Abschnitt 3.1 - 3 Widerstandsschweißen
3.1 Prinzip
3.1.1
Allgemeines
Beim Widerstandsschweißen wird durch den Anpressdruck sowie die Wärmewirkung des elektrischen Stromes im Werkstück eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Metallteilen hergestellt. Dazu sind in der Regel Schweißströme von mehreren Kiloampere erforderlich. Die häufigsten Widerstandsschweißverfahren sind Punktschweißen, Buckelschweißen, Rollennahtschweißen und Abbrennstumpfschweißen. Zur Erzielung optimaler Schweißverbindungen müssen die Parameter Schweißstrom, Schweißzeit und Elektrodenkraft aufeinander abgestimmt sein.
3.1.2
Punktschweißen
Beim Punktschweißen werden die aufeinander gepressten Teile nach ausreichender Erwärmung der Fügestelle punktförmig verbunden. Die Verbindung entsteht durch Schmelzen und Erstarren des Werkstoffs an der Fügestelle. In den durch die Elektrodenkraft zusammengepressten Teilen erfolgt die elektrische Widerstandserwärmung (Joulesches Gesetz Q = I2 · R · t). Schweißstrom und Elektrodenkraft werden durch stiftförmige Elektroden, mit meist ballig geformten Elektrodenarbeitsflächen, übertragen. Die üblicherweise benötigten Schweißströme liegen im Bereich von 6 bis 40 kA.
3.1.3
Buckelschweißen
Das Buckelschweißen ist ein Pressschweißverfahren, bei dem elektrischer Strom und Kraft den zu verbindenden Werkstücken durch meist ebene, großflächige Elektroden zugeführt wird. Die Buckelform (gefertigte oder natürliche Buckel) bewirkt die Stromkonzentration an der Fügestelle. Die Buckel werden durch die Elektrodenkraft und die Erwärmung infolge des Stromflusses während des Schweißens zurückverformt. Dabei entstehen an den Schweißstellen nicht lösbare punkt- oder linienförmige Verbindungen.
Der Vorteil des Buckelschweißens ist die Möglichkeit mehrere Schweißverbindungen mit einem Stromimpuls gleichzeitig herzustellen. Es erfordert in der Regel deutlich höhere Schweißströme (bis ca. 120 kA) und Elektrodenkräfte.
3.1.4
Rollennahtschweißen
Das Rollennahtschweißen ist vom Punktschweißen abgeleitet. Jedoch werden anstelle von stiftförmigen Elektroden Rollen als Elektroden verwendet. Das Rollenpaar berührt ebenso wie Punktelektroden das Werkstück nur auf einer kleinen Fläche, was für eine hohe Stromdichte im Schweißbereich sorgt, so dass der Strom durch einen beschränkten Querschnitt des Werkstückes von Rolle zu Rolle fließt und einen Schweißpunkt erzeugt. Die Rollen drehen sich entsprechend der Weiterbewegung des Werkstücks und brauchen daher nicht abgehoben zu werden. Durch das aufeinander abgestimmte Verhältnis von Strom-, Pausenzeit und Rollen-, bzw. Schweißgeschwindigkeit lassen sich Heft-, Fest- und Dichtnähte erzeugen. Die erforderlichen Schweißströme und Elektrodenkräfte sind mit den Parametern einer entsprechenden Punktschweißung vergleichbar.
3.1.5
Abbrennstumpfschweißen
Das Abbrennstumpfschweißen ermöglicht die Herstellung von Vollanschlüssen massiver Querschnitte mittels Widerstandserwärmung. Die zu verschweißenden Teile werden fluchtend zu ihren Längsachsen in die Schweißmaschine eingespannt, so dass sich die Stirnflächen gegenüber liegen. Abhängig vom Querschnitt der Teile werden diese dann alternierend bei eingeschalteter Schweißspannung in Kontakt gebracht. Diesen Vorgang nennt man "Reversieren". Der während der Kontaktzeit fließende Strom erzeugt die für den nachfolgenden Abbrennvorgang notwendige Wärme im Fügespalt. Nach dem Vorwärmen folgt die Abbrennphase. Hierbei werden die Teile mit definierter Geschwindigkeit aufeinander zu bewegt. Der punktuell fließende Schweißstrom erzeugt so genannte Lockerkontakte mit hohen Stromdichten. Die in diesem Bereich stark überhitzte Schmelze wird explosionsartig aus dem Fügespalt heraus geschleudert und sorgt so für eine Reinigung der Fügeflächen. Nach dem Abbrennen folgt der Stauchvorgang, bei dem die Teile mit großer Kraft und Geschwindigkeit verschweißt werden.