05 Pressschweißen/Widerstands(press)schweißen Flashcards
Definition Widerstandserwärmung + Arten der Widerstandserwärmung
Umwandlung von elektrischer Energie in ohmschen Widerständen in Wärmeenergie (joulsche Wärme, joulsches Gesetz)
- Ohmsches Gesetz: U = R*I
Arten der Widerstandserwärmung
- Indirekte Widerstandserwärmung
- Direkte Widerstandswerwärmung
Indirekte Widerstandswerwärmung
Strom durchfließt Heizleiter, die fast immer in einen Isolierstoff, der die Wärme aufnimmt und weitergibt, eingebettet sind (Bügeleisen, elektrische Speicheröfen)
Direkte Widerstandserwärmung
Das zu erwärmende Material wird unmittelbar vom elektrischen Strom durchflossen, muss also elektrisch leitend sein (z.B. zum Glühen und Entspannen von Profilmaterial oder zum Widerstandsschweißen)
Unterschied Widerstandsschweißen zu Schmelzschweißen
Bei Widerstandsschweißprozessen werden die Fügepartner zudem zusammengepresst
Widerstandspunktschweißen - Verfahrensprinzip
- Verfahren, mit dem zwei dünne Bleche mittels eines Schweißpunktes, der aus aufgeschmolzenem und erstarrtem Material beider Belche entsteht, verschweißt werden
- Zwei gekühlte ballige Elektroden drücken auf die Bleche -> es entsteht ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen den Blechen
- Aufgrund der Form der Elektroden liegt der Bereich höchster Flächenpressung zwischen den beiden Blechen in der Achse der Elektroden
-> In diesem Bereich ist der Kontaktwiderstand zwischen den Blechen am kleinsten
-> Schweißstrom fließt bevorzugt an dieser Stelle durch die Bleche
-> Späterer Strompfad wird durch den Elektrodendruck definiert
-> Elektrischer Widerstand zu den Elektroden im Vergleich zu Lichtbogenschweißungen gering -> Notwendige Spannungen liegen im Bereich weniger Volt
-> Um dennoch ausreichende Leistungen umsetzen zu können, liegen die Schweißströme im Bereich mehrerer kA
Widerstandsschweißung - Vorteile (3)
- Schnelle Taktzeit (2-3s)
- Robustes Verfahren
- Kein Vorloch nötig
Widerstandsschweißung - Nachteile (4)
- Thermischer Einfluss auf das Werkstück
- Nicht lösbar
- 2-seitiger Zugang zur Fügestelle notwendig
- Mischbau ist nicht/nur sehr bedingt möglich
Widerstandsbuckelschweißen
- Variante des Punktschweißens, die gerne für etwas dickere Bleche genutzt wird
- Definition des Strompfades über den Elektrodendruck aufgrund der höheren Steifigkeit nur schwierig zu realisieren
- Definition des Strompfades geschieht stattdessen über die Geometrie der Einzelteile
Schweißbuckel
Punktförmige Erhöhungen auf einem der Bleche
- Definieren den Stromübergangspunkt -> Bildet beim Einschalten des Schweißprozesses die Schweißlinse
- Wird durch die Wärme weich und kollabiert unter Anpresskraft
- Elektroden müssen schnell nachgesetzt werden, um nicht den Kontakt zur Werkstückoberfläche zu verlieren
Widerstandsverhältnisse beim Punktschweißen
- Elektrischer Widerstand entsteht aus der Reihenschaltung von unterschiedlichen Einzelwiderständen entlang des Strompfades
- Stoffwiderstände im Vergleich zu Kontakt- bzw. Übergangswiderständen vergleichsweise klein
- Höhe der Kontakt- bzw. Übergangswiderstände hängt von der Materialpaarung und dem Anpressdruck ab
- Je höher der Anpressdruck, desto niedriger der Kontakt- bzw. Übergangswiderstand
- Materialpaarungen mit Kupfer weisen geringere Kontakt- bzw. Übergangswiderstände als zwischen Blechwerkstoffen selber auf
- Höchster Widerstand im Strompfad liegt zwischen den Blechen
Widerstandsschweißen - Wärme: Grundlagen
- Wärme wird zum Aufwärmen des Materials benötigt -> Q=P*t
- Das dadurch aufgeschmolzene Materialvolumen ist ca. Q
- Aus der elektrischen Leistung berechnet ergibt sich die Wärme zu P mal der Schweißzeit
- Über den Widerstand der Bauteile und den fließenden Strom ausgedrückt ergibt sich Q=I^2 * R * t
- In der Regel sind sowohl der Schweißstrom als auch der Materialwiderstand mit der Zeit veränderliche Größen -> Umgesetzte Wärme ist das Integral über die Schweißzeit
Widerstandsschweißen - Wärmebilanz
- Zugeführte Wärmemenge QZu entsteht durch Widerstanderwärmung in einem stromdurchflossenen Leiter
- Wärmemenge QW trägt zur Bildung der Schweißlinse bei
-> Setzt sich zusammen aus zugeführter Wärmemenge abzüglich Verlustwärme - Verlustwärme entsteht durch Wärmeableitung in die Elektroden und Bleche, sowie Wärmestrahlung
- Der wirkende Widerstand setzt sich aus den Kontaktwiderständen an den beiden Blechen und ihrem Stoffwiderstand zusammen
Widerstandsschweißen - Wärmebilanz: Einflussname auf den Prozess über…
Schweißzeit
Verändert in etwa linear die Wirkleistung und damit die Linsengröße
Schweißstrom
Verändert in etwa quadratisch die Linsengröße
Elektrodenkraft
Verringern der Kraft erhöht Kontaktwiderstand (Erhöht Linsendurchmesser)
Widerstandsschweißen - Einflussname auf den Prozess (Wärme): Grenzen der Einflussname
Nach unten: Klebegrenze
- Entspricht einem Bindefehler
- Der Punkt bindet nicht an, sondern klebt nur
Nach oben: Spritzergrenze
- Linse wird so groß, dass sie die Oberfläche über den seitlichen Einflussbereich des Druckkegels der Elektroden durchbricht
- Folge: Schweißspritzer
Widerstandsverhältnisse über die Schweißzeit
- Widerstände zwischen den Punktschweißelektroden sind schweißzeitabhängig
- Kontaktwiderstände reduzieren sich über die Schweißzeit
-> Unreinheiten auf den Kontaktflächen ebnen sich mit steigender Temperatur ein bzw. brechen mit dem Entstehen einer Schweißlinse komplett zusammen
