Widerstandsschweißen: Die zuverlässige Wahl für hochwertiges robotergestütztes Metallfügen

Als etablierter Marktführer für robotergestütztes Schweißen ist Yaskawa den Nuancen der Lichtbogen-Schweißautomatisierung nicht fremd. Robust und zuverlässig hat sich der Prozess des Lichtbogenschweißens durch Industrieroboter in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt und vielfältige Fertigungsbedürfnisse effektiv erfüllt. Während diese gängige Methode, Metallstücke zusammenzufügen, unglaublich starke Teile mit vielen flexiblen Optionen schafft, hat sie auch ihre Kompromisse.

Nicht zu umgehen ist die Tatsache, dass Lichtbogenschweißautomatisierung viele Verbrauchsmaterialien wie Draht und Gas verbraucht. Zwar effektiv, bringt diese Art des Klebefügens ein neues Level potenziell gefährlicher Materialien ins Spiel, neben laufenden Verbrauchskosten. Zudem erzeugt der robotergestützte Lichtbogenschweißprozess ein sehr hohes Maß an UV-Strahlung, das bestimmte Sicherheitsvorkehrungen erfordert.

Diese Gründe, zusätzlich zu potenziell langen Taktzeiten und Blechdickenanforderungen, lassen fragen, ob es für bestimmte Aufgaben eine bessere Schweißmethode geben mag.

Punktschweißen

Napoleon Hill, einer der ursprünglichen Motivationsredner der Mitte der 1900er, pflegte zu sagen: „Aus Widerstand kommt Stärke“. Dieses Sprichwort mag niemanden schnell reich gemacht haben, wie Hill versprach, aber es hält viel Wahrheit im heutigen Schweißen.

Widerstandsschweißen – speziell „Punktschweißen“ – ist seit vielen Jahren eine beliebte Metallfügellösung für Automobil- und andere Hersteller. Durch das Leiten eines elektrischen Stroms zwischen Metallschichten bei gleichzeitiger Druckausübung entsteht am Ausführungspunkt eine starke Metallverbindung, ein sogenannter „Kern“. Es kann auch durch radförmige Elektroden modifiziert werden, die entlang einer Naht für eine längere Schweißnaht laufen. Zwar simpel in der Natur, bietet diese Methode für bestimmte Anwendungen große Vorteile:

Kosteneffektiv

Da beim Punktschweißen kein Zusatzwerkstoff oder Schutzgas verwendet wird, werden Kosten pro Schweißpunkt und Gewicht durch Begrenzung der Verbrauchsmaterialien rasch reduziert. Im Gegenzug kann Lichtbogenschweißen Brennerdüsen und -spitzen verbrauchen. Beim Widerstandsschweißen haben Punktschweißzangen Spitzen, die mehrmals nachgearbeitet werden können, bevor sie ersetzt werden müssen.

Typischerweise sind die Werkstücke für Punktschweißen gestanzt, was typischerweise günstiger ist als zerspanende Teile. Der Einsatz gestanzter Teile fügt dem Prozess eine weitere Konsistenzebene hinzu, was zu Kosteneinsparungen beiträgt. Kosten für Lichtbogen- und Punktschweißsysteme sind ziemlich vergleichbar, aber beide sind weit günstiger als Laser-Alternativen.

Sicherer

Lichtbogenschweißverfahren wie MIG oder WIG erzeugen viel UV-Licht, das Haut und Augen schädigt. Anwender müssen sich mit Augenschutz wie Schweißerhauben schützen. Lichtbogenschutzvorhänge um Schweißer und Roboter gelten als sekundärer Schutz und sollten nicht für volle Sicherheit beim Beobachten eines aktiven Schweißens vertraut werden.

Zwar erzeugt Punktschweißen einige Funken, aber weit weniger als MIG-Schweißen, das potenziell Löcher in Materialien brennen kann. Insgesamt kann die Absicherung vereinfacht werden, da sie weder den Lichtbogenblitz reduzieren noch die gleiche Menge an Funken und Spritzern kontrollieren muss.

Sauberer

Beim Punktschweißen gibt es von Natur aus weit weniger Schweißspritzer, die die Teileoberfläche und den Zellenboden kontaminieren können. Ebenso sind Dämpfe drastisch reduziert und Rauch minimiert. Auf der Kehrseite kann Lichtbogenschweißspritzer Probleme mit Teilekosmetik verursachen oder die gefürchteten „Schweißperlen“, die für immer in einem geschlossenen Teil klappern können.

Ästhetik beim Punktschweißen ist konsistent und sauber, während beim Lichtbogenschweißen eine schöne Schweißnaht manchmal herausfordernd sein kann. Alle punkgeschweißten Teile sind zweilagig, und die Schweißnaht ist im Wesentlichen im Körper des Teils versteckt, anstatt eine hochsichtbare Naht zu erzeugen.

Auch der Schweißtimer wird in Größe und Anschlussanforderungen mit der Lichtbogenschweißstromquelle vergleichbar sein. Allerdings wird ein Drahtfass und -leitung in der Zelle nicht mehr benötigt, und der unordentliche Nachbearbeiter kann manchmal durch einen Spitzennachbearbeiter für eine Punktschweißzange ersetzt werden.

Konsistent

Punkgeschweißte Teile erfahren weniger Teileverformung durch geringeren Wärmeeintrag und haben sehr hohe Wiederholbarkeit. Die Teile sind auch generell leichter, da sie nach Kombination zweier gestanzter Teile hohl sein können. Es gibt keine Zusatzwerkstoff-Metallurgie zu berücksichtigen, was den Prozess für ungleiche Teile relativ ähnlich macht.

Schneller

Eine typische Punktschweiß-Presszeit dauert nur einen kurzen Bruchteil einer Sekunde, und ein Roboter kann sehr schnell von Punkt zu Punkt bewegen. Es ist keine Oberflächenvorbereitung erforderlich, worauf Lichtbogenschweißen empfindlich reagieren kann. Die Verfahrgeschwindigkeit einer MIG-Brenner ist durch Zusatzwerkstoff, Wärmeeintrag und andere Variablen begrenzt. Während einige manuelle Lichtbogenschweißprozesse je nach Zugänglichkeit und Teilegröße sehr schwierig zu automatisieren sind, kann nahezu jede Punktschweißanwendung automatisiert werden. Insgesamt kann die potenzielle Fertigungszeit für ein Teil mit der Punktschweißmethode nahezu halbiert werden.

Herausforderungen

Die größte Herausforderung beim Punktschweißen ist, dass das zu schweißende Teil für Punktschweißen ausgelegt sein muss, was der Punktschweißzange bequemen Zugang zu beiden Seiten des Teils ermöglicht, um den richtigen Strom und Druck anzuwenden. Ebenso ist die Blechdicke typischerweise auf etwa 3 mm pro Blech begrenzt.

Einige Teile werden nie für Punktschweißen geeignet sein, abhängig von ihrer Dicke und der erforderlichen Scherfestigkeit. Auch Teile, die vollständig abgedichtet sein müssen (Flüssigkeitstanks, Druckteile etc.), können nicht punktgeschweißt werden. Manchmal können Klebstoffe und Dichtungsmittel zur Teilerigidität und -festigkeit beitragen, aber dies fügt einen zusätzlichen Prozessschritt hinzu.

Punktschweißen erfordert andere Expertise als Lichtbogenschweißen, ist aber generell simpler. Trotz der Intelligenz heutiger Robotersoftware kann sie das Design und die Ausführung nicht ersetzen, die ein ordnungsgemäß ausgebildeter Schweißingenieur mit jedem System bieten kann.

Zusammenfassung

Für hochvolumige Teile, die gestanzt werden können, kann Punktschweißen eine ideale Lösung sein. Es kann Kosten, Gewicht und Taktzeit verringern, während es Sicherheit, Konsistenz, Ästhetik und Sauberkeit mit einem ordnungsgemäßen System erhöht. Es ist ein weiteres Automatisierungswerkzeug im sprichwörtlichen Werkzeugkasten, um Wettbewerbsfähigkeit zu steigern und die Zukunft zu gewinnen!