Widerstandsschweißen (engl.: resistance welding) ist ein Schweißverfahren auf Basis des Jouleschen Gesetzes
mit
Q ... Wärme [ J ]
I ... Stromstärke [ A ]
R ... Elektrischer Widerstand [ Ohm ]
t ... Schweißzeit [ s ].
Das Widerstandsschweißen umfasst mehrere Schweißmethoden:
- Widerstandspunktschweißen (engl.: resistance spot welding, spot welding)
- Widerstandsbuckelschweißen (engl.: resistance projection welding)
- Widerstandsrollennahtschweißen (engl.: resistance seam welding)
- Kondensator-Impulsschweißen
Widerstandspunktschweißen
Widerstandspunktschweißen (Kurzform: Punktschweißen) findet seine Anwendung größtenteils in der Automobilindustrie bei der Verbindung von Stahlblechen für den Karosseriebau. (Seltener zum Verschweißen von Aluminium oder anderer Leichtmetalle wie z. B. in der Flugzeugindustrie.)
Der große Vorteil dieser Schweißtechnik besteht in der Möglichkeit, innerhalb kürzester Zeit eine sehr hohe Energie in Form von elektrischem Strom auf eine relativ kleine Fläche eines Werkstückes zu konzentrieren, wobei unter Zuführung von hohem Druck, (pneumatisch oder elektromotorisch) eine unlösbare Verbindung entsteht. Ausschlaggebend für die Haltbarkeit und die Größe des Schweißpunktes sind die in der Schweißsteuerung eingegebenen Schweißparameter, die von der Dicke der zu verschweißenden Bleche, deren Anzahl, deren Passung zueinander, sowie von der Oberfläche des Stahlbleches abhängig sind (beschichtet, galvanisiert, verzinkt). Eine ebenso wichtige Rolle spielt die Kühlung der Schweißelektrode, die Temperatur des Kühlwassers und dessen Durchflußmenge.
Auch muß der Verschleiß der Elektrode berücksichtigt werden: Bei zunehmender Anzahl von Schweißungen wird die Elektrode abgenutzt, wodurch sie ihren Querschnitt durch termische und mechanische Einflüsse vergrößert. Dadurch wird die Stromdichte verringert. Dieses Verhalten muß ebenso durch die Steuerung nachgeregelt werden. Gegebenenfalls muß die Elektrodenspitze gefräst werden, um den ursprünglichen Querschnitt zu erhalten. Dies geschieht in der Regel nach circa 300 gesetzten Schweißpunkten, hängt jedoch sehr von der Dicke des zu verschweißenden Materials und dessen Oberfläche ab. Es kann mit Gleichstrom oder Wechselstrom mit Netzfrequenz punktgeschweißt werden. Beim Wechselstromschweißen erfolgt die Stromeinstellung durch Phasenanschnitt über einen Thyristorblock. In jüngerer Zeit setzt sich mehr und mehr die so genannte Mittelfrequenzschweißung durch, deren Strom mit einer Frequenz von 1000 Hertz pulsiert. Der Strom kann dabei bis zu 40 000 Ampère betragen.
Schweißpunkte in der Automobilindustrie unterliegen einer ständigen Qualitätskontrolle. Sie kann zerstörend (tear-down) oder nicht-zerstörend erfolgen (Ultraschallprüfung), wobei letztere die kostengünstigere Alternative darstellt.
Widerstandschweißzangen werden in der Autombilindustrie als Werkzeuge an Industrierobotern eingesetzt, können jedoch als Hängezangen oder Standautomaten ("Steppmaschine") auch manuell von Mitarbeitern bedient werden. Ebenso ist es möglich, großformatige Bleche in Vielpunktschweißstationen bearbeiten zu lassen.
An einer Karosse eines Mittelklassewagens (Beispiel: Ford Focus) werden je nach Typ etwa 3600 bis 3800 Schweißpunkte gesetzt, wobei der Automatisierungsgrad hier bei über 98 % liegt.
Widerstandsbuckelschweißen
Im Gegensatz zum Widerstandspunktschweißen wird bei der Widerstandsbuckelschweißung (Kurzform: Buckelschweißung) die zum Schweißen notwendige Stromdichte nicht durch die Elektroden, sondern durch die Bauteilform generiert. Die Elektroden dienen beim Widerstandsbuckelschweißen nur der Stromzuführung und der Krafteinbringung. Der prinzipielle Aufbau von Buckelschweißmaschinen entspricht dem von Widerstandspunktschweißgeräten. Varianten des Widerstandsbuckelschweißens sind unter anderem die Kreuzdrahtschweißung, bei der Drahtgeflechte zusammengeschweißt werden und die Ringkantenschweißung.
Literatur
- N.N.: Taschenbuch DVS-Merkblätter und -Richtlinien, Widerstandsschweißtechnik, DVS-Verlag, Düsseldorf 2002, ISBN 3871552011