DE19838392A1

DE19838392A1 - Welding stud with all-round weld bead

Info

Publication number: DE19838392A1
Application number: DE1998138392
Authority: DE
Inventors: Hans Kreider; Udo Schlumer
Original assignee: TRW Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2000-03-02
Also published as: WO2000010766A1

Abstract

The present invention relates to a bolt (1) used in a bolt-welding method. The bolt includes a surface which is to be welded at least partially to a support (13), mainly sheet metal, and which comprises a peripheral welding bead (11). This invention also relates to a method for welding such a bolt with a support mainly consisting of sheet metal. To this end, a rotating electric arc is generated between the support and the peripheral welding bead. The surfaces of the support and the bead thus assembled by fusion in this area define a sealed peripheral welding.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schweißbolzen und ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung eines solchen Bolzens mit einem Träger nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.The invention relates to a welding stud and a method for manufacturing a welded connection of such a bolt with a support according to Preambles of claims 1 and 11.

Übliche Bolzen und Schweißverfahren zu deren Verbindung mit einem Werk stück bzw. Träger finden in vielen Bereichen, beispielsweise der Fahrzeugtech nik, Anwendung.Usual studs and welding processes for connecting them to a plant Pieces or carriers can be found in many areas, such as vehicle technology nik, application.

Bekannte Bolzen weisen hierbei an ihren zumindest teilweise verschweißbaren Schweißflächen eine Schweißspitze zum Zünden eines Lichtbogens auf. Derarti ge Bolzen können mit bekannten Lichtbogenschweißverfahren beispielsweise mittels Hub- oder Spitzenzündung mit einem Träger bzw. Werkstück ver schweißt werden.Known bolts have their at least partially weldable Welding surfaces on a welding tip to ignite an arc. Derarti Ge studs can be used, for example, with known arc welding processes ver with stroke or tip ignition with a carrier or workpiece be welded.

Insbesondere bei dünnen Werkstücken wie Blechen und bei für große Kraft- und Drehmomentübertragung erforderlichen größeren Schweißflächen können bei herkömmlichen Bolzen und Schweißverfahren Verbindungen entstehen, bei de nen die zu verschweißenden Flächen nur teilweise, beispielsweise punktförmig, miteinander verschweißt sind. Gegenüber vollständigen ganzflächigen Schweiß verbindungen zeigt sich jedoch in der Praxis, dass derartige übliche Verbindun gen korrosionsanfällig sind.Especially for thin workpieces such as sheet metal and for large force and Larger welding surfaces required for torque transmission can conventional studs and welding processes create connections where de the surfaces to be welded are only partially, for example punctiform, are welded together. Compared to full sweat Connections, however, shows in practice that such usual connections are susceptible to corrosion.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bolzen für das Bolzen schweißverfahren, der auf einfache Weise eine korrosionsbeständige Verbindung mit einem Träger ermöglicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schweißverbindung eines derartigen Bolzens mit einem Träger zu schaffen.The invention is therefore based on the object of a bolt for the bolt welding process, which is a corrosion-resistant connection in a simple manner enables with a carrier, and a method for producing such To create a welded connection of such a bolt with a support.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Hierbei wird durch eine umlaufende Schweißwulst eine Schweißver bindung ohne Zwischenbereich bzw. Lücken ermöglicht. Die Schweißverbin dung ist deshalb dicht gegen Flüssigkeit oder Feuchtigkeit, so dass diese Art der Verbindung korrosionsbeständiger ist. Um eine Verbindung der gesamten umlau fenden Schweißwulst mit einem Träger zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß ein Lichtbogenschweißverfahren mit rotierendem Lichtbogen eingesetzt.This object is achieved with the features of claims 1 and 11 solved. Here, a welding ver enables binding without intermediate area or gaps. The weld joint manure is therefore tight against liquid or moisture, so that this type of Connection is more resistant to corrosion. To connect the whole umlau Ensuring a sweat bead with a carrier is invented an arc welding process with a rotating arc is used.

Die Rotation des Lichtbogens kann hierbei durch einen hochfrequenten Schweiß strom, beispielsweise im Kilohertzbereich, erzeugt werden.The rotation of the arc can be caused by a high-frequency sweat electricity, for example in the kilohertz range.

Vorteilhafterweise befindet sich die Schweißwulst, die auch kreisförmig ausge bildet sein kann, im äußeren Randbereich der Schweißfläche. Hierdurch entsteht eine Verbindung, die besonders geeignet ist, höhere Kraft- und Drehmomente zu übertragen. Zusätzlich ist die gesamte Innenfläche der hierdurch umlaufenden erzeugten Schweißnaht gegenüber Flüssigkeits- und Feuchtigkeitseinwirkung von außen geschützt. Durch einen geringen Abstand der Schweißwulst vom äu ßeren Rand der Schweißfläche kann eine eventuell unerwünschte Bildung einer Schweißwulst außerhalb der Schweißfläche vermieden werden.The welding bead, which is also circular, is advantageously located can be formed in the outer edge region of the welding surface. This creates a connection that is particularly suitable for higher force and torque transfer. In addition, the entire inner surface is the circumferential generated weld seam against the influence of liquid and moisture protected from the outside. Due to a small distance between the weld bead and the outer The outer edge of the welding surface can cause an undesirable formation of a Welding beads outside the welding surface can be avoided.

In weiterer Ausgestaltung besitzt der Bolzen einen die Schweißfläche aufweisen den Flansch, so dass durch die größere Fläche eine noch bessere Kraft- und Drehmomentübertragung erreicht werden kann.In a further embodiment, the bolt has a welding surface the flange, so that due to the larger area an even better force and Torque transmission can be achieved.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Schweiß fläche auf dem Flansch auf einer in Richtung der dem Schweißende abgewandten Seite des Bolzens. Mit einem derartigen Bolzen ist es vorteilhafterweise möglich, auf der Rückseite eines Trägers oder Werkstücks zu schweißen, wobei der Bol zen hierzu mit seiner dem Schweißende abgewandten Seite durch ein Loch im Träger gesteckt wird. Auf diese Weise erstreckt sich vorteilhafterweise auf der Vorderseite eines Trägers oder Werkstücks ein Bolzen, dessen Zugänglichkeit und Verwendbarkeit von keiner Schweißnaht oder Wulst beeinträchtigt ist.According to an advantageous embodiment of the invention, there is sweat area on the flange on a side facing away from the welding end Side of the bolt. With such a bolt, it is advantageously possible to weld on the back of a beam or workpiece, the bolt zen with its side facing away from the welding end through a hole in the Carrier is inserted. This advantageously extends to the Front of a beam or workpiece is a bolt whose accessibility and usability is not affected by any weld or bead.

Durch die Ausbildung eines Bolzens nach der Erfindung kann beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine korrosionsbeständige Verbindung ge schaffen werden, die zudem eine hohe Kraft- und Drehmomentübertragung er möglicht. Bei der Verarbeitung eines erfindungsgemäßen Bolzens genügt vor teilhafterweise die einseitige Zugänglichkeit zu einem Werkstück bzw. Träger, wobei der Bolzen beispielsweise im Vergleich zu Widerstandsschweißen mit kostengünstigen flexiblen Schweißköpfen einer Schweißvorrichtung oder gar mit einer manuellen Schweißpistole verarbeitet werden kann.By designing a bolt according to the invention, for example, with the method of the invention a corrosion-resistant compound ge will create, which he also a high power and torque transmission possible. When processing a bolt according to the invention, it is sufficient partly the one-sided accessibility to a workpiece or carrier, the bolt, for example, compared to resistance welding inexpensive flexible welding heads of a welding device or even with a manual welding gun can be processed.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous configurations according to the invention result from the Subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is illustrated below with the aid of one in the drawing Exemplary embodiment explained. The drawing shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bolzens in der Aus führung als Kragenbolzen; Fig. 1 is a side view of a bolt according to the invention in the imple mentation as a collar bolt;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Bolzen nach Fig. 1; Fig. 2 is a plan view of the bolt of Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' nach Fig. 2 mit zu sätzlich dargestelltem Ausschnitt eines Werkstücks bzw. Trägers und Fig. 3 is a sectional view taken along line AA 'of FIG. 2 with additionally shown section of a workpiece or carrier and

Fig. 4 eine Einzelheit aus Fig. 3. Fig. 4 shows a detail from FIG. 3.

Fig. 1 zeigt einen sogenannten Kragenbolzen, der an seinem einen Ende einen zylindrischen Bereich 3 mit größerem Durchmesser für die Aufnahme in einem Schweißkopf aufweist. An diesen Bereich 3 schließt sich in einem ersten Drittel des Bolzens 1 stufenförmig ein Flansch 5 an, dessen Durchmesser den Durch messer des Bereiches 3 überragt. Die übrigen ca. zwei Drittel des Bolzens 1 wer den durch einen zylindrischen Bereich 7 mit gegenüber dem Durchmesser des Bereichs 3 kleinerem Durchmesser gebildet, welcher sich an der dem Bereich 3 gegenüberliegenden Seite des Flansches 5 stufenförmig anschließt. Der Bereich 7 kann hierbei, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, als Gewindebereich ausge bildet sein. Auf der dem Gewindebereich 7 zugewandten Seite, im Folgenden Oberseite 9 genannt, befindet sich eine, wie in Fig. 2 ersichtlich, umlaufende kreisförmige Schweißwulst 11. Fig. 1 shows a so-called collar bolt, which has at one end a cylindrical region 3 with a larger diameter for receiving in a welding head. This area 3 is followed in a first third of the bolt 1 in a step-like manner by a flange 5 , the diameter of which projects beyond the diameter of the area 3 . The remaining approximately two thirds of the bolt 1 who is formed by a cylindrical region 7 with a smaller diameter than the diameter of the region 3 , which adjoins the region 3 opposite side of the flange 5 stepwise. The area 7 can, as shown in the exemplary embodiment, be formed as a threaded area. On the side facing the threaded region 7 , hereinafter referred to as the top side 9 , there is a circular welding bead 11 , as can be seen in FIG. 2.

Wie der Fig. 2 deutlich zu entnehmen ist, handelt es sich bei den dargestellten, üblicherweise einstückig gefertigten Kragenbolzen um einen bezüglich seiner Längsachse rotationssymmetrischen Körper.As can be clearly seen from FIG. 2, the collar bolts shown, which are usually manufactured in one piece, are a body that is rotationally symmetrical with respect to its longitudinal axis.

Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung der Verwendung eines solchen Bolzens 1 zusätz lich einen Ausschnitt eines nicht näher dargestellten Trägers bzw. Werkstücks 13. In der dargestellten Position wurde der Kragenbolzen 1 mit seinem Gewinde bereich 7 bereits zum Teil von einer Rückseite 15 des Trägers 13 hindurchge steckt, so dass die Oberseite 9 des Flansches 5 der Rückseite 15 des Trägers 13 zugewandt ist. Fig. 3 shows to illustrate the use of such a bolt 1 additional Lich a section of a carrier or workpiece 13 not shown. In the position shown, the collar bolt 1 with its threaded area 7 has already been partially pushed through from a rear side 15 of the carrier 13 , so that the upper side 9 of the flange 5 faces the rear side 15 of the carrier 13 .

Für einen Schweißvorgang wird zwischen der Ringschweißwulst 11 und dem entsprechenden gegenüberliegenden ringförmigen Bereich der Rückseite 15 bei spielsweise mittels Hub- oder Spitzenzündung ein Lichtbogen erzeugt. Um eine Schmelze auf beiden Oberflächen, also im Bereich der Schweißwulst 11 und dem gegenüberliegenden entsprechenden Ringbereich auf der Rückseite 15 zu reali sieren, wird der Lichtbogen durch eine hohe Frequenz, beispielsweise im Kilo hertzbereich, zum Rotieren gebracht. Nach Ablauf einer gegenüber einer ganz flächigen Verschweißung vorteilhafterweise wesentlich kürzeren Schweißzeit werden die angeschmolzenen Oberflächen, also der Bereich der Schweißwulst 11 und der gegenüberliegende entsprechende ringförmige Bereich auf der Rückseite 15, verbunden, so dass sich eine dichte ringförmige Schweißnaht bildet.For a welding process, an arc is generated between the annular welding bead 11 and the corresponding opposite annular region of the rear 15, for example by means of a stroke or tip ignition. In order to realize a melt on both surfaces, that is to say in the area of the welding bead 11 and the opposite corresponding ring area on the rear side 15 , the arc is caused to rotate by a high frequency, for example in the kilo range. After expiry of a welding time which is advantageously considerably shorter than that of a completely planar welding, the melted surfaces, that is to say the area of the welding bead 11 and the corresponding corresponding annular area on the rear side 15 , are connected, so that a dense annular weld seam is formed.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besitzt die Schweißwulst 11 einen dreieckförmigen Querschnitt, wobei die Dreiecksspitze der Rückseite 15 zugewandt ist und die dieser Spitze gegenüberliegende Dreiecksgrundseite mit der Oberseite 9 fluchtet.As can be seen from FIG. 4, the welding bead 11 has a triangular cross section, the triangular tip facing the rear side 15 and the triangular base side opposite this tip being flush with the upper side 9 .

Auf diese Weise entsteht eine Ringschweißwulst 11 mit einer Kante ähnlich einem Grat mit beidseitig abfallenden Hängen. Durch diesen scharfkantigen Grat kann eine Zündung eines Lichtbogens erleichtert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine umlaufende Schweißwulst 11, die nicht notwendigerweise kreisförmig sein muss, im Querschnitt mit einer anderen Geometrie, beispiels weise rund, oval oder ähnliches, statt mit einem scharfkantigen Grat auszubilden.In this way, a ring weld bead 11 is formed with an edge similar to a ridge with slopes sloping on both sides. Ignition of an arc can be facilitated by this sharp-edged ridge. Of course, it is also conceivable to form a circumferential weld bead 11 , which does not necessarily have to be circular, in cross section with a different geometry, for example round, oval or the like, instead of with a sharp-edged ridge.

Durch das Verschweißen von Bolzen 1 und Träger 13 mittels einer umlaufenden beispielsweise ringförmigen Schweißnaht ist die Verbindung von der Rückseite 15 des Trägers 13 her gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Flüssigkeit geschützt. In Versuchen hat sich diese Art der Verbindung als sehr korrosionsbe ständig erwiesen.By welding the bolt 1 and the carrier 13 by means of a circumferential, for example annular, weld seam, the connection from the back 15 of the carrier 13 is protected against the ingress of moisture or liquid. In experiments, this type of connection has proven to be very corrosion resistant.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die umlaufende Schweißwulst 11 stirnseitig entgegen der Richtung der dem Schweißende des Bolzens 1 abge wandten Seite ausgebildet sein. Hierbei wird die beispielsweise ringförmige am stirnseitigen Schweißende des Bolzens 1 befindliche Schweißwulst 11 mit einem entsprechenden gegenüberliegenden ringförmigen Bereich der Oberseite 17 ver schweißt, ohne daß im Träger 13 eine Durchbrechung für das Durchstecken eines Teils des Bolzens 1 vorgesehen sein muß. Auf diese Weise entsteht ein durch eine umlaufende Schweißnaht gebildeter abgedichteter innerer Bereich. Dieser ist gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit offensichtlich geschützt.In an embodiment, not shown, the circumferential weld bead 11 can be formed on the end against the direction of the side facing away from the welding end of the stud 1 . Here, for example, ring located at the front welding end of the bolt 1 welding bead 11 is welded ver with a corresponding opposite annular region of the top 17 without the need to provide an opening in the carrier 13 for the insertion of part of the bolt 1 . In this way, a sealed inner area is formed by a circumferential weld seam. This is obviously protected against the ingress of moisture.

Aber auch die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform einer Schweißver bindung erwies sich, trotz ihres nicht abgeschlossenen Innenraums, als sehr kor rosionsbeständig. Dies mag daher rühren, dass der Zwischenraum (Ringspalt) zwischen Außenumfang des Bereiches 7 und dem Innenumfang des Lochs im Träger 13 für einen Luftausgleich, welcher für ein Eindringen von Flüssigkeit oder Feuchtigkeit notwendig ist, zu gering ist. Hierdurch kann ein Feuchtigkeits eintritt durch diesen Spalt in den Raum auf der Rückseite des Trägers 13 bis zur Schweißnaht und eine daraus resultierende Korrosion der Verbindung vermieden werden.But also the embodiment of a welded connection shown in the drawing, despite its incomplete interior, proved to be very corrosion-resistant. This may be due to the fact that the space (annular gap) between the outer circumference of the region 7 and the inner circumference of the hole in the carrier 13 is too small for air compensation, which is necessary for the penetration of liquid or moisture. As a result, moisture enters through this gap into the space on the back of the carrier 13 up to the weld seam, and a resulting corrosion of the connection can be avoided.

Claims

1. Bolt for the stud welding process with a welding surface which can be at least partially welded to a carrier, in particular a sheet metal, characterized in that the welding surface has a circumferential welding bead.

2. Bolt according to claim 1, characterized in that the weld bead is annular.

3. Bolt according to claim 1 or 2, characterized in that the sweat bead has a triangular surface in cross section.

4. Bolt according to one of the preceding claims, characterized in that the weld bead is essentially in the outer edge region of the Welding surface is formed.

5. Bolt according to one of the preceding claims, characterized in that the bolt has a flange with the welding surface.

6. Bolt according to claim 5, characterized in that the flange on one End of the bolt is formed.

7. Bolt according to claim 5, characterized in that the bolt as Kra is formed pin.

8. Bolt according to one of claims 5 to 7, characterized in that the Welding surface is annular.

9. Bolt according to claim 8, characterized in that the annular Welding surface in the direction of the side of the welding end facing away from the welding end Bolzens is designed so that it by a hole in the carrier of bolt on the back of the beam on the back of the beam with the sem is weldable.

10. Bolt according to one of the preceding claims, characterized in that the bolt has a threaded area.

11. A method for producing a welded connection of a bolt to a carrier, in particular a sheet metal, characterized in that the bolt is designed according to one of the preceding claims,
that a rotating arc is generated between the carrier and the surrounding welding bead,
whereby after connecting the thereby melted surfaces of the carrier and bolt in this area, a dense circumferential weld is formed.

12. The method according to claim 11, characterized in that the connection between the carrier and the sweat through a hole in the carrier of the Back of the bolt inserted on the back of the carrier, so that there is no weld seam on the front of the beam.