Wenn Sie neu im Widerstandsschweißen sind oder ein klareres Verständnis davon suchen, sollten Sie diesen Artikel auf jeden Fall sorgfältig lesen. Dieser Artikel entführt Sie tief in die Welt des Widerstandsschweißens. Egal, ob Sie Anfänger sind oder Ihr Wissen erweitern möchten, dieser Artikel liefert Ihnen wertvolle Erkenntnisse.
Was ist Widerstandsschweißen?
Widerstandsschweißen ist ein schnelles und wirtschaftliches Metallverbindungsverfahren. Diese Schweißtechnik eignet sich für Überlappungsverbindungen, Stoßverbindungen oder Verbindungen, die keine Luftdichtheit erfordern, mit Dicken von weniger als 6 mm für dünne Blechstrukturen. Natürlich können damit auch dickere und größere Metallwerkstücke geschweißt werden, die Gesamtleistung ist jedoch möglicherweise nicht so gut wie bei bestimmten anderen Schweißmethoden.
Definition und Grundlagen
Widerstandsschweißenist ein Verfahren, bei dem die zu verbindenden Werkstücke zwischen zwei Elektroden gelegt werden. Durch den Stromfluss durch die Werkstücke und die Kontaktpunkte kommt es zu einer Widerstandserwärmung, die an der Verbindungsstelle der Werkstücke Wärme erzeugt. Diese lokale Erwärmung führt dazu, dass der Bereich schmilzt oder biegsam wird, während der Druck der beiden Elektroden das Metall miteinander verbindet.
Wenn Strom durch einen Leiter fließt, erzeugt er aufgrund des Widerstands Wärme. Je höher der Widerstand bei konstantem Strom ist, desto mehr Wärme entsteht. An der Kontaktstelle von Metallen ist der Widerstand viel größer als im Metall selbst. Wenn daher ein großer Strom durch den Kontakt zwischen Metall und Elektrode fließt, erwärmt sich das Metall aufgrund der enormen Hitze schnell. An diesem Punkt wird das Metall sehr duktil und durch den ausgeübten Druck verbinden sich die beiden Metallstücke sicher miteinander.
Funktionsprinzip des Widerstandsschweißens
Das Prinzip des Widerstandspunktschweißens und die Ausbildung von Verbindungen sind in Abbildung 1-1 dargestellt. Metall A und Metall B werden zwischen zwei Elektroden platziert und Druck auf die Elektroden ausgeübt. Durch den Transformator des Widerstandsschweißgeräts wird ein starker Strom zwischen den beiden Elektroden geleitet. Die Kontaktflächen der Werkstücke bilden einen physikalischen Kontaktpunkt, der sich durch die Erwärmung durch den Strom allmählich ausdehnt. Durch plastische Verformung und Hitze werden die Atome an der Kontaktstelle kontinuierlich aktiviert, was zur Bildung eines geschmolzenen Kerns führt. Der geschmolzene Kern wächst in Form von säulenförmigen Kristallen und drückt die Komponenten mit höherer Legierungskonzentration aufeinander zu. Wenn sich die Elektroden des Schweißgeräts von der Metalloberfläche entfernen und das Metall abkühlt, werden die Werkstücke miteinander verschweißt, wodurch eine starke Metallbindung entsteht. Die Verbindungsfläche verschwindet und es bleibt der Schweißklumpen zurück.
1-1
Faktoren, die das Widerstandsschweißen beeinflussen
Widerstandsschweißenist ein Schweißverfahren, bei dem elektrischer Strom zur Erzeugung von Wärme zum Verbinden von Metallbauteilen verwendet wird. Wie bereits erwähnt, beruht das Prinzip des Widerstandsschweißens hauptsächlich auf dem Jouleschen Erwärmungsgesetz, bei dem die Erzeugung der Schweißwärme hauptsächlich durch Parameter wie Strom, Widerstand und Schweißzeit bestimmt wird. Es kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
Q = I²Rt
Bedeutung der einzelnen Schweißparameter:
Q – Wärme (J)
I – Schweißstrom (A)
R – Widerstand (Ω)
t – Schweißzeit (s)
Schweißstrom
Der Strom hat einen erheblichen Einfluss auf die beim Schweißen entstehende Wärme, wie aus der Formel hervorgeht. Der Quadratwert des Stroms beeinflusst die Wärme, d. h. je höher der Strom, desto schneller nimmt die Wärme zu. Daher ist es bei der Anpassung der Schweißparameter vor dem Schweißen von entscheidender Bedeutung, den richtigen Strom einzustellen. Bei zu geringem Schweißstrom schmilzt die Schweißnaht nicht und es bildet sich kein Schmelzkern. Wenn der Strom zu groß ist, wächst der Schmelzkern schnell, was zu übermäßiger Spritzerbildung beim Schweißen und zur Beschädigung der Elektroden führt.
Schweißstrom wird hauptsächlich in Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) unterteilt, wie im Diagramm unten dargestellt. DerPunktschweißmaschinenDie von uns eingesetzten Geräte sind außerdem in Gleichstrom-Punktschweißmaschinen und Wechselstrom-Punktschweißmaschinen unterteilt. Gleichstrom-Punktschweißmaschinen verwenden eine dreiphasige Stromversorgung, die eine ausgewogene Stromverteilung gewährleistet, und können Schweißfrequenzen von über 1000 Hz erreichen, was zu einer hohen Schweißgenauigkeit führt. Sie haben außerdem den Vorteil, dass sie nur wenig Strom aus dem Stromnetz verbrauchen, was diese energiesparenden Schweißgeräte bei Herstellern in der verarbeitenden Industrie immer beliebter macht. Wechselstrom-Punktschweißgeräte haben einen einphasigen 50-Hz-Ausgang, eine hohe Dauerbelastbarkeit und hohe Anforderungen an das Stromnetz. Darüber hinaus haben sie eine geringe Schweißleistung, was längere Schweißzeiten erfordert.
Kontaktwiderstand
Aus der Formel lässt sich leicht erkennen, dass der Widerstand direkt proportional zur erzeugten Wärme ist. Je höher der Widerstand, desto größer ist die beim Schweißen entstehende Wärme. Der Widerstand verteilt sich auf verschiedene Teile der Elektrode und des Werkstücks. Beim Schweißen entsteht an der Kontaktstelle des Werkstücks der höchste Widerstand und dadurch die höchste Wärmeentwicklung. Als nächstes kommt der Widerstand an der Kontaktstelle zwischen Werkstück und Elektrode. Da die Elektrode jedoch wassergekühlt ist und schnell abkühlt, sinkt die Temperatur schnell. Andererseits verschwindet der Kontaktwiderstand zwischen den Werkstücken zwar, führt aber zu einer schlechten Wärmeableitung, was zu hohen Temperaturen führt. Daher kann nur ein kleiner Bereich zwischen den Werkstücken die erforderliche Temperatur erreichen, um einen Schmelzkern zu bilden und miteinander zu verschweißen.
Zusätzlich beeinflussen Temperatur und Elektrodendruck den Widerstand. Mit steigender Temperatur nimmt die Streckgrenze des Metalls ab, wodurch sich die Kontaktfläche zwischen den Werkstücken sowie zwischen Werkstück und Elektrode vergrößert, was zu einem geringeren Widerstand führt. Durch den zunehmenden Elektrodendruck wird die Werkstückoberfläche glatter, die Kontaktfläche vergrößert und der Widerstand verringert. Infolgedessen kommt es beim Schweißen typischer Materialien zu einem Phänomen, bei dem der Widerstand kurz nach dem Einschalten ansteigt, und wenn der Strom abgeschaltet wird und sich der Schmelzkern bildet, beginnt der Widerstand abzunehmen.
Schweißzeit
Je länger die Schweißzeit ist, desto höher ist die erzeugte Wärme. In dieser Formel können sich Strom und Zeit ergänzen. Wenn Sie eine starke Schweißnaht wünschen, können Sie für kurze Zeit einen hohen Strom einstellen, um schnell Wärme zu erzeugen und einen Schmelzkern zu bilden, um die Schweißung abzuschließen. Alternativ können Sie einen niedrigen Strom über einen längeren Zeitraum einstellen, dieser Ansatz hat jedoch seine Grenzen. Wird die Zeit zu lang eingestellt, kann es zu übermäßiger Spritzerbildung und zum Festkleben der Elektrode kommen. Ob aktuell oder zeitlich, es gibt Einschränkungen. Bei der Einstellung der Parameter müssen Sie das Material und die Dicke des Werkstücks sowie die Leistung der Schweißmaschine berücksichtigen.
Materialeigenschaften
Das Material des Werkstücks beeinflusst maßgeblich seinen spezifischen Widerstand, der eine wichtige Rolle bei der Schweißwärmeerzeugung spielt. Beim Schweißen von Edelstahl, der einen hohen spezifischen Widerstand und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist es einfacher, Wärme zu erzeugen, aber schwieriger abzuleiten, sodass geringere Ströme erforderlich sind. Beim Schweißen von Aluminiumlegierungen mit niedrigem spezifischem Widerstand und guter Wärmeleitfähigkeit ist es schwieriger, Wärme zu erzeugen, aber leichter abzuleiten, sodass größere Ströme erforderlich sind. Metalle wie Silber und Kupfer haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen geringen spezifischen Widerstand, sodass sie selbst bei hohen Strömen nicht viel Wärme erzeugen, diese aber ableiten können. Daher sind diese Metalle nicht zum Widerstandsschweißen geeignet, können aber als Elektrodenmaterialien verwendet werden.
Elektrodendesign und Geometrie
Auch Form und Material der Elektrode beeinflussen die Wärmeentwicklung. Die Kontaktfläche zwischen Elektrode und Werkstück beeinflusst die Stromdichte. Häufiger Einsatz von Elektroden kann zu Verschleiß und Verformung führen, wodurch die Kontaktfläche vergrößert und die Schweißfestigkeit verringert wird. Daher müssen wir die Elektrodenspitzen umgehend reparieren und ersetzen. Die Wärmeleitfähigkeit und der Widerstand der Elektrode beeinflussen die Wärmeübertragung. Daher sollten wir Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit und geringem Widerstand wählen.
Oberflächenvorbereitung
Auch Form und Material der Elektroden beeinflussen die Wärmeentwicklung. Die Kontaktfläche zwischen Elektrode und Werkstück beeinflusst die Stromdichte. Wenn unsere Elektroden häufig verwendet werden und verschleißen, vergrößert sich die Kontaktfläche, was zu einer verringerten Schweißfestigkeit führt. Daher müssen wir Elektrodenspitzen umgehend reparieren und ersetzen. Die Wärmeleitfähigkeit und der spezifische Widerstand der Elektroden beeinflussen die Wärmeübertragung. Daher sollten wir Materialien mit guter Wärmeleitfähigkeit und niedrigem spezifischem Widerstand wählen.
Arten von ResiHaltung Schweißen
Aufgrund unterschiedlicher Produktspezifikationen und Anforderungen an das Schweißen werden zur Erfüllung der Aufgabe unterschiedliche Widerstandsschweißverfahren eingesetzt. Das Widerstandsschweißen kann je nach Schweißverfahren in Punktschweißen, Buckelschweißen, Nahtschweißen und Stumpfschweißen unterteilt werden.
Punktschweißen
Punktschweißenist ein Schweißverfahren, bei dem Metall durch obere und untere Elektroden zusammengepresst und durch Stromdurchfluss verschweißt wird. Es handelt sich um eine traditionelle Form des Widerstandsschweißens, die einfach zu bedienen ist und von den Arbeitern relativ geringe Fähigkeiten erfordert. Aufgrund seines einzigartigen Schweißverfahrens ist das Punktschweißen die erste Wahl zum Schweißen von Metallkomponenten in der Luft- und Raumfahrttechnik und wird häufig beim Schweißen von Automobilkarosserien und anderen Komponenten eingesetzt. Es wird typischerweise zum Schweißen dünner Bleche aus kohlenstoffarmem Stahl, Aluminium, Edelstahl, verzinktem Stahl und anderen dünnen Blechen mit einer Dicke von typischerweise etwa 3 Millimetern verwendet.
Nahtverschweißung
NahtverschweißungIn der Regel werden die Kanten zweier Metallkomponenten verbunden. Die beiden Metallwerkstücke werden zwischen zwei Rollenelektroden platziert. Während eine Elektrode rollt und Druck ausübt, kommt es zu einer kontinuierlichen oder intermittierenden Entladung. Die an der Walzstelle der Elektrode entstehende Hitze schmilzt die Werkstücke auf und verbindet sie zu einer durchgehenden Schweißnaht. Dieses Verfahren wird häufig zum Schweißen von Metallteilen verwendet, die dichte Verbindungen erfordern. Da der Schweißbereich relativ lang ist, verwenden wir zur Positionierung vor dem Nahtschweißen in der Regel Punktschweißen, um Fehlausrichtungen zu vermeiden.
Buckelschweißen
Buckelschweißenist eine Variante des Punktschweißens, bei der die Bildung des Schweißpunkts dem Punktschweißen ähnelt, das Buckelschweißen jedoch typischerweise für Werkstücke mit erhabenen Spitzen verwendet wird. Das Vorhandensein dieser erhabenen Punkte begrenzt den Bereich, durch den der Strom fließt, und erhöht die Stromdichte im Schweißbereich. Diese konzentrierte Erwärmung erleichtert die Verbindung der Verbindung. Dieses Schweißverfahren wird Buckelschweißen genannt. Durch das Buckelschweißen können ein oder mehrere Schmelzkerne gleichzeitig an der Verbindungsstelle gebildet werden. Beim Schweißen ist der Strombedarf beim Buckelschweißen am gleichen Schweißpunkt geringer als beim Punktschweißen. Bevor jedoch jeder Vorsprung zerstört wird, muss der Strom den Vorsprung zum Schmelzen bringen; Andernfalls kann es zu erheblichen Spritzern kommen. Das Buckelschweißen kann zum Schweißen von Muttern, Bolzen oder Platten mit erhabenen Spitzen eingesetzt werden und wird häufig bei der Herstellung von Elektronik- und Automobilkomponenten eingesetzt.
Stumpfschweißen
StumpfschweißenDabei werden die Endflächen zweier Metallwerkstücke ausgerichtet, zwischen Elektroden platziert, die beiden Werkstücke sicher befestigt und mit hohem Strom Wärme erzeugt, die Kontaktfläche der Werkstücke geschmolzen und miteinander verbunden. Das Stumpfschweißen wird weiter unterteilt in das Abbrennstumpfschweißen und das Widerstandsstumpfschweißen.
Beim Abbrennstumpfschweißen handelt es sich um einen Schnellschweißprozess, bei dem die Werkstücke mit hohem Strom schnell geschmolzen werden und dabei Druck ausgeübt wird, um eine feste Phasenverbindung herzustellen. Es wird üblicherweise zum Schweißen großer Querschnittsflächen von Metallstangen, Blechen und Rohren verwendet, wobei die maximale Fläche 20.000 mm² und mehr erreicht. Beim Entladungsschweißen entstehen an der Kontaktstelle Funken, daher der Name Abbrennstumpfschweißen. Es kann Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Aluminiumlegierungen schweißen und kann auch unterschiedliche Metalle wie Kupfer und Aluminium schweißen.
Beim Widerstandsstumpfschweißen werden die Werkstückverbindungen bei hohen Temperaturen durch Widerstandswärme in einen plastischen Zustand gebracht und der Schweißvorgang mit Schmiedekraft abgeschlossen. Es eignet sich zum Schweißen von Verbindungen mit Querschnittsflächen von weniger als 250 mm² und wird häufig zum Schweißen von Metalldrähten, -stäben und -bändern mit kleinem Querschnitt verwendet.
Bedeutung in der Fertigung
- Beim Widerstandsschweißen muss während des Schweißvorgangs kein Metall hinzugefügt werden, was zu einer hohen Schweißeffizienz und minimaler Umweltverschmutzung führt.
- Aufgrund seiner Konsistenz und Stabilität lässt sich das Widerstandsschweißen leicht automatisieren und lässt sich nahtlos in die Automatisierung integrieren, um die Produktionseffizienz weiter zu steigern und Arbeitskräfte einzusparen.
- Im Vergleich zu anderen Schweißverfahren ist Widerstandsschweißen kostengünstig. Erstens sind die Ausrüstungskosten für das Widerstandsschweißen relativ niedrig, und zweitens fällt beim Widerstandsschweißen nur minimaler Materialabfall an. Dies reduziert die Produktionskosten für Hersteller in der produzierenden Industrie erheblich.
- Widerstandsschweißen wird in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt und ist insbesondere in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilherstellung und anderen unverzichtbar.
- Das Widerstandsschweißen eignet sich zum Schweißen verschiedener Arten von Metallen in der Fertigungsindustrie, darunter Edelstahl, Kohlenstoffstahl, Aluminium, Kupfer und mehr, und ist daher vielseitig einsetzbar.
Anwendungen
Widerstandsschweißen ist weit verbreitet, vor allem in Branchen wie der Automobilzulieferindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Elektronikindustrie und der Schwerindustrie. Da die Nachfrage nach geschweißten Metallkomponenten in verschiedenen Branchen weiter wächst, wurden höhere Standards für die Schweißtechnologie festgelegt, was den Fortschritt und die Entwicklung des Widerstandsschweißens vorantreibt.
Anwendungen in der Automobilindustrie
Im Automobilbau, wo Sicherheit und Stabilität an erster Stelle stehen, ist Widerstandsschweißen ein häufig verwendetes Schweißverfahren. Es wird häufig zum Verbinden verschiedener Metallkomponenten in Autokarosserien wie Dächern, Türen, Blechen und Metallmuttern eingesetzt. Widerstandsschweißen bietet eine hohe Effizienz, eine stabile Schweißqualität und lässt sich leicht automatisieren, was es zu einem unverzichtbaren Prozess in der Automobilindustrie macht.
Anwendungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie
Widerstandsschweißen wird häufig zum Verbinden von Metallkomponenten in Flugzeugen und Raketen eingesetzt, beispielsweise zum Verbinden von Flugzeugflügeln und -rümpfen sowie verschiedenen kleinen Metallteilen. Diese Komponenten müssen eine hohe Festigkeit und Haltbarkeit aufweisen und hohe Anforderungen an die Qualität der Verbindungen stellen, wo sich das Widerstandsschweißen auszeichnet. Widerstandsschweißen spielt in der Luft- und Raumfahrtindustrie eine entscheidende Rolle, und Fortschritte in diesem Bereich werden auch durch den Luft- und Raumfahrtsektor ermöglicht.
Anwendungen in der Elektronikindustrie
Widerstandsschweißen wird häufig für elektronische Komponenten und bestimmte Metallteile in elektronischen Geräten verwendet. Es bietet eine hohe Schweißpräzision und eignet sich zum Verbinden von Miniaturbauteilen wie elektronischen Chips und Drähten. In der sich schnell entwickelnden Ära elektronischer Geräte beschleunigt das Widerstandsschweißen die Montage elektronischer Komponenten und treibt den Fortschritt der Industrie voran.
Anwendungen in der Schwerindustrie
Widerstandsschweißen wird häufig zum Schweißen großer Metallkomponenten in Brücken und Gebäuden eingesetzt, beispielsweise für Brückenunterflansche und Stahlverstärkungen. Es wird auch bei der Herstellung großer Maschinen zum Verbinden von Metallteilen eingesetzt. Mit seiner effizienten und stabilen Schweißtechnologie hat sich das Widerstandsschweißen zu einem wichtigen Verarbeitungsverfahren in der Schwerindustrie entwickelt. Es gewährleistet die Sicherheit schwerer Geräte und Bauwerke.
Ausrüstung und Komponenten
Schweißmaschinen
Widerstandsschweißmaschinensind in vier Hauptkategorien unterteilt: Punktschweißmaschinen, Buckelschweißmaschinen, Nahtschweißmaschinen und Stumpfschweißmaschinen, basierend auf unterschiedlichen Verfahren. Wählen Sie die geeigneten Schweißgeräte entsprechend den Materialeigenschaften und Formen aus.
Elektroden
DerElektrodeist ein wichtiger Bestandteil zur Sicherstellung der Schweißqualität. Die Hauptmaterialien für Schweißelektroden sind: Chrom-Zirkonium-Kupfer, Aluminiumoxid-Kupfer, Beryllium-Kobalt-Kupfer, Wolfram, Molybdän, Graphit usw. Abhängig von den verschiedenen zu schweißenden Werkstücken werden Elektroden in Flachelektroden, Kugelelektroden, Mutterelektroden und Bolzenelektroden unterteilt Elektroden usw. Typischerweise erfolgt die Elektrodenfixierung durch eine konische Anpassung, wobei die Konizitätsverhältnisse meist 1:10 und 1:5 betragen.
Kühlsysteme
Während des Betriebs benötigen Widerstandsschweißmaschinen zirkulierendes Wasser, um Komponenten wie Elektroden und Transformatoren zu kühlen. Deshalb installieren wir ein Kühlsystem für Widerstandsschweißmaschinen. Die Kühlwassertemperatur sollte unter 30°C liegen. Bei zu hohen Temperaturen kann es zu einer Schutzabschaltung des Schweißgerätes kommen. Um Wasserflecken und Rohrverstopfungen vorzubeugen, verwenden Sie für die Zirkulation am besten verunreinigungsfreies Kühlwasser.
Wie wählt man das richtige Schweißverfahren?
Die Wahl des Schweißverfahrens hängt von vielen Faktoren ab.
Werkstückdicke und -form: UnterschiedlichSchweißmethodeneignen sich für Werkstücke unterschiedlicher Dicke und Form. Beispielsweise eignet sich das Widerstandsschweißen im Allgemeinen nur zum Schweißen dünner Bleche, während ungewöhnlich geformte und dicke Werkstücke normalerweise mit dem Lichtbogenschweißen geschweißt werden.
Anforderungen an die Schweißqualität: Die gewünschte Schweißqualität bestimmt auch die Wahl des Schweißverfahrens. Für Werkstücke, die eine hohe Dichtigkeit und Verbindungsfestigkeit erfordern, sollten Schweißverfahren gewählt werden, die diese Anforderungen erfüllen.
Produktionseffizienz und Kosten: Wenn ein hohes jährliches Produktionsvolumen erforderlich ist, ist die Auswahl eines Schweißverfahrens mit hoher Effizienz erforderlich. Auch Kostenaspekte sollten berücksichtigt werden.
Umweltfaktoren: Bei einigen Schweißverfahren entstehen Abfallstoffe und Emissionen, die zu Umweltverschmutzung führen. Daher sollten Umweltaspekte bei der Auswahl einer Schweißmethode berücksichtigt werden.
FAQ:
Welche Einschränkungen gibt es beim Widerstandsschweißen?
Widerstandsschweißen eignet sich nicht zum Schweißen großer Metallteile.
Wie sorgt man für Sicherheit beim Widerstandsschweißen?
Tragen Sie beim Widerstandsschweißen einen Schutzhelm und eine Schutzbrille.
Wie kann ich mich zum Widerstandsschweißen ausbilden lassen?
Sie können eine Ausbildung bei a absolvierenHersteller für Widerstandsschweißen.
Was sind die größten Qualitätsprobleme bei Widerstandsschweißverbindungen?
Kalte Lötstelle, unzureichende Festigkeit, Schweißverformung, Oxidation.
Prüfmethoden für Widerstandsschweißverbindungen
Zerstörende Prüfung, mikroskopische Prüfung, visuelle Prüfung, metallografische Prüfung, Ultraschallprüfung.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 02.04.2024
