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Lichtbogenbolzenschweißen Kurzform Bolzenschweißen engl stud welding Ordnungsnummer 78 EN ISO 4063 gehört zu den Lichtbo
Lichtbogenbolzenschweißen
Lichtbogenbolzenschweißen (Kurzform: Bolzenschweißen, engl.: stud welding, Ordnungsnummer 78 EN ISO 4063) gehört zu den Lichtbogenpressschweißverfahren.
Ziel des Bolzenschweißens ist das dauerhafte Verbinden von bolzenförmigen Elementen (z. B. Gewindebolzen, Stifte, Buchsen, Haken, Ösen) mit größeren Bauteilen (z. B. Karosseriebleche, Gehäuse, Heizkörper).
Geschichte
siehe Geschichte des Schweißens
Prinzip
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.
Die wichtigsten Schweißparameter beim Lichtbogenbolzenschweißen bei der Hubzündung sind Schweißstrom, Schweißzeit, Hub (Lichtbogenlänge) und Überstand (Eintauchmaß).
Die wichtigsten Schweißparameter beim Lichtbogenbolzenschweißen bei der Spitzenzündung sind Ladespannung, Kapazität, Schweißzeit, Spalt und Eintauchgeschwindigkeit/Schweißzeit.
Verfahren
Unterscheidung nach Art der Zündung
Hubzündungsbolzenschweißen
Beim Hubzündungsbolzenschweißen wird der Lichtbogen durch Anheben des Bolzens vom Bauteil unter Stromfluss erzeugt.
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.
Beim Spaltverfahren wird der Bolzen aus einer bestimmten Höhe (Spaltmaß) auf das Bauteil zubewegt. Die Zündung des Lichtbogens erfolgt durch Kontakt der Zündspitze mit dem Bauteil. Beim Kontaktverfahren hat der Bolzen bereits zu Beginn der Schweißung Kontakt mit dem Bauteil. Sonst ist der Vorgang der gleiche wie beim Spaltverfahren.
Unterscheidung nach der Art des Schweißbadschutzes
Man unterscheidet zwischen dem Bolzenschweißen mit Keramikring, mit Schutzgas und ohne Schweißbadschutz.
Unterscheidung nach der Energiequelle
Weiterhin unterscheidet man beim Bolzenschweißen nach der Energiequelle: mit Schweißgleichrichter (Transformator) oder Inverterstromquelle oder mit Kondensatorentladungsbolzenschweißen.
Unterscheidung nach der Schweißzeit
Man nutzt wahlweise die Kurzzeitbolzenschweißung (Short-Cycle) oder die "Normalzeit"-Bolzenschweißung.
Spezialverfahren
Magnetfeld-Bolzenschweißen (SRM)
Das Bolzenschweißen in radialsymmetrischem Magnetfeld (SRM, Studwelding in Radially Symmetrical Magnetic Field) entspricht einer Weiterentwicklung des Bolzenschweißens mit Hubzündung und Schutzgas. Der Lichtbogen wird in der Mitte des Bolzens an der Zentrierspitze gezündet. Beginnend vom Zentrum wird der Lichtbogen durch ein äußeres Magnetfeld in eine rotatorische Bewegung versetzt. Nach thermischer Aktivierung der gesamten planar ausgebildeten Bolzenstirnfläche entsteht eine stabilisierte, vollflächig über den Bolzenquerschnitt ausgebildete Lichtbogensäule. Beendet wird die Schweißung sobald ausreichend viel Schmelze erzeugt wurde. Unter geringem Anpressdruck werden hierbei die Schmelzen von Bolzen und Werkstück miteinander verbunden. Aufgrund der gleichmäßigen Anschmelzung des Bolzens und des Grundmaterials durch den magnetisch stabilisierten Lichtbogen werden Schweißungen in einem Verhältnis von 1/10 (Blechdicke/Bolzendurchmesser) ermöglicht. Die Schmelztiefe beträgt dabei nur wenige Zehntel Millimeter. Negative Einflussfaktoren aufgrund von Blaswirkung durch einseitigen Masseanschluss oder Massehäufung können durch das Verfahren während des gesamten Bolzenschweißprozesses kompensiert werden. Weitere Vorteile sind eine sehr geringe Wärmeeinflusszone in den Grundwerkstoff (60 % verringerter Einbrand ins Grundmaterial) keine behindernde Schweißwulst und keine Schweißspritzer. Bolzenschweißarbeiten in horizontaler oder Überkopfposition (Zwangslagen) werden durch das Magnetfeld erleichtert.
Hülsenschweißen mit magnetisch bewegtem (rotierendem) Lichtbogen – MARC
Die Abkürzung MARC steht für Magnetic Rotating Arc. Das Schweißen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen erweitert das Einsatzgebiet des Bolzenschweißens. Das Verfahren ist im Ablauf dem Hubzündungsbolzenschweißen ähnlich, jedoch wird mit einem rotierenden Lichtbogen gearbeitet. Der MARC-Prozess ist eine äußerst wirtschaftliche Verbindungstechnik. Die Vorteile des MBL(MBP)-Schweißens (Steuerung des Wärmeeintrages für hülsenförmige Bauteile durch einen magnetisch bewegten Lichtbogen) werden mit denen des Lichtbogenbolzenschweißens mit Hubzündung (einfache und preiswerte Gerätetechnik, Schweißzeiten im Bereich von Millisekunden liegen) kombiniert. Die Möglichkeit der Verschiebung der Lichtbogensäule durch ein äußeres Magnetfeld ist die Grundlage des MARC-Verfahrens. Das Schweißverfahren zeichnet sich durch sehr kurze Schweißzeiten, geringe Wärmebelastung, niedrigen Energiebedarf, genaues Endmaß und eine hohe Wirtschaftlichkeit aus. Die Rotation des Lichtbogens, und damit ein konzentrierter und gleichmäßiger Energieeintrag über die Schweißfläche, wird durch ein separates Magnetfeld im Schweißspalt erzielt. Es ermöglicht das verzugsarme und spritzerfreie Verschweißen von Hülsen und Muttern bis zu 30 mm Außendurchmesser, vorzugsweise aus hochlegierten rostfreien Stählen mit ebener Anschweißfläche bis 5 mm Werkstückdicke. Es sind gas- und druckdichte Schweißungen auf gelochten und ungelochten Bauteilen möglich.
Andere Möglichkeiten zum Verschweißen von Bolzen
- Widerstandsbolzenschweißen
- Reibbolzenschweißen
- Kaltpressbolzenschweißen
Normen
Die wichtigsten Standards zum Bolzenschweißen sind:
- DIN EN ISO 14555 – Lichtbogenbolzenschweißen von metallischen Werkstoffen
- DIN EN ISO 13918 – Bolzen und Keramikringe zum Lichtbogenbolzenschweißen
- Merkblatt DVS 0901 – Lichtbogenbolzenschweißen
- Merkblatt DVS 0902 – Lichtbogenbolzenschweißen mit Hubzündung
- Merkblatt DVS 0903 – Lichtbogenbolzenschweißen mit Spitzenzündung
- Merkblatt DVS 0904 – Lichtbogenbolzenschweißen, Hinweise für die Praxis
- Merkblatt DVS 0967 – Berechnung von Bolzenschweißverbindungen
R. Trillmich; W. Welz – Bolzenschweißen, Grundlagen und Anwendung, DVS Fachbuchreihe Schweißtechnik, Band 133, DVS Media GmbH, Düsseldorf, 2014
Einzelnachweise
- Patent US2413189: Stud welding machine. Veröffentlicht am 1946, Erfinder: Ted Nelson.
- DIN EN ISO 4063:2011-03 Schweißen und verwandte Prozesse - Liste der Prozesse und Ordnungsnummern.
Weblinks
- Bolzenschweißen: Alles was Sie wissen müssen
- Bolzenschweißen Anwendungsbeispiele - HBS Wiki
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Lichtbogenbolzenschweissen Kurzform Bolzenschweissen engl stud welding Ordnungsnummer 78 EN ISO 4063 gehort zu den Lichtbogenpressschweissverfahren Bolzenschweisspistole von Ted Nelson US Patent 2413189 Ziel des Bolzenschweissens ist das dauerhafte Verbinden von bolzenformigen Elementen z B Gewindebolzen Stifte Buchsen Haken Osen mit grosseren Bauteilen z B Karosseriebleche Gehause Heizkorper Geschichtesiehe Geschichte des SchweissensPrinzipBeim Bolzenschweissen wird zwischen einer Stirnflache des Bolzens und dem Werkstuck ein Lichtbogen gezundet beide Teile werden dabei lokal angeschmolzen und anschliessend unter geringem Anpressdruck gefugt Das Lichtbogenbolzenschweissen wird nach der Art der Lichtbogenzundung unterteilt in Bolzenschweissen mit Hubzundung und Bolzenschweissen mit Spitzenzundung Beide Verfahren unterscheiden sich in der Schweissflachengeometrie der Bolzen dem Verfahrensablauf der Geratetechnik und teilweise im Anwendungsgebiet Die sogenannte Blaswirkung kann sich wie bei anderen Lichtbogenschweissverfahren storend bemerkbar machen Die wichtigsten Schweissparameter beim Lichtbogenbolzenschweissen bei der Hubzundung sind Schweissstrom Schweisszeit Hub Lichtbogenlange und Uberstand Eintauchmass Die wichtigsten Schweissparameter beim Lichtbogenbolzenschweissen bei der Spitzenzundung sind Ladespannung Kapazitat Schweisszeit Spalt und Eintauchgeschwindigkeit Schweisszeit VerfahrenUnterscheidung nach Art der Zundung Hubzundungsbolzenschweissen Beim Hubzundungsbolzenschweissen wird der Lichtbogen durch Anheben des Bolzens vom Bauteil unter Stromfluss erzeugt Spitzenzundungsbolzenschweissen Mit Keramikringen geschweisste Bolzen Beim Spitzenzundungsbolzenschweissen weist der Bolzen auf der zu verschweissenden Seite eine definierte und eng tolerierte Zundspitze auf Der Lichtbogen wird an dieser Spitze gezundet Diese Zundspitze schmilzt explosionsartig Knall und verdampft zu einem geringen Teil Die Induktionsspannung die durch das Offnen des Stromkreises entsteht zundet einen Lichtbogen der dann die ganze Bolzenstirnflache erfasst Die starke aber kurze Hitzeentwicklung erbringt ein flachenmassig kleines Schweissbad das aber ausreicht um das Werkstuck mit dem Schweissbolzen dauerhaft zu verbinden Aufgrund der geringen Einbrenntiefe bedingt durch die kurze Schweisszeit ist es moglich Bolzen auf relativ dunne Materialien 1 5 3 mm zu bringen Beim Spaltverfahren wird der Bolzen aus einer bestimmten Hohe Spaltmass auf das Bauteil zubewegt Die Zundung des Lichtbogens erfolgt durch Kontakt der Zundspitze mit dem Bauteil Beim Kontaktverfahren hat der Bolzen bereits zu Beginn der Schweissung Kontakt mit dem Bauteil Sonst ist der Vorgang der gleiche wie beim Spaltverfahren Unterscheidung nach der Art des Schweissbadschutzes Man unterscheidet zwischen dem Bolzenschweissen mit Keramikring mit Schutzgas und ohne Schweissbadschutz Unterscheidung nach der Energiequelle Weiterhin unterscheidet man beim Bolzenschweissen nach der Energiequelle mit Schweissgleichrichter Transformator oder Inverterstromquelle oder mit Kondensatorentladungsbolzenschweissen Unterscheidung nach der Schweisszeit Man nutzt wahlweise die Kurzzeitbolzenschweissung Short Cycle oder die Normalzeit Bolzenschweissung SpezialverfahrenMagnetfeld Bolzenschweissen SRM Das Bolzenschweissen in radialsymmetrischem Magnetfeld SRM Studwelding in Radially Symmetrical Magnetic Field entspricht einer Weiterentwicklung des Bolzenschweissens mit Hubzundung und Schutzgas Der Lichtbogen wird in der Mitte des Bolzens an der Zentrierspitze gezundet Beginnend vom Zentrum wird der Lichtbogen durch ein ausseres Magnetfeld in eine rotatorische Bewegung versetzt Nach thermischer Aktivierung der gesamten planar ausgebildeten Bolzenstirnflache entsteht eine stabilisierte vollflachig uber den Bolzenquerschnitt ausgebildete Lichtbogensaule Beendet wird die Schweissung sobald ausreichend viel Schmelze erzeugt wurde Unter geringem Anpressdruck werden hierbei die Schmelzen von Bolzen und Werkstuck miteinander verbunden Aufgrund der gleichmassigen Anschmelzung des Bolzens und des Grundmaterials durch den magnetisch stabilisierten Lichtbogen werden Schweissungen in einem Verhaltnis von 1 10 Blechdicke Bolzendurchmesser ermoglicht Die Schmelztiefe betragt dabei nur wenige Zehntel Millimeter Negative Einflussfaktoren aufgrund von Blaswirkung durch einseitigen Masseanschluss oder Massehaufung konnen durch das Verfahren wahrend des gesamten Bolzenschweissprozesses kompensiert werden Weitere Vorteile sind eine sehr geringe Warmeeinflusszone in den Grundwerkstoff 60 verringerter Einbrand ins Grundmaterial keine behindernde Schweisswulst und keine Schweissspritzer Bolzenschweissarbeiten in horizontaler oder Uberkopfposition Zwangslagen werden durch das Magnetfeld erleichtert Hulsenschweissen mit magnetisch bewegtem rotierendem Lichtbogen MARC Die Abkurzung MARC steht fur Magnetic Rotating Arc Das Schweissen mit magnetisch bewegtem Lichtbogen erweitert das Einsatzgebiet des Bolzenschweissens Das Verfahren ist im Ablauf dem Hubzundungsbolzenschweissen ahnlich jedoch wird mit einem rotierenden Lichtbogen gearbeitet Der MARC Prozess ist eine ausserst wirtschaftliche Verbindungstechnik Die Vorteile des MBL MBP Schweissens Steuerung des Warmeeintrages fur hulsenformige Bauteile durch einen magnetisch bewegten Lichtbogen werden mit denen des Lichtbogenbolzenschweissens mit Hubzundung einfache und preiswerte Geratetechnik Schweisszeiten im Bereich von Millisekunden liegen kombiniert Die Moglichkeit der Verschiebung der Lichtbogensaule durch ein ausseres Magnetfeld ist die Grundlage des MARC Verfahrens Das Schweissverfahren zeichnet sich durch sehr kurze Schweisszeiten geringe Warmebelastung niedrigen Energiebedarf genaues Endmass und eine hohe Wirtschaftlichkeit aus Die Rotation des Lichtbogens und damit ein konzentrierter und gleichmassiger Energieeintrag uber die Schweissflache wird durch ein separates Magnetfeld im Schweissspalt erzielt Es ermoglicht das verzugsarme und spritzerfreie Verschweissen von Hulsen und Muttern bis zu 30 mm Aussendurchmesser vorzugsweise aus hochlegierten rostfreien Stahlen mit ebener Anschweissflache bis 5 mm Werkstuckdicke Es sind gas und druckdichte Schweissungen auf gelochten und ungelochten Bauteilen moglich Andere Moglichkeiten zum Verschweissen von BolzenWiderstandsbolzenschweissen Reibbolzenschweissen KaltpressbolzenschweissenNormenDie wichtigsten Standards zum Bolzenschweissen sind DIN EN ISO 14555 Lichtbogenbolzenschweissen von metallischen Werkstoffen DIN EN ISO 13918 Bolzen und Keramikringe zum Lichtbogenbolzenschweissen Merkblatt DVS 0901 Lichtbogenbolzenschweissen Merkblatt DVS 0902 Lichtbogenbolzenschweissen mit Hubzundung Merkblatt DVS 0903 Lichtbogenbolzenschweissen mit Spitzenzundung Merkblatt DVS 0904 Lichtbogenbolzenschweissen Hinweise fur die Praxis Merkblatt DVS 0967 Berechnung von Bolzenschweissverbindungen R Trillmich W Welz Bolzenschweissen Grundlagen und Anwendung DVS Fachbuchreihe Schweisstechnik Band 133 DVS Media GmbH Dusseldorf 2014EinzelnachweisePatent US2413189 Stud welding machine Veroffentlicht am 1946 Erfinder Ted Nelson DIN EN ISO 4063 2011 03 Schweissen und verwandte Prozesse Liste der Prozesse und Ordnungsnummern WeblinksBolzenschweissen Alles was Sie wissen mussen Bolzenschweissen Anwendungsbeispiele HBS Wiki