Gängige Arten des Widerstandsschweißens

Einführung

Das Widerstandsschweißen ist eines der am häufigsten verwendeten Fügeverfahren in der Industrie. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem elektrischer Strom und Druck zum Verbinden von Metallteilen verwendet werden. Beim Widerstandsschweißen geht das Fügen schnell, und die Ergebnisse sind im Allgemeinen recht zuverlässig. Mit dieser Schweißmethode lassen sich solide und dauerhafte Verbindungen ohne zusätzlichen Zusatzwerkstoff herstellen. Es gibt verschiedene Formen des Widerstandsschweißens. Dazu gehören Punktschweißen, Nahtschweißen, Buckelschweißen, Stumpfschweißen und Abbrennstumpfschweißen. Jedes dieser Verfahren hat seinen eigenen Aufbau und spezifische Anwendungen.

Widerstandsschweißen

Punktschweißen ist ein einfaches, effizientes Verfahren zum Verbinden überlappender Metallteile. Zwei Kupferelektroden drücken fest gegen die Metallteile. Wenn elektrischer Strom fließt, schmilzt die erzeugte Hitze das Metall an einem kleinen, konzentrierten Punkt. Durch die schnelle Abkühlung des Metalls entsteht eine feste Verbindung. Diese Methode wird häufig bei der Herstellung von Automobilen verwendet. Die meisten Autokarosserien werden durch Schweißpunkte in ihren Blechen zusammengehalten. Das Verfahren hat eine kurze Zykluszeit. In vielen Betrieben, die Produkte mit dieser Technik herstellen, werden pro Minute Hunderte von Schweißpunkten gesetzt. Die Hitze wird so gesteuert, dass sie nicht auf die gesamte Struktur einwirkt, um sicherzustellen, dass die Verbindungen den Belastungen standhalten. Auch bei der Herstellung von Haushaltsgeräten wird das Punktschweißen häufig eingesetzt. Aufgrund der Einfachheit des Verfahrens lässt es sich im Wesentlichen leicht automatisieren. In vielen modernen Fabriken sind Roboter im Einsatz, die das Punktschweißen mit gleichmäßiger und wiederholbarer Präzision ausführen.

Nahtschweißen

DasNahtschweißen ähnelt dem Punktschweißen, führt aber zu einer durchgehenden Schweißnaht. Statt einzelner Elektroden werden Rollen oder radförmige Elektroden verwendet. Diese Technik führt zu einer sauberen, ununterbrochenen Rille entlang der Naht der Teile. Es ist besonders geeignet für dichte Verbindungen. Das Nahtschweißen wird in der Industrie eingesetzt, um die Ränder von Flaschen, Lagertanks und Rohren aus Edelstahl abzudichten. Die durchgehende Schweißnaht hinterlässt keinen Hohlraum, der zur Schwachstelle der Verbindung werden könnte. Das Nahtschweißen eignet sich für Teile, bei denen eine gleichmäßige Schweißnaht erwünscht ist. Das Verfahren ist schnell und lässt sich gut in automatische Montagelinien integrieren. Das Nahtschweißen wird seit Jahrzehnten bei der Herstellung von Behältern und Verpackungseinheiten angewandt. Der ununterbrochene Stromfluss sorgt dafür, dass die Schweißnaht sowohl solide als auch optisch ansprechend ist. Auch bei der Herstellung von Teilen für große Wasser- und Gasleitungen kommt das Nahtschweißen zum Einsatz.

Buckelschweißen

Das Prinzip des Buckelschweißens beruht auf der Verwendung kleiner Vorsprünge oder Erhebungen an einem oder beiden zu verbindenden Teilen. Diese erhabenen Bereiche fokussieren den Schweißstrom auf einen kleinen Punkt. Bei diesem Verfahren wird die Wärme nur auf den Vorsprung übertragen, der schnell mit der angrenzenden Oberfläche verschmilzt. Diese Methode ist effizient für das Fügen von kleinen Bauteilen, die mehrere Schweißpunkte haben. Es verringert die Notwendigkeit einer genauen Positionierung, da der Vorsprung selbst als Führung dient. Das Buckelschweißen findet breite Anwendung in der Automobilbranche, wo viele ähnliche Schweißnähte an ein und demselben Teil benötigt werden. Auch in der Elektrogeräteindustrie wird dieses Verfahren für leichte und präzise Verbindungen eingesetzt. Tests zeigen, dass Buckelschweißnähte eine hohe Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Die Qualität des Verfahrens bleibt auch in der Massenproduktion erhalten, so dass bei jeder einzelnen Schweißung weniger Zeit für Anpassungen benötigt wird.

Stumpfschweißen

Das Stumpfschweißen unterscheidet sich von anderen Formen des Widerstandsschweißens. Bei diesem Verfahren werden die Metallteile Kante an Kante angeordnet. Die Verbindung entsteht, wenn sich die Kanten perfekt treffen. Ein elektrischer Strom fließt durch die ausgerichteten Kanten. Der Druck, der zum Verbinden der Teile ausgeübt wird, dient als Widerstandsmittel. Wenn das geschmolzene Metall abkühlt, bildet es eine sehr starke Verbindung entlang der gesamten Kante. Bei der Herstellung von Rohrleitungen, Konstruktionsteilen und anderen Bauteilen findet das Stumpfschweißen breite Anwendung. Die Stärke liegt in der durchgehenden Verbindung, die mit diesem Verfahren hergestellt wird. Es ist keine Überlappung erforderlich, so dass das fertige Produkt eine glatte und gleichmäßige Oberfläche aufweist. Diese Schweißtechnik ist der einzige Ausweg, wenn eine saubere und solide Verbindung erforderlich ist. Viele Schwerlastanwendungen im Baugewerbe und in der Schifffahrt sind auf die Zuverlässigkeit stumpfgeschweißter Verbindungen angewiesen. Das Verfahren hält hohen Belastungen und Vibrationen stand und bewährt sich daher in kritischen Anwendungen.

Abbrennstumpfschweißen

Das Abbrennstumpfschweißen ist ein Verfahren, bei dem Metallteile durch einen plötzlichen Energiestoß miteinander verbunden werden. Bei diesem Verfahren werden die Teile zusammengebracht und ein hoher Strom durch die Verbindung geleitet. Bei diesem Verfahren entsteht an der Kontaktstelle ein Blitz aus geschmolzenem Metall. Der Abbrand reinigt die Metalloberflächen, indem er Verunreinigungen oder Oxide abbrennt. Nach dem Abbrand wird Druck ausgeübt, um die Verbindung zu verfestigen. Das Abbrennstumpfschweißen wird in Industrien eingesetzt, in denen Teile mit großem Querschnitt verbunden werden. Es findet seine Anwendung in der Schienenfertigung zum Verbinden von Schienen oder bei der Herstellung von Stromschienen. Das Verfahren ist automatisch und erfordert keine komplizierten Einstellungen. Es gewährleistet Sauberkeit im Schweißbereich und eine feste Verbindung. Aufgrund der schnellen Zykluszeit und der kontrollierten Erwärmung ist das Abbrennstumpfschweißen energieeffizient und wirtschaftlich. Was Ingenieure an diesem Verfahren besonders schätzen, ist seine Fähigkeit, unterschiedliche Metalle zu verbinden, was es für eine Reihe von Bauteilen sehr vielseitig macht.

Fazit

DasWiderstandsschweißen ist ein sehr wichtiges Verfahren für eine Reihe von Fertigungsindustrien. Bei diesem Verfahren werden elektrischer Strom und Druck kombiniert, um starke und beständige Verbindungen herzustellen. Jedes Verfahren hat seine Vorteile: Punktschweißen, Nahtschweißen, Buckelschweißen, Stumpfschweißen und Abbrennstumpfschweißen. Diese Verfahren haben die moderne Produktionsmethode entscheidend geprägt. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

F: Mit welcher Geschwindigkeit wird das Punktschweißen normalerweise durchgeführt?

F: Bei industriellen Anwendungen können mit Punktschweißen Hunderte von Schweißzyklen pro Minute erreicht werden.

F: Bei welchen Produkten werden Nahtschweißmuster verwendet?

F: Nahtschweißen ist bei Tanks, Rohrleitungen und abgedichteten Behältern aus Edelstahl üblich.

F: Sind abbrennstumpfgeschweißte Verbindungen für schwere Anwendungen zuverlässig?

F: Ja, abbrennstumpfgeschweißte Verbindungen sind stark und haltbar und eignen sich für stark beanspruchte Bauteile.

Referenz:

[1] K.G. Swift, J.D. Booker, Chapter 11 - Joining Processes, Herausgeber: K.G. Swift, J.D. Booker, Manufacturing Process Selection Handbook, Butterworth-Heinemann, 2013, Seiten 291-349, ISBN 9780080993607