Widerstandsschweißen erklärt: Arten, Prozesse & Vorteile

Was ist Widerstandsschweißen?

Widerstandsschweißen ist das Fügen von Metallen durch Aufbringen von Druck und Durchleiten von Strom für eine bestimmte Zeit durch den Metallbereich, der verbunden werden soll. Der Hauptvorteil: Keine zusätzlichen Materialien für die Verbindung nötig, was den Prozess extrem kosteneffizient macht.

Es gibt verschiedene Formen des Widerstandsschweißens (z. B. Punktschweißen und Nahtschweißen, Buckelschweißen, Blitzschweißen und Upset-Schweißen), die sich hauptsächlich durch Art und Form der Schweißelektroden unterscheiden, die Druck aufbringen und Strom leiten.

Die Elektroden, typischerweise aus Kupferlegierungen wegen überlegener Leitfähigkeit, werden durch Wasser gekühlt, das durch Hohlräume in der Elektrode und den anderen leitfähigen Werkzeugen der Widerstandsschweißmaschine fließt.

Widerstandsschweißmaschinen sind für eine breite Palette von Automobil-, Luftfahrt- und Industrieanwendungen konzipiert. Durch Automatisierung ist die Wirkung dieser Maschinen hochkontrolliert und wiederholbar, sodass Hersteller die Produktion problemlos besetzen können.

Wie funktioniert Widerstandsschweißen?

Widerstandsschweißen wird allgemein verwendet, um zwei flache Metallwerkstücke zu verbinden. Ein elektrischer Strom wird über Schweißelektroden, die Kraft auf die Bleche ausüben, zu den Metallblechen (oder anderen zu verbindenden Werkstücken) geleitet.

Diese Kraft wird in Wärme umgewandelt. Die Hitze wird so erzeugt, dass sie das Metall an der Verbindungsstelle, dem „Widerstandspunkt“ zwischen den Anliegeflächen, schmilzt. Die Elektrode entzieht dann Wärme dem geschmolzenen Schweißbereich, wodurch sich an der Erstarrungsstelle ein Schweißkern (Nugget) bildet.

Eine Kraft wird vor, während und nach dem Stromaufbringen aufgebracht, was den Kontaktbereich begrenzt.

Arten des Widerstandsschweißens

1. Punktschweißen und Nahtschweißen

Widerstands-Punktschweißen erzeugt wie alle Widerstandsschweißprozesse Schweißnähte durch Wärme, die durch Widerstand gegen den Schweißstromfluss zwischen den Anliegeflächen entsteht, sowie Kraft, die die Werkstücke zusammenpresst, über einen definierten Zeitraum.

Widerstands-Punktschweißen nutzt die Flächengeometrien der Schweißelektroden selbst, um den Schweißstrom an der gewünschten Schweißstelle zu fokussieren und Kraft auf die Werkstücke auszuüben. Sobald ausreichend Widerstand erzeugt ist, setzen sich die Materialien ab und verbinden sich, und ein Schweißkern bildet sich.

Widerstands-Nahtschweißen ist eine Teilmenge des Widerstands-Punktschweißens mit radförmigen Elektroden, die Kraft und Schweißstrom an die Teile liefern. Der Unterschied: Das Werkstück rollt zwischen den radförmigen Elektroden, während Schweißstrom fließt.

Je nach Schweißstrom- und Zeiteinstellungen können die erzeugten Schweißnähte sich überlappen und eine durchgehende Naht bilden, oder es können einzelne Punktschweißungen in definierten Abständen sein.

2. Buckelschweißen (Projection Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Buckelschweißen Wärme durch Widerstand gegen den Schweißstromfluss sowie Kraft, die die Werkstücke zusammenpresst, über einen definierten Zeitraum.

Buckelschweißen lokalisiert die Schweißnähte an vorgegebenen Punkten durch Verwendung von Buckeln, Prägungen oder Kreuzungen, die alle die Wärmeerzeugung am Kontaktpunkt fokussieren. Sobald der Schweißstrom ausreichend Widerstand am Kontaktpunkt erzeugt, kollabieren die Buckel und bilden den Schweißkern.

Massive Buckel werden oft beim Schweißen von Befestigungselementen an Teile verwendet. Prägungen beim Verbinden von Blech- oder Plattenmaterial. Ein Beispiel für Buckelschweißen mit Materialkreuzungen ist Drahtkreuzschweißen.

Hier lokalisiert die Kreuzung der Drähte selbst die Wärmeerzeugung und damit den Widerstand. Die Drähte setzen sich ineinander, wobei ein Schweißkern entsteht.

3. Blitzschweißen (Flash Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Blitzschweißen Wärme durch Widerstand gegen den Schweißstromfluss sowie Kraft, die die Werkstücke zusammenpresst, über einen definierten Zeitraum. Blitzschweißen erzeugt Widerstand durch Blitzaktion.

Diese Aktion wird durch sehr hohe Stromdichte an sehr kleinen Kontaktpunkten zwischen den Werkstücken erzeugt. An einem vorbestimmten Punkt, nachdem der Blitzprozess begonnen hat, wird Kraft auf das Werkstück ausgeübt, und sie werden mit kontrollierter Rate zusammengebewegt. Der durch diese Kraft erzeugte schnelle Upset stößt Oxide und Verunreinigungen aus der Schweißnaht aus.

4. Upset-Schweißen (Upset Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Upset-Schweißen Wärme durch Widerstand gegen den Schweißstromfluss sowie Kraft, die die Werkstücke zusammenpresst, über einen definierten Zeitraum.

Ähnlich wie Blitzschweißen, aber bei Upset-Schweißen sind die Werkstücke bereits in festem Kontakt miteinander, sodass kein Blitzen auftritt. Druck wird vor Strombeginn aufgebracht und bis zum Prozessende aufrechterhalten.

Anwendungen des Widerstandsschweißens

• Massenfertigung zum Schweißen von Blech, Draht und Rohren.
• Schweißen von Stäben, Boxen, Dosen, Stangen, Rohren und Rahmen aus Metallen mit mittlerem und hohem Widerstand wie Stahl, Edelstahl und Siliciumbronze, die leicht zu schweißen sind.
• Schweißen von Flugzeug- und Automobilteilen.
• Herstellung von Schneidwerkzeugen.
• Herstellung von Kraftstofftanks für Autos, Traktoren etc.
• Herstellung von Drahtgeweben, Gittern, Grills, Maschenschweißungen, Behältern etc.

Vorteile des Widerstandsschweißens

• Gleiche und ungleiche Metalle schweißbar.
• Hochautomatisiert.
• Effizient mit hoher Produktionsrate und hoher Schweißrate.
• Kosteneffizient.
• Umweltfreundlich, erzeugt wenig Abfall oder Verschmutzung.
• Kein Bedarf an Füllmetall oder Fremdmaterialien wie Stäben, Flussmitteln, Inertgasen, Sauerstoff oder Acetylen.

Nachteile des Widerstandsschweißens

• Komplexe und oft kostenintensive Maschinen; erfordern hochqualifiziertes Personal.
• Werkstückdicke oft begrenzt.
• Weniger effizient für hochleitfähige Materialien.
• Hohe elektrische Leistung erforderlich.