Grundlagen der Widerstandsschweißtechnik

Prinzip der Widerstandserhitzung

Fließt ein elektrischer Strom durch einen Widerstand, so wird dieser heiß.
Die erzeugte Wärmemenge Q ist umso größer, je größer die Stromstärke I je größer der Widerstand R je länger die Stromzeit t.

Daher die Formel: Qe = I x I x R x t

Man unterscheidet folgende Verfahren der Widerstandsschweißtechnik:

  • Punktschweißung
  • Buckelschweißung
  • Rollnahtschweißung

Punktschweißung

Grundagen Punktschweißung Skizze

Der Widerstand R an der Schweißstelle setzt sich aus folgenden Teilwiderständen zusammen:

  • R1 oberes Werkstück, Werkstückwiderstand
  • R2 unteres Werkstück, Werkstückwiderstand
  • R3 zwischen oberer Elektrode und oberem Werkstück, Kontaktwiderstand
  • R4 zwischen unterer Elektrode und unterem Werkstück, Kontaktwiderstand
  • R5 zwischen oberem- und unterem Werkstück, Übergangswiderstand

Daraus ergibt sich folgender Gesamtwiderstand:

R ges = R1 + R2 + R3 + R4 + R5

R1, R2 hängen vom Werkstoff, der Form und der Dicke der Werkstücke ab. R3, R4, R5 werden umso kleiner, je größer die Kontaktflächen sind, je metallisch sauberer sie sind und je größer die bestehende Flächenpressung ist.

Die Konzentration des Wärmeeintrags soll vorwiegend in der Trennebene zwischen den Werkstücken – also dort, wo das Werkstückmaterial verschmelzen soll – entstehen. Der Widerstand R5 muss somit gegenüber den anderen Widerständen groß sein. Insbesondere ist auch anzustreben, dass die Kontaktwiderstände R3 und R4 klein sind, um die Erwärmung in diesen Bereichen gering zu halten.

Hierzu müssen die Elektrodenkontaktflächen frei von Verschmutzungen und möglichst metallisch blank sein. Eine gute Formgebung dieser Kontaktflächen und eine große Flächenpressung der Werkstücke in Kopplung mit einer intensiven Kühlung stellen die anzustrebenden Prozessbedingungen dar.

Von der erzeugten Wärmemenge Q fließt leider ein beträchtlicher Teil in die  Umgebung der Schweißverbindung ab, und zwar in die Werkstücke und vor allen Dingen in die gut gekühlten Elektroden. Diese abfließende Wärmemenge Qa ist umso größer, je länger der Erwärmungsprozess dauert. Es sollte daher t so kurz wie möglich sein.

Denn nur Qs = Qe - Qa wird zur Erzeugung der Schweißhitze an der Verbindungsstelle ausgenutzt.

Eine präzise Dosierung der Wirkgröße ist daher nötig, um gute Schweißergebnisse zu sichern.

Buckelschweißung

Grundagen Buckelschweißung Skizze

Im Gegensatz zum Punktschweißen, bei dem die Stromkonzentration vorwiegend durch die Form der Punktelektroden bestimmt wird, beherrscht beim Buckelschweißen die Form der Buckel das räumliche Strömungsbild und damit die Temperaturverteilung in den Werkstücken. Abgesehen von Sonderfällen sind die Kontaktflächen der Buckelelektroden großflächig.
Die Stromdichte und Flächenpressung an den Elektrodenkontaktflächen sind relativ klein. Diese werden also elektrisch und mechanisch schwach beansprucht und halten sehr lange.

Rollnahtschweißung

Nach diesem Widerstandsschweißverfahren werden geschweißte Nähte meist zwischen zwei Rollenelektroden, in Sonderfällen auch zwischen einer Rolle und einem Dorn, hergestellt.

Die Fügetechnologie „Widerstands-Rollnahtschweißen“ wird zum kontinuierlichen Verbinden zweier Werkstücke eingesetzt. Die zu schweißenden Werkstücke bewegen sich in der Regel mit konstanter Geschwindigkeit zwischen zwei Rollenelektroden hindurch, die mit einer definierten Elektrodenkraft zusammengepresst werden. Die Rollennahtschweißung ist im Prinzip nichts anderes als eine Reihenpunktschweißung, bei der die Punktschweiß- elektroden durch Rollenelektroden ersetzt werden.

Bei dem Rollnahtschweißen haben die Rollenelektroden die Aufgabe, die Werkstücke zu transportieren, zusammenzupressen und den Schweißstrom zu übertragen.

Je nach Wahl der Schweißparameter und der Stromart entstehen Heftnähte, Festnähte oder Dichtnähte