FT1_07

Haupteinsatzgebiet: Automobilindustrie (Karosseriebau), Elektroindustrie, Haushaltswaren („Weiße Ware“)

Werkstoffe: Eisen, Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold, Titan (und deren Legierungen) 

Erwärmung (thermisches Leistung/Stromwärme) infolge des Joulschen Gesetz

\(Q = I^2RT\)

elektrische Leitfähigkeit (elektrischer Widerstand), Wärmeleitfähigkeit

R_K: Kontaktwiderstand

R_S: Stoffwiderstand

der Kontaktwiderstand in der Blech-Blech Fügeebene ist maximal 

Wärmeverluste an

Elektrode

Strahlung

Leitung

guckst du...

guckst du...

guckst du...

• mechanischer Verschleiß (z.B. durch Schieben/Verformung der Elektrodenkappen)

• Verschleiß durch Anlegierung

• Verschleiß durch thermische Belastung der Elektrodenkappen (z.B. unzureichende Kühlung → Erweichen den Kappen) 

• -  die Oxidschicht beeinflusst die Leitfähigkeit und damit die Kontaktwiderstände

• -  die Oxidschicht wird mechanisch oder chemisch entfernt

• -  die Schichtdicke der neu entstehenden Oxidschicht ist abschätzbar → reproduzierbarere Schweißungen möglich 

Während der Stromzeit schmilzt der der Buckel auf. Der Nachsetzweg wird durch die Buckelhöhe bestimmt. Nach dem Schweißprozess liegen die Bleche ggf. plan aufeinander. Während des Einsinkens des Buckels muss die Elektrodenkraft konstant bleiben. Ist dies nicht der Fall kommt es zu Spritzern. 

• -  Stark unterschiedliche Schmelzpunkte

• -  Stark unterschiedliche Elektrische- und Wärmeleitfähigkeit

• -  Bildung intermetallischer Phasen (AlxFey) 

• -  Kleben (meistens nur in Kombination mit anderen Verfahren)

• -  Schrauben, Clinchen, Stanznieten und Blindnieten

  (mechanische Fügeverfahren) 

\(F_{zul} = F_P = {F_{stat} \over nQV}\)

\(F_{zul} = {F_{smin} \over S_B}\)

\(S_B = {S_F \over c}\)

Fstat: zu übertragende statische Kraft für die Schweißkonstruktion (aus Berechnungen der Konstruktion)

Fp: zu ertragende Scherzugkraft je Schweißpunkt

n: Anzahl der Punkte der Schweißverbindung

Q: Qualitätsfaktor, der die Qualität der Herstellung und den Umfang der Überwachung nach dem heutigen Stand der Technik berücksichtigt

V: Verfahrensfaktor

Fzul: zulässigen Scherzugkraft je Schweißpunkt

FSmin: Mindeststreckkraft (experimentell ermittelt aus Scherzugversuchen) 

S_B: Sicherheitsfaktor gegen Bruch
Die Sicherheit gegen Bruch S_B kann mithilfe des Sicherheitsfaktors gegen Fließen S_F ermittelt werden:

c : Streckkraftverhältnis (aus Tabellen/Versuchen entnehmen) 

- Punktschweißen 

- Rollennahtschweißen

- Buckelschweißen 

Werkstücke überlappt

stiftförmige Elektroden

linsenförmige Verbindung 

Werkstücke meist überlappt

rollenförmige, angetriebene Elektroden,

Punktreihen (Dichtnähte, Rollpunkte) 

Werkstückerhebungen (Stromkonzentration)

Werkstück überlappt

großflächige Elektroden

mehrere Verbindungen in einem Arbeitsgang

linsenförmige Verbindung

Das Bild zeigt die Größenordnung der verschiedenen beim Punktschweißen vorliegenden Widerstände bei wirkender Elektrodenkraft, jedoch ohne Schweißstrom. Die Bildung der Schweißlinse muss somit in der Fügeebene durch den dort vorliegenden großen Kontaktwiderstand beginnen. 

Den zeitlichen Verlauf des Widerstandes zeigt das Bild links. Der Kontaktwiderstand setzt sich zusammen aus den Übergangswiderständen Elektrode-Blech und Blech- Blech. Die Höhe dieser Widerstände ist dabei stark abhängig von der aufgebrachten Elektrodenkraft. Je höher diese eingestellt ist umso größer sind die leitenden Querschnitte an den Kontaktstellen, und umso kleiner sind die Widerstände. Die sich zu Beginn der Schweißung rasch vergrößernden Kontaktflächen bewirken einen schnellen Abfall der Übergangswiderstände. Mit der Bildung der Schweißlinse verschwindet der Übergangswiderstand zwischen den Blechen. Der Stoffwiderstand steigt im Verlauf der Schweißung von einem niedrigen Wert bei Umgebungstemperatur auf den Maximalwert oberhalb der Schmelztemperatur an. 

- Verlustwärmemenge in die Elektroden

- Verlustwärmemenge durch Ableitung in die Bleche

- Verlustwärmemenge durch Wärmestrahlung 

Das Bild links zeigt direkt gekühlte Elektroden für das Widerstandspunktschweißen. Kühlmedium ist in der Regel Wasser. Das Kühlwasser wird bis an den Grund der Elektrode durch Kühlröhrchen zugeführt. In dem nebenstehenden Diagramm ist die Temperaturverteilung in den Elektroden und den Blechen dargestellt. Die Maximaltemperatur wird dabei in der Mitte der Schweißlinse erreicht und nimmt in Richtung der Elektroden sehr stark ab. 

Ablauf einer Widerstandspunktschweißung:

1->2 Absenken der Oberelektrode

2->3 Aufbringen der eingestellten Elektrodenkraft.

Ablauf der eingestellten Vorhaltezeit tv.

3->4 Hinzuschalten des eingestellten Schweiß stromes für die Dauer der Schweißzeit ts.

Bildung einer Schweißlinse in der Fügeebene der beiden Werkstücke. Beispielhaft ist ein Querschliff einer Schweißlinse nach Ablauf der Schweißzeit abgebildet.

4 -> 5 Aufrechterhalten der Elektrodenkraft für die Dauer der eingestellten
Nachhaltezeit tN.

5 -> 6 Abschalten des Krafterzeugungssystems und Abheben der Elektroden vom Werkstück 

Zusammenpressen der Werkstücke
Aufbau der eingestellten Elektrodenkraft
Schaffung von reproduzierbaren Übergangswiderständen vor dem Schweißen
Elektrodenberuhigung nach Aufsetzprellen
Verhindern des Aufsetzens der Elektroden auf die Werkstücke unter elektrischer Spannung 

Festhaltezeit der Werkstücke während des Abkühlvorgangs der Schmelze

Verhinderung von Porenbildung in der Schweißlinse

Vermeidung des Öffnens der Elektroden unter elektrischer Spannung

Die Nachhaltezeit hat in gewissen Grenzen Einfluss auf die Aufhärtung des Schweißpunktes. 

guckst du...

- Wechselstrom

- konventioneller Gleichstrom

- Mittelfrequenz-Gleichstrom

- Kondensator - Impulsstrom

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