DVS 0903-2000 Capacitor-discharge stud welding with tip ignition.pdf

1、DVS, Ausschu fr Technik, Arbeitsgruppe Lichtbogenschweien“Bezug: Verlag fr Schweien und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 15 91- 150Bearbeiter: OsenbergFile: 0903.fmErstellt am: 21.09.2000Zuletzt gendert am: 05.10.2000N

2、achdruck und Kopie,auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des HerausgebersDVSDiese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zurBeachtung empfohlen. Der Anwender mu jeweils prfen, wie weit der

3、 Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltig ist.Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.DVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spitz

4、enzndungMerkblattDVS 0903(Dezember 2000)Inhalt:1Zweck2 Arbeitsweise3 Anwendungsbereich3.1 Bolzen- und Grundwerkstoffe3.2 Geometrische Formen des Bolzens und des Werkstcks3.3 Schweipositionen3.4 Schweidaten4Gerte4.1 Tragbare Handgerte4.2 Vollmechanisierte Gerte und Anlagen5 Schweidurchfhrung5.1 Werks

5、tckvorbereitung5.2 Masseanschlu und magnetische Blaswirkung5.3 Schweikabel5.4 Bolzenhalter6 Festigkeit7 Arbeitsschutz8 Qualittssicherung9 Prfen von Bolzenschweiverbindungen10 Anwendungsbeispiele11 Mitgeltende Normen und technische Regeln1 ZweckDas Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spitzenzn-d

6、ung dient zum Aufschweien von vorwiegend stiftfrmigen, me-tallischen Teilen auf metallische Werkstcke. Es ist dem Lichtbo-genpreschweien zuzuordnen. Mit dem Verfahren lassen sichviele Verbindungselemente wie Gewindebolzen, Stifte und der-gleichen mit dem Werkstck verschweien. Es kann unter Ver-wendu

7、ng von Schweipistolen und Schweikpfen mechanischoder automatisch ausgefhrt werden. Tabelle 1 gibt einen ber-blick ber die Kenngren.Tabelle 1. Kenngren beim Kondensatorentladungs-Bolzenschwei-en mit Spitzenzndung.2ArbeitsweiseDas Bolzenschweien mit Spitzenzndung ist ein Kondensator-entladungsschweien

8、 und kann in zwei Arbeitsweisen durchge-fhrt werden:Spaltschweien: Dabei wird der Bolzen in den Bolzenhalter derPistole eingeschoben und die Zndspitze vor Schweibeginn aufeinen definierten, einstellbaren Abstand auf Distanz zum Werk-stck gebracht (Bild 1a). Nach dem Auslsen des Bewegungs-vorgangs un

9、d Znden des Thyristors wird der Bolzen auf dieKenngre Spaltschweien KontaktschweienOrdnungs-Nr. nach ISO 4063786 786Bolzendurch-messer d (mm)0,8 bis 8(Aluminium bis 6)0,8 bis 8Spitzenstrom ca. (A)10000 5000Schweizeit ca. (ms)0,5 bis 2 1 bis 3Federkraft ca.(N)40 bis 60 60 bis 100 je Kolben-masseEinta

10、uch-geschwindigkeit ca. (m/s)0,5 bis 1,Aluminium1 bis 1,50,5 bis 0,7Zndung meist korrekt, Frhzndung mglichimmer korrektBevorzugte AnwendungAutomatik-schweien, Alu-minium, MessingHandschweien von Stahl (unlegiert und legiert), galvanisch ver-zinkte oder gelte Ober-flchenErsetzt Ausgabe November 1989B

11、ild 1. Schaltanordnung und Phasen des Schweivorgangs.,B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 0903Werkstckoberflche hin beschleunigt. Wenn die Zndspitze dasWerkstck berhrt, fliet ein rasch

12、 ansteigender Strom, der dieZndspitze so stark erhitzt, da sie schlagartig schmilzt und teil-weise verdampft, Bild 1b. Der dadurch entstehende Lichtbogenschmilzt Bolzenende und Grundwerkstoff an. Der Bolzen wirdwhrend der Lichtbogenbrennphase weiter auf das Werkstckzubewegt (Bild 1c) und bleibt schl

13、ielich in der Schmelze stehen.Der Lichtbogen erlischt mit dem Kurzschlu des Stromkreises;Bolzen und Werkstck sind verbunden. Die Schweizeit betrgtetwa 1 ms. Dadurch wird unter anderem das Schweien von Alu-minium ohne Schutzgasatmosphre mglich.Kontaktschweien: Das Kontaktschweien unterscheidet sichvo

14、m Spaltschweien dadurch, da der Bolzen direkt auf die Bau-teiloberflche aufgesetzt wird. Durch eine Druckfeder, die sich inder Schweipistole befindet, wird der Bolzen auf das Blech ge-drckt. Nach dem Auslsen des Bewegungsvorgangs und Zn-den des Thyristors luft der Vorgang wie beim Spaltschweienab. D

15、ie Schweizeit betrgt bis 3 ms. Durch die im Vergleichzum Spaltschweien lngere Schweizeit ist die Reinigungswir-kung bei leicht verlten oder auch verzinkten Werkstcken bes-ser.Im Bild 2 sind der whrend des Schweivorgangs auftretendeSpannungs-, Strom- und Wegverlauf dargestellt. Zum Zeitpunktt0berhrt

16、die Zndspitze die Bauteiloberflche. Der Strom steigtan, und die Spannung am Kondensator fllt ab. Vom Zeitpunkt t0bis zum Zeitpunkt t1wird die Zndspitze erhitzt, um anschlieendschlagartig zu schmelzen und teilweise zu verdampfen. Durchden Spannungsanstieg wird ein Lichtbogen gezndet, der biszum Zeitp

17、unkt t2brennt und dann von der Bolzenstirnflche aus-gedrckt wird. Wird der Lichtbogen schon zum Zeitpunkt t0ge-zndet (Frhzndung), entfllt die Unstetigkeit bei t1, und dieLichtbogenbrennzeit verlngert sich bis zu 20 %.Bild 2. Verlauf von Schweistrom, Lichtbogenspannung und Bolzenwegbeim Kontaktschwei

18、en in Abhngigkeit von der Zeit.Auer den elektrischen und mechanischen Einstellparametern Ladespannung, Kapazitt, Federkraft und Luftspalt sind Durch-messer und Lnge der Zndspitze sowie der Zustand der Werk-stckoberflche fr den Prozeverlauf und damit fr die Fge-qualitt sehr wichtig.3 Anwendungsbereic

19、hAnwendungsgebiete findet man vorwiegend im Blechdickenbe-reich bis etwa 5 mm, beispielsweise im Schaltschrankbau, imFahrzeugbau, in der Lftungs- und Klimatechnik, im Maschinen-und Apparatebau. Durch die extrem kurze Schweizeit entstehtein nur geringer Einbrand, der ggf. auch Fehlstellen (Bindefehle

20、r,Poren) aufweisen kann. Die Schweiung hinterlt bei den mei-sten Werkstcken keine Spuren auf der Rckseite. Selbst dnneBleche knnen meistens ohne Verfrbung oder Verformung ge-schweit werden, auch wenn sie auf der Rckseite lackiert, ka-schiert oder galvanisch behandelt sind (siehe Merkblatt DVS2927 Wi

21、derstandsbuckel- und Lichtbogenbolzenschweien voneinseitig dick kunststoffbeschichteten Stahlfeinblechen“).3.1 Bolzen und GrundwerkstoffeMit dem Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spitzen-zndung lassen sich Bolzen aus unlegierten und legierten Sth-len, aber auch aus Aluminium und Messing schwe

22、ien. DieSchweieignung verschiedener Bolzen-Grundwerkstoff-Kombi-nationen ist in Tabelle 2 angegeben. Wegen der recht flach auf-geschmolzenen Zone (etwa 0,2 mm Tiefe) knnen auch Werk-stoffe miteinander verschweit werden, deren flssige Phasensprde Legierungen entstehen lassen. Die Schmelzzonen amBolze

23、n und am Blech haben bei der kurzen Schweizeit keineausreichende Gelegenheit, sich miteinander zu vermischen. Injedem Fall empfiehlt es sich, durch eine mechanisch-technologi-sche Prfung die Verbindung daraufhin zu untersuchen, ob dievorhandene Festigkeit fr den vorgesehenen Anwendungsfallausreicht.

24、3.2 Geometrische Formen des Bolzens und des WerkstcksDas Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spitzenzn-dung ist vorwiegend fr runde Bolzenquerschnitte, im allgemei-nen von 2 bis 8 mm, geeignet. Aluminiumbolzen sind nur bis zueinem Bolzendurchmesser von 6 mm schweigeeignet. Je nachAnwendungsgebi

25、et knnen die Bolzen als Gewindebolzen, Stifte,Isolierngel, Buchsen mit Sackloch oder Innengewinde oder zumBeispiel als Flachstecker hergestellt werden, Bild 3. Einige ge-bruchliche Bolzenformen sind in DIN EN ISO 13918 enthalten.Fr das Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spitzen-zndung sind Lng

26、e und Durchmesser der Bolzenspitze von be-sonderer Bedeutung. Dies ist bei der Planung von Sonderbolzen-formen zu bercksichtigen. Diese Spitzen werden im allgemei-nen durch Kaltstauchen hergestellt. Dabei ergibt sich gleichzeitigein angestauchter Flansch, Bild 3. Er hat den Vorteil, da dieSchweiflch

27、e gegenber dem Bolzendurchmesser vergrertwird und die Zone hchster Spannung auerhalb der Schwei-stelle liegt. Es sollten nur Bolzen mit Flansch verwendet werden,damit (besonders bei Bolzen kleiner als 4 mm Durchmesser) einbergreifen des Lichtbogens auf den zylindrischen Schaft ver-mieden wird und di

28、e grere Flche des Flansches sich positivauf die zulssige Belastung auswirkt. In Sonderfllen wird derFlansch nachtrglich entfernt. Dies wirkt sich jedoch festigkeits-mig nachteilig aus.3.3 SchweipositionenBeim Bolzenschweien mit Spitzenzndung sind alle Schwei-positionen unabhngig vom Bolzendurchmesse

29、r mglich. Es istjedoch auf eine korrekte Abstimmung der mechanischen Ein-stellparameter zu achten, damit gleiche Eintauchgeschwindigkei-ten auftreten und damit gleichbleibende Fgequalitten erzieltwerden.3.4 SchweidatenFr das Schweiergebnis sind neben den elektrischen und me-chanischen Einstellparame

30、tern noch weitere Einflugren vonBedeutung.Fr jeden Bolzendurchmesser ist eine bestimmte Mindestlade-energie erforderlich (Bild 4). Mit dem Vorwhlen der Ladespan-nung bei gegebener Kapazitt wird die Ladeenergie fr dasSchweien eines bestimmten Bolzentyps nach der FormelW = CUbestimmt.Beispiel: W = 66

31、175 mF V 1000 Wsfr Bolzentyp M6Der zeitliche Verlauf von Strom und Spannung wird vom ohm-schen und induktiven Widerstand des Schweikreises festgelegt.Die Schweizeit ergibt sich aus der Eintauchgeschwindigkeit undder Zndspitzenlnge. Die Eintauchgeschwindigkeit kann berFederkraft oder andere Antriebe

32、und Spalt beeinflut werden.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 09034GerteDie Bolzenschweianlage besteht aus einem Steuerteil mit inte-grierter Kondensatorbatterie und einer Schweipisto

33、le bzw. ei-nem Schweikopf. Die Pistole und der Schweikopf bestehenhauptschlich aus dem Bolzenhalter und der Bewegungsvorrich-tung, Bild 1.Folgende Ausfhrungen werden angeboten:4.1 Tragbare HandgerteFr geringe Schweileistung und mobilen Einsatz werden trag-bare Handgerte angeboten. Der Bolzen wird vo

34、n Hand in denBolzenhalter eingefhrt und die Schweipistole auf die ge-wnschte Stelle des Werkstcks aufgesetzt. Der Schweivor-gang wird durch Bettigen des Pistolentasters ausgelst.Die maximale Schweifolge ist von der Ladezeit des Kondensa-tors und der Geschicklichkeit des Bedieners abhngig. TragbareGe

35、rte haben den Vorteil, da sie Bolzenschweien unter wech-selnden Einsatzbedingungen erlauben, zum Beispiel auf Baustel-len oder an sehr groen Werkstcken, die nicht bewegt werdenknnen. Vorteilhaft ist die geringe Netzbelastung beim Aufladendes Kondensators, bei dem nur Einphasen-Wechselstrom ben-tigt

36、wird.Tabelle 2. Schweieignung von gngigen Grundwerkstoff-/Bolzen-Kombinationen beim Kondensatorentladungs-Bolzenschweien mit Spit-zenzndung.Bild 3. Verschiedene Bolzenformen mit angestauchtem Flansch.GrundwerkstoffBolzenwerkstoffCR ISO/TR 15608 Gruppen 1 bis 5, 11.1CR ISO/TR 15608 Gruppen 1 bis 5, 1

37、1.1verzinkte und metall-beschichtete Stahlble-che, max. Beschichtungsdicke 25 mCR ISO/TR 15608 Gruppe 8Reinkupfer und bleifreie Kupfer-legierungen, z. B. CuZn37 (CW 508L)CR ISO/TR 15608 Gruppen 21 und 22S235 a b a b -1.4301/X5CrNi18-101.4303/X5CrNi18-12ab abCuZn37 (CW 508L) b b b a -EN AW-Al99,5(105

38、0A) - - - - bEN AW-AlMg3(5754) - - - - aErluterung der Buchstaben fr die Schweieignung:-: nicht schweigeeigneta: gut geeignet b: geeignet mit EinschrnkungenErluterung der Gruppen-Nummern:Gruppe 1: Sthle mit einer gewhrleisteten Mindeststreckgrenze von ReH 460 N/mm und mit folgenden Analysewerten in

39、%:C 0,25, Si 0,60, Mn 1,70, Mo 0,70b, S 0,045, P 0,045, Cu 0,40b, Ni 0,5b, Cr 0,3 (0,4 fr Guss)b, Nb 0,05, V 0,12b,Ti 0,05Gruppe 2: Thermomechanisch behandelte Feinkornbausthle und Stahlguss mit einer gewhrleisteten MindeststreckgrenzeReH 360 N/mmGruppe 3: Vergtete Sthle und ausscheidungsgehrtete St

40、hle, jedoch ohne nichtrostende Sthle, mit einer gewhrleistetenMindeststreckgrenze ReH 360 N/mmGruppe 4: Vanadium-legierte Cr-Mo-(Ni)-Sthle mit Mo 0,7 % und V 0,1 %Gruppe 5: Vanadiumfreie Cr-Mo-Sthle mit C 0,35 % cGruppe 8: Austenitische SthleGruppe 11.1: Sthle der Gruppe 1d, aber 0,25 % C 0,35 %Grup

41、pe 21: Reinaluminium mit max. 1,5 % Verunreinigungen oder LegierungsgehaltGruppe 22: Nichtaushrtbare Al-LegierungenIndex b: ein hherer Wert ist zulssig, vorausgesetzt Cr + Mo + Ni + Cu + V 0,75 %Index c: Vanadiumfrei“ heit, da Vanadium nicht absichtlich zulegiert wurde.Index d: ein hherer Wert ist z

42、ulssig, vorausgesetzt Cr + Mo + Ni + Cu + V 1 %B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 0903Bild 4. Anhaltspunkte fr die Ladeenergie bei gegebenem Bolzendurch-messer.4.2 Gerte und AnlagenBe

43、i groen Stckzahlen wird eine schnelle Schweifolge ange-strebt. Handelt es sich um kleine, leicht transportable Werkstk-ke, ist eine pneumatisch bettigte, stationre Anlage mit einemoder mehreren Schweikpfen von Vorteil. Eine solche Anlagemu in der Regel mit einem Ladeteil groer Leistung ausgerstetsei

44、n.Durch die kurze Schweizeit beim Bolzenschweien wird dieSchweifolge im wesentlichen von den Nebenzeiten bestimmt.Das mechanisierte Zufhren der Bolzen zu den Anlagen und Ge-rten verkrzt diese Nebenzeiten. Meistens wird der Bolzen in ei-nem Vibrationssortierer geordnet und pneumatisch demSchweikopf o

45、der der Schweipistole zugefhrt. Dies kann so-wohl an einer Pistole, die von Hand positioniert wird, als auch miteinem stationren oder robotergefhrten Schweikopf gesche-hen. Die maximale Schweifolge liegt bei 60 Bolzen pro Minutebei automatischer Bolzenzufhrung.5 Schweidurchfhrung5.1 Werkstckvorberei

46、tungWegen der kurzen Schweizeit mu der Schweivorgang ohnejede Strung ablaufen. Verunreinigungen der Bauteiloberflche,Beschichtungen und eine Oberflchenrauhigkeit von mehr als30 m knnen den Schweivorgang erheblich beeintrchtigenund zu ungleichmigen Ergebnissen fhren. IsolierendeSchichten verhindern d

47、es Znden des Lichtbogens (zum Beispieleloxiertes Aluminium).Die Werkstckoberflche soll eben sein. Bei gekrmmten Ober-flchen ist der zulssige maximale Bolzendurchmesser durchVersuche zu bestimmen.Die Aufschweistelle darf durch Anreistriche gekennzeichnetwerden. Tiefe Markierungen (Krner) verndern den

48、 Schweiab-lauf und fhren zu abweichenden Ergebnissen.5.2 Masseanschlu und magnetische BlaswirkungDie kurzzeitig hohe Stromstrke von bis zu 10 kA erfordert einensorgfltigen Masseanschlu am Bauteil.Auf einwandfreie elektrische Kontakte ist unbedingt zu achten.Zwei Masseklemmen sind symmetrisch anzuordnen, um die ma-gnetische Blaswirkung des Lichtbogens zu verringern.5.3 SchweikabelDie Schweikabel mssen insbesondere beim Schweien mitSpalt