Ein Blick auf Upset Butt Welding

Stauchschweißen oder Widerstandsstumpfschweißen ist ein Prozess, bei dem die Koaleszenz gleichzeitig über die gesamte Oberfläche zweier sich berührender Oberflächen erfolgt. Aufgrund des elektrischen Stromwiderstandes zwischen den beiden Seiten wird bei beiden Verfahren die zu schweißende Wärme aufgenommen. Einfache Unterscheidung zwischen Lichtbogen- und Stumpfschweißverfahren. Oft werden diese Wörter überbeansprucht oder synonym verwendet und können, wenn sie verwendet werden, irreführend werden. Bei jedem Widerstandsschweißverfahren werden zwei oder mehr Metallteile durch Hitze und Druck für eine geregelte Zeit zusammengebracht. Die Grundformel lautet:

Wärme =I2RT
I =Wärme- oder Schweißstrom in Ampere
R =elektrischer Widerstand der zu schweißenden Teile
T =Zeit

Mit sekundärem Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) mit einphasiger oder dreiphasiger Haupteingangssteuerung können alle Lichtbogen- und Stumpfschweißverfahren durchgeführt werden.

Wie funktioniert das Stumpfschweißen?

Beim Lichtbogenschweißen verbrennt ein Blitz Defekte in den Schweißflächen. Das Stumpfschweißen ist eine der ältesten Arten des Widerstandslötens in der Metallindustrie. Während Lichtbogenschweißen und Stumpfschweißen auf identischen Schweißgeräten durchgeführt werden, sind Druck- und Stromanwendungen die bemerkenswertesten Ausnahmen.

Beim einfachen Stumpfschweißen werden die beiden zu schweißenden Teile zunächst mit Druck beaufschlagt. Dann wird ein Strom angelegt, der die Kontaktfläche ausreichend erwärmt, so dass der angelegte Druck die Teile aneinander binden kann. Mit anderen Worten, sowohl in Bezug auf Strom als auch auf Reibung ist ein Ein-Schritt-Verfahren eine Stumpfschweißung. Bis die Verbindung plastisch wird, werden während der Schweißzeit Druck und Strom angelegt. Kontinuierlicher Druck, normalerweise von einem Pneumatikzylinder, erzeugt den Schlag des Schmiedens und die resultierende Schweißverbindung sowie das Auflösen des erweichten Bereichs. Ohne Strom- oder Dehnungsänderung erfolgt dies im Kreis. Bei einer echten Stumpfnaht gibt es keine plötzlichen Spritzer. Im Gelenk ist die endgültige Verstimmung normalerweise glatt und symmetrisch. Es wird nur sehr wenig ungleichmäßiger Metallausstoß festgestellt.

Das Verbinden von Drähten und Stäben mit kleinem Durchmesser, wie Spulen für den kontinuierlichen Betrieb, die Entwicklung von Bandsägeblättern und die Verwendung von Drahtgittern sind Beispiele dafür zeitgemäße Anwendungen für die AC-Stumpfschweißtechnik. Bei Material mit rauen Kanten und zwei ungenau ausgerichteten Enden kann das Abbrennschweißen verwendet werden.

Der Fortschritt des Stumpfschweißens

Obwohl Stumpfschweißen in den frühen Industriejahren allgemein verwendet wurde, wurde es aufgrund des starken Stroms, der erforderlich ist, um die Enden eines großen Werkstücks auf Schmiedetemperatur zu bringen, verringert. Auch die Spitze musste sorgfältig vorbereitet werden. Die Schweißflächen des Werkstücks mussten sehr sauber, eben und parallel sein. Wenn es nicht richtig qualifiziert ist, können heiße Stellen auf der Schweißfläche aufgrund eines unregelmäßigen Stromflusses wachsen.

Es wurde angenommen, dass schwächere Schweißnähte als das Lichtbogenschweißen aus dem Stumpfschweißen resultieren würden. Die Entwicklung moderner Mikroprozessorsteuerungen und die Verwendung von Gleichstrom und endlicher Steuerung der Kontaktflächen hat diesen Glauben zerstreut. Anfangs war das Stumpfschweißen auf kleinere Maschinen von 5-100 kVA und Einphasenwechselstrom beschränkt. Für größere Anwendungen sind hohe Ströme erforderlich. Dieser hohe Sekundärstrombedarf belastet die primäre Stromquelle des Verbrauchers, was große Verteilervorrichtungen erfordert.

In späteren Jahren wurde für das Stumpfschweißen eine dreiphasige Gleichstromversorgung verwendet. Das Schweißsystem, ausgestattet mit einem Drehstrom-Gleichstromnetzteil, garantiert einen ausgeglichenen Netzbedarf, einen verringerten Primärstrom und eine gleichmäßigere Erwärmung des Schweißfeldes. Induktionsfehler werden verringert, was mehr Freiheit beim Gerätedesign gibt. Größere Querschnitte sowohl von Eisen- als auch von Nichteisenmaterialien wurden erfolgreich mit einer DC-Dreiphasen-Stumpfschweißung geschweißt.

Eine dreiphasige DC-Stromversorgung ist mit zusätzlichen Kosten verbunden, jedoch mit ihrem physikalischen Gleichrichter Größen und zugehörige Komponenten, die für den Betrieb eines Stumpfschweißsystems benötigt werden. Eine Drehstromsteuerung ist ebenso erforderlich wie die verbesserte Wasserführung in der gleichgerichteten Sekundärwicklung des Transformators. Wissenschaftliche Analysen haben gezeigt, dass eine schmalere Wärmeeinflusszone (HAZ) auf einem Dreiphasen-Gleichstrom-Stumpfschweißgerät aufgebaut werden kann. Weitere Tests zeigten, dass es keine signifikante Leistungsverbesserung beim 3-Phasen-Gleichstrom-Stumpfschweißen im Vergleich zum Einphasen-Wechselstrom-Lichtbogenschweißen gab.

Wie funktioniert Abbrennschweißen?

Der Begriff „Blitzschweißen“ ist ziemlich selbsterklärend – die Aktion wird durch ein „Blitzen“ während des Vorgangs erzeugt. Die Wärme wird beim Lichtbogenschweißverfahren durch Übergangswiderstände an der Grenzfläche der Lichtbogenschweißebene erzeugt, nicht durch Berührungswiderstände wie beim Stumpfschweißverfahren. Während das Stumpfschweißen ein einstufiger Vorgang ist, ist das Lichtbogenschweißen ein zweistufiger Vorgang.

Der Bewegungsblitz ist der erste Schritt. Der Strom der Werkstücke verursacht ein Flackern oder einen Lichtbogen, der die Grenzfläche zwischen den beiden Enden des Materials berührt. Das Flackern nimmt zu, bis das Material in einen plastischen Zustand überführt wird. Diese Flimmermethode erzeugt einen Wärmeeinflussbereich, der einer Stumpfschweißung sehr ähnlich ist.

Vor dem Abbrennschweißen sind zusätzliche Schritte vorgesehen:Feuer oder Vorfeuer und Erhitzen. Wenn der Bereich plastifiziert und die richtige Temperatur erreicht, beginnt die zweite Phase des Prozesses – das Aufbrechen oder Schweißen. Die beiden Enden der Werkstücke werden später mit einer sehr starken Kraft miteinander verbunden, die ausreicht, um das Material quellen zu lassen. Es drückt Kunststoffmetall zusammen mit einem Großteil der Verunreinigungen aus der Verbindung.

Vorteile des Stauchstumpfschweißens

Wie bei den meisten Widerstandsschweißprozessen ändert die Technologie schnell die Verwendung von Stumpf- und Abbrennschweißungen. Die kontinuierliche Fertigung von Steuerungsmechanismen, AC- und DC-Stromversorgungen, neuen Hydrauliken und Servoventilen hat beide Prozesse verbessert. Gleichzeitig hat diese fortschrittliche Technologie die Bandbreite der durchführbaren Implementierungen erweitert. Aufgrund der Anzahl der Gegenstände und Bauteile, die durch Stumpfschweißen oder Abbrennschweißen geschweißt werden können, muss jede Anwendung gesondert geprüft werden. Bei der Auswahl dieser beiden Widerstandsschweißverfahren spielen die Produktionsanforderungen, Medien, Sauberkeit und Ästhetik des Lots selbst eine wichtige Rolle.

Bei sachgemäßer Anwendung weisen beide hochwertige Schweißnähte ohne Gasschutz und Füller auf Materialien. Diese Prozesse werden derzeit in einer Reihe von Anwendungen eingesetzt, darunter in der Luft- und Raumfahrt, in der Landwirtschaft und beim Bau von Rädern. Legierungen, einschließlich Nickel, in separaten Legierungen, Turbinen- und Strahltriebwerksringe, Flugzeugfahrwerke, Schwungradfelgen und mehr Aluminium, Wolfram und Kupfer. Stumpfschweißen und Abbrennschweißen sind verschiedene Zweige der Familie des Widerstandsschweißens. In ihren frühen Jahren ihrer Entwicklung brachten ihnen Missverständnisse einen ungerechtfertigten Ruf für schwarze Kunst ein. Heutzutage wurden technologische Fortschritte sowohl durch das Stumpfschweißen als auch durch das Lichtbogenschweißen ermöglicht, die zu streng überwachten, zuverlässigen und effizienten Metallschmelzprozessen geworden sind.