Bolzenschweißen

 

Lichtbogenbolzenschweißen

 

Ziel des Bolzenschweißens ist das dauerhafte Verbinden von bolzenförmigen Elementen (z. B. Gewindebolzen, Stifte, Buchsen, Haken, Ösen) mit Frontplatten oder dünnwandigen Blechen.

Beim Bolzenschweißen wird zwischen einer Stirnfläche des Bolzens und dem Werkstück ein Lichtbogen gezündet, beide Teile werden dabei lokal angeschmolzen und anschließend unter geringem Anpressdruck gefügt. Das Lichtbogenbolzenschweißen wird nach der Art der Lichtbogenzündung unterteilt in Bolzenschweißen mit Hubzündung und Bolzenschweißen mit Spitzenzündung. Beide Verfahren unterscheiden sich in der Schweißflächengeometrie der Bolzen, dem Verfahrensablauf, der Gerätetechnik und teilweise im Anwendungsgebiet. Die sogenannte Blaswirkung kann sich wie bei anderen Lichtbogenschweißverfahren störend bemerkbar machen.

 

 

Spitzenzündungsbolzenschweißen

 

Beim Spitzenzündungsbolzenschweißen weist der Bolzen auf der zu verschweißenden Seite eine definierte und eng tolerierte Zündspitze auf. Der Lichtbogen wird an dieser Spitze gezündet. Diese Zündspitze schmilzt explosionsartig (Knall) und verdampft zu einem geringen Teil. Die Induktionsspannung, die durch das Öffnen des Stromkreises entsteht, zündet einen Lichtbogen, der dann die ganze Bolzenstirnfläche erfasst. Die starke, aber kurze Hitzeentwicklung erbringt ein flächenmäßig kleines Schweißbad, das aber ausreicht, um das Werkstück mit dem Schweißbolzen dauerhaft zu verbinden. Aufgrund der geringen Einbrenntiefe, bedingt durch die kurze Schweißzeit, ist es möglich, Bolzen auf relativ dünne Materialien (1,5–3 mm) zu bringen.

  • Spaltverfahren: Der Bolzen wird aus einer bestimmten Höhe (Spaltmaß) auf das Bauteil zubewegt. Die Zündung des Lichtbogens erfolgt durch Kontakt der Zündspitze mit dem Bauteil.

  • Kontaktverfahren: Der Bolzen hat bereits zu Beginn der Schweißung Kontakt mit dem Bauteil. Sonst ist der Vorgang der Gleiche wie beim Spaltverfahren.

Das Verfahren „Bolzenschweißen mit Spitzenzündung“ wird für Bolzen bis etwa 8 mm Durchmesser eingesetzt. Man verwendet Bolzen mit kleiner zylindrischer Spitze. Als Stromquelle dient eine Kondensatorbatterie. Der Spitzenstrom kann 10.000 A erreichen; die Schweißzeit liegt zwischen 1 und 3 ms.

Die Kondensatorbatterie wird auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen. Im Allgemeinen wird der Minuspol mit dem Bolzen verbunden. Der Bolzen mit seiner genau dimensionierten zylindrischen Zündspitze wird zum Werkstück bewegt. Der rasch ansteigende Strom lässt die Zündspitze schlagartig schmelzen und zündet damit den Lichtbogen. 

Bolzen und Werkstück werden angeschmolzen. Mit dem Auftreffen des Bolzens erlischt der Lichtbogen, die Schmelzzonen vereinigen sich und erstarren. Die Restenergie des Kondensators entlädt sich im Kurzschluss.

Beim Bolzenschweißen mit Spitzenzündung gibt es zwei Verfahrensvarianten. Beim "Schweißen mit Spalt" kann der Bolzen auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt werden. Durch den Zündvorgang wird die Bewegung verzögert. 

Beim "Schweißen mit Kontakt" berührt die, unter Federkraft stehende, Zündspitze das Werkstück. Mit dem Einschalten des Stromes schmilzt die Zündspitze schlagartig und zündet den Lichtbogen. Der Bolzen bewegt sich zum Werkstück und verschweißt. 

Da der Bogen aus dem Ruhezustand beschleunigt werden muss, ergibt sich eine längere Schweißzeit als beim Schweißen mit Spalt.

Der sehr kurzzeitige Schweißvorgang lässt sich nur anhand von Oszillogrammen verfolgen. Die heute verfügbaren Messgeräte können den Vorgang speichern und ermöglichen damit eine genaue Beurteilung des Ablaufs.

Die Kondensatorbatterie wird auf gewählte Ladespannung geladen.

Der Bolzen (mit Zündspitze) wird auf das Werkstück aufgesetzt und durch eine Feder in der Schweißpistole auf das Werkstück gedrückt (Kontakt). Der Stromkreis wird geschlossen.

Nach dem Auslösen des Schweißvorgangs lässt der rasch ansteigende Strom die Zündspitze schlagartig schmelzen und zündet damit den Lichtbogen.

Bolzen und Werkstück werden angeschmolzen.

Der Bolzen wird weiter auf das Blech zubewegt.

Mit dem Auftreffen des Bolzens erlischt der Lichtbogen.

Die Schmelzzonen vereinigen sich und erstarren.

Die Schweißzeit beträgt ≤ 3 msec.

Die empfohlene Blechdicke sollte 1/10 d, aber nicht weniger als 0,5 mm betragen.

 

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