Die entscheidende Rolle der Elektrodenwerkstoffe beim Widerstandspunktschweißen

Im Gegensatz zu reinen Kupferelektroden, deren Eigenschaften und Design sie zu Wärmeleitern machen, werden reine Refraktärelektroden gerade wegen ihrer Wärmespeicherung gewählt. Wolfram (W) zeichnet sich durch den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle (3387 °C) aus, und seine Härte ist sowohl bei Normaltemperaturen als auch bei hohen Temperaturen sehr hoch. Es widersteht Oxidation allgemein gut, und sein elektrischer Widerstand ist sehr hoch.

Molybdän (Mo), Wolfram's „Schwester“ unter den Refraktärmetallen, hat ebenfalls einen hohen Schmelzpunkt (2610 °C) und hohe mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen, wenngleich geringer als Wolfram. Auch der elektrische Widerstand von Mo ist hoch. (Für eine detailliertere Übersicht der elektrischen Widerstandsfähigkeit verschiedener Elemente, einschließlich Wolfram und Molybdän, siehe „The Electrical Resistivity of Selected Elements“ mit Diagrammen über den gesamten Temperaturbereich – nützlicher als ein Einzelwert.)

Bei der Wahl des Elektrodenwerkstoffs für Ihre Widerstandsschweißanwendung ist es wichtig, den unvermeidlichen oxidativen Verbrauch zu kontrollieren, indem man in den Prozesszyklus eine Möglichkeit zur maximal möglichen Abkühlung der Elektrode einplant. Wolfram neigt stärker zur Delamination durch Thermoschock als Molybdän – ein weiteres Auswahlkriterium. Der Kompromiss: Molybdän oxidiert schneller als Wolfram.

Parallel zur Entwicklung von Kupferlegierungen zur Verbesserung der Reinkupfer-Eigenschaften gibt es Wolfram- und Molybdänlegierungen, die das reine Element verbessern. (Hinweis: Da Wolfram und Molybdän Pulvermetallurgie-Produkte sind, gilt der Begriff „Legierung“ nicht im selben Sinne wie bei nicht-pulvermetallurgischen Metallen. Damit das Legierungselement vollständig in das Refraktärmetall dispersiert wird, muss es die meist hohen Verarbeitungstemperaturen von Wolfram und Molybdän überstehen oder daran angepasst sein.)

Kupfer-Wolfram (CuW) ist in verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen erhältlich und weit verbreitet, da es die Vorteile von Kupfer und Wolfram ausbalanciert. Silber-Wolfram (AgW) wird ebenfalls in verschiedenen Verhältnissen produziert; ein Vorteil: Silber (Ag) legiert sich schwer mit Eisen (Fe) und Nickel (Ni), weshalb AgW gut für das Schweißen von rostfreien Stählen und anderen Nickelbasislegierungen geeignet ist.

Diese legierten Elektrodenwerkstoffe entstehen durch Sintern und Infiltration einer Infiltrationsstruktur. Ein präzise abgemessenes Stück Reinkupfer oder Silber wird auf eine mit präzise abgemessenem Wolfram- oder Molybdänpulver gefüllte Form gelegt und in einem Inertgasofen gebrannt. Ergebnis: Elektroden mit hoher Hochtemperaturfestigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Gelegentlich erfordern Widerstandsschweißanwendungen eine einzigartige Eigenschaftskombination. Dafür gibt es diverse Spezialelektroden. Silber-Wolframkarbid (AgWC) ist ein ungewöhnliches Refraktärelektrodenmaterial, gewählt weil Wolframkarbid (WC) überlegene Oxidationsbeständigkeit bietet und während des thermischen Schweißzyklus die Form beibehält.

Schließlich gibt es Heavy Metal – auch Heavy Tungsten Alloy genannt, bestehend aus W, Fe, Ni und Cu je nach Herstellergrad –, ein weiteres ungewöhnliches Refraktärmetall-Punktschweißelektrodenmaterial. Seine Vorteile: exzellente Oxidationsbeständigkeit und leichtere Bearbeitbarkeit im Vergleich zu reinem Wolfram und Wolframkarbid (WC).

Wenn Sie gerade eine Widerstandspunktschweißelektrode für Ihre Anwendung wählen, kann Materialkenntnis entscheidend sein. Für mehr Informationen zu Werkstoffeigenschaften und ihren Wechselwirkungen laden Sie unser Whitepaper „Resistance Welding Electrode Materials: Selecting the Right One for Your Application“ herunter.