil es praktisch unmöglich ist, den freien Querschnitt des Abzugsweges für die Gase während des Schweißvorgangs unverändert aufrechtzuerhalten. Es läßt sich nämlich nicht vermeiden, daß die Kerben während des Schweißens mehr oder weniger mit Schlacke, Spritzern des geschmolzenen Metalls od. dgl. verstopft werden, so daß sich der Gesamtquerschnitt des Abzugweges in unkontrollierbarer Weise ändert.
Es scheint, daß man der Bemessung des Gasabzugweges bisher keine wesentliche Bedeutung beigemessen hat, sondern vielmehr bestrebt war, diesen Weg möglichst reichlich zu bemessen, damit er auch bei teilweiser Verstopfung noch genügte. Es sind Ringe bekannt, bei denen ein breiter Sektor über 90° oder mehr des Umfangs ausgeschnitten ist.
Das Ziel der Erfindung besteht demgegenüber in der Schaffung einer Vorrichtung, bei welcher ein genau bemessener Querschnitt des Gasabzugsweges an der Unterseite des Ringes vorgesehen und während des Schweißens unverändert aufrechterhalten werden kann, wobei dieser Querschnitt den jeweiligen Bedingungen leicht angepaßt werden kann.
Die Erfindung besteht darin, daß die Unterseite des Ringes in an sich bekannter Weise glatt ist und daß mit dem Ring in an sich bekannter Weise Abstandshalter verbunden sind und daß durch die Abstandshalter die glatte Unterseite des Ringes während des gesamten Schweißvorgangs in einem definierten Abstand vom Werkstück gehalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Ring an einem Träger gehalten ist, der aus einer Platte besteht, die eine Mittelbohrung für eine den Ring tragende Klemmzange und Bohrungen für die Abstandshalter aufweist, die mittels Gewinde- und Kontermuttern gegenüber der Platte einstellbar und an dieser feststellbar sind.
Vorzugsweise kann in an sich bekannter Weise der obere Teil des Ringes den Bolzen unter Bildung eines ringförmigen Spaltes umgeben.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Gasabzugsweg an der Unterseite des Ringes nicht aus einzelnen Kerben oder Kanälen, sondern aus einem freien Spalt, der rings um den ganzen Ring verläuft. Eine Verstopfung oder Verengung dieses Spaltes in merklichem Maße ist praktisch nicht möglich; der eingestellte Querschnitt des freien Gasabzugsweges bleibt daher während des Schweißvorgangs größenordnungsmäßig erhalten.
Darüber hinaus gibt die stufenlose Einstellbarkeit des Abstandes der Unterseite des Ringes von der Oberfläche des Werkstückes die Möglichkeit, den Querschnitt des Gasabzugsweges an alle Bedingungen anzupassen, so daß mit dem gleichen Ring verschiedenartige bolzenförmige Körper an Platten od. dgl, angeschweißt werden können. Bei den bekannten mit Kerben versehenen Ringen wäre dies nur dadurch möglich, daß mehrere Sorten von Keramikringen mit unterschiedlich großem Gesamtquerschnitt der für den Gasauslaß bestimmten Kerben in der Unterseite des Ringes auf Lager gehalten würden und daß die Ringe entsprechend ausgewechselt würden, wenn im Bedarfsfall ein anderer Kerbenquerschnitt wünschenswert erscheint.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Querschnitt des Gasauslasses unabhängig von Toleranzen bei der Fertigung ist. Bekanntlich läßt es sich nicht vermeiden, daß die für die Bolzenschweißung verwendeten isolierenden Ringe aus keramischen Werkstoffen während des Brenn- oder Sintervorgangs schwinden oder sich verziehen, so daß die Sollabmessungen niemals genau erreicht werden. Bei den bekannten Ringen verändern sich dadurch die Querschnitte der Kerben in unkontrollierbarer Weise; bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind solche Abweichungen von den Sollmaßen dagegen ohne Einfluß auf den Spaltquerschnitt, weil dieser erst nach Fertigstellung des Ringes eingestellt wird.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig.l einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Träger, Fig. 3 a bis 3 e schematische Darstellungen der aufeinanderfolgenden Schweißphasen bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Ringes.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, ist der Träger für den Keramikring insgesamt mit 23 bezeichnet. Der Keramikring F wird durch eine geschlitzte Klemmhülse 75.1 gehalten, die ihrerseits wiederum in der Mittelbohrung einer Platte 75 unter Anklemmung durch die Feststellschraube 75.3 gehalten wird. Zur Isolierung ist noch die Buchse 75.2 vorgesehen.
Der Abstand der Unterseite des Keramikringes von der Platte ist dadurch gegeben, daß der Keramikring sich mit seiner Oberseite gegen die Schulter 75.5 des geschlitzten Randes 75.4 der Klemmhülse 75.1 anlegt.
Damit der Abstand des Ringes F von der Oberfläche des Werkstückes W stufenlos eingestellt werden kann, sind drei am Pistolenkörper befestigte Abstandshalter 72 mit ihren Gewindeteilen 73 durch Bohrungen der Platte 75 geführt und können durch Mutter und Kontermutter 77 so gegenüber der Platte festgelegt werden, daß die Spitzen das erforderliche Maß über die Platte hervorstehen.
Die einzelnen Schweißphasen sind in den Fig. 3 a bis 3 e dargestellt, wobei als Beispiel das Aufschweißen eines mit einem Zündstift versehenen Bolzens auf eine Platte gewählt ist. Wenn der Schweißstrom eingeschaltet wird, brennt der Zündstift unter Zündung des Lichtbogens gemäß Fig. 3 b durch. Hierbei beginnt das sich bildende bzw. an Volumen zunehmende Gas durch die vorhandenen Spalten gemäß den Pfeilen in den Figuren auszuströmen. Der Lichtbogen vergrößert sich dann gemäß Fig. 2c, bis schließlich, wie in Fig. 3 d dargestellt, der Bolzen von der Schweißpistole in das Schmelzbad gestoßen wird; anschließend wird der Schweißstrom unterbrochen. .Die innere Oberfläche des Ringes F formt dabei das Schweißmetall, so daß es nach Beendigung der Schweißung die in Fig. 3 e dargestellte Form aufweist. Durch den Ring wird in bekannter Weise ein Spritzen des Metalls bei Einstoßen des Bolzens in das Schmelzbad verhindert.
Natürlich ist die Wirkungsweise des Ringes unabhängig von der Art des verwendeten Bolzens und des entsprechenden Schweißverfahrens. Er kann ebensogut bei Schweißverfahren verwendet werden, bei denen der Lichtbogen nicht durch einen Zündstift, sondern auf andere Weise, beispielsweise durch Zurückziehen des zuvor in Berührung mit dem Werkstück gebrachten Bolzens, erzeugt wird.
Die Innenfläche des Ringes F muß nicht die in den Zeichnungen gezeigte Form, bestehend aus zwei Zylinderflächen, die gegeneinander abgesetzt sind, aufweisen, sondern er kann je nach dem vorliegenden Bedarfsfall in bekannter Weise auch schräge oder gewölbte Flächen besitzen, wie sie von Fall zu Fall zweckmäßig erscheinen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Lichtbogen-Bolzenschweißen, bei welcher der Bolzen während der Bildung des Lichtbogens zunächst festgehalten und die beiden Werkstücke sodann zusammengepreßt werden und bei welcher ein vorzugsweise isolierender, aus keramischen Stoffen bestehender Ring den Bolzen und die Schweißzone derart umgibt, daß an der Unterseite des Ringes ein Austritt der Gase möglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des Ringes (F) in an sich bekannter Weise glatt ist und daß mit dem Ring (F) in an sich bekannter Weise Abstandshalter (72, 73) verbunden sind und daß durch die Abstandshalter (73) die glatte Unterseite des Ringes (F) während des gesamten Schweißvorgangs in einem definierten Abstand (g) vom Werkstück (W) gehalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der Ring (F) an einem Träger (23) gehalten ist, der aus einer Platte (75) besteht, die eine Mittelbohrung (75.2) für eine den Ring (F) tragende Klemmzange (75.1) und Bohrungen für die Abstandshalter (73) aufweist, die mittels Gewinde-und Kontermuttern (77) gegenüber der Platte (75) einstellbar und an dieser feststellbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der obere Teil des Ringes (F) den Bolzen (w) unter Bildung eines ringförmigen Spaltes (h) umgibt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 817 001, 2 640133, 2796513, 2413189, 2260969, 2441257, 2413370, 2 711798, 2 416 954; britische Patentschriften Nr. 794 457, 649177, 613 907, 603 784, 633 014, 715 259, 668 395.