Punktschweißen erklärt: Definition, Prozess und Anwendungen

Was ist Punktschweißen?

Punktschweißen (auch Widerstandspunktschweißen genannt) ist ein Widerstandsschweißverfahren. Es wird hauptsächlich verwendet, um zwei oder mehr Metallbleche miteinander zu verbinden, indem Druck und Wärme durch einen elektrischen Strom auf die Schweißzone übertragen werden.

Dabei werden Kupferlegierungs-Elektroden an die Blechoberflächen angelegt, wobei Druck und elektrischer Strom zugeführt werden. Die Wärme entsteht durch den Stromdurchgang durch widerstandsfähige Materialien wie niedriglegierte Stähle.

Wie funktioniert Punktschweißen?

Als Form des Widerstandsschweißens ist das Punktschweißen eines der ältesten Schweißverfahren, bei dem zwei oder mehr Metallbleche ohne Zusatzwerkstoff miteinander verschweißt werden.

Der Prozess umfasst das Aufbringen von Druck und Wärme auf die Schweißzone mithilfe von geformten Kupferlegierungs-Elektroden, die einen elektrischen Strom durch die Werkstücke leiten. Das Material schmilzt und verbindet die Teile. Daraufhin wird der Strom abgeschaltet, der Druck der Elektroden bleibt erhalten, und der geschmolzene „Kern“ erstarrt zu einer festen Verbindung.

Die Schweißwärme wird durch den elektrischen Strom erzeugt, der über die Kupferlegierungs-Elektroden auf das Werkstück übertragen wird. Kupfer wird für die Elektroden verwendet, da es eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen elektrischen Widerstand im Vergleich zu den meisten anderen Metallen aufweist. Dadurch entsteht die Wärme bevorzugt in den Werkstücken und nicht in den Elektroden.

Die Wärmemenge hängt von der Wärmeleitfähigkeit und dem elektrischen Widerstand des Metalls sowie von der Dauer der Stromzufuhr ab. Diese Wärme kann durch die Gleichung ausgedrückt werden:

Q = I²Rt

In dieser Gleichung steht „Q“ für Wärmeenergie, „I“ für Stromstärke, „R“ für elektrischen Widerstand und „t“ für die Zeit, während der der Strom fließt.

Für Punktschweißen geeignete Materialien

Aufgrund seiner geringeren Wärmeleitfähigkeit und höheren elektrischen Widerstand ist Stahl vergleichsweise leicht zu punktschweißen, wobei niedriglegierter Stahl am besten geeignet ist. Hochkohlenstoffstähle (Kohlenstoffäquivalent > 0,4 Gew.-%) neigen jedoch zu schlechter Bruchzähigkeit oder Rissbildung in den Schweißnähten, da sie harte und spröde Mikrostrukturen bilden.

Verzinkter Stahl (zinkbeschichtet) erfordert etwas höhere Schweißströme als unbeschichteter Stahl. Bei Zinklegierungen verschleißen die Kupfer-Elektroden schnell an der Oberfläche, was zu Qualitätsverlust führt. Beim Punktschweißen von verzinkten Stählen müssen die Elektroden entweder häufig getauscht oder die Elektrodenspitze „nachgearbeitet“ werden, wobei ein Fräser verunreinigtes Material entfernt, um eine saubere Kupferoberfläche freizulegen und die Elektrode neu zu formen.

Weitere häufig punktgeschweißte Materialien sind rostfreie Stähle (insbesondere austenitische und ferritische Güten), Nickel-Legierungen und Titan.

Obwohl Aluminium Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Widerstand aufweist, die denen von Kupfer ähneln, ist der Schmelzpunkt von Aluminium niedriger, was das Schweißen grundsätzlich ermöglicht. Aufgrund seines geringen Widerstands sind jedoch sehr hohe Ströme erforderlich (etwa zwei- bis dreimal höher als bei Stahl gleicher Dicke).

Zudem verschlechtert Aluminium die Oberfläche von Kupferelektroden bereits nach sehr wenigen Schweißungen, sodass ein stabiler, hochwertiger Schweißprozess schwer zu realisieren ist. Daher findet Aluminium-Punktschweißen derzeit nur in Spezialanwendungen industrielle Nutzung. Verschiedene technologische Neuentwicklungen zielen darauf ab, stabiles, hochwertiges Punktschweißen von Aluminium zu ermöglichen.

Kupfer und seine Legierungen können ebenfalls durch Widerstandspunktschweißen gefügt werden, allerdings lässt sich Kupfer mit herkömmlichen Kupferlegierungs-Elektroden nicht leicht punktschweißen, da die Wärmeerzeugung in Elektroden und Werkstück sehr ähnlich ist.

Die Lösung beim Kupferschweißen besteht darin, Elektroden aus einer Legierung mit hohem elektrischem Widerstand und einer Schmelztemperatur weit über der von Kupfer (deutlich über 1080 °C) zu verwenden. Typische Elektrodenwerkstoffe für das Punktschweißen von Kupfer sind Molybdän und Wolfram.

Wo wird Punktschweißen eingesetzt?

Punktschweißen findet in zahlreichen Branchen Anwendung, darunter Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Schienenverkehr, Weiße Ware, Metallmöbel, Elektronik, Medizintechnik, Bauwesen und Konstruktion.

Angesichts der einfachen Automatisierbarkeit in Kombination mit Robotern und Handhabungssystemen ist es das am häufigsten eingesetzte Fügeverfahren in der Großserienfertigung und seit über 100 Jahren das Hauptverbindungsverfahren im Stahlkarosseriebau.

FAQs

Was ist Punktschweißen?

Punktschweißen ist eine Art des elektrischen Widerstandsschweißens, das zwei oder mehr Metallbleche mithilfe von Druck und Wärme auf das Schweißteil verbindet. Der Prozess nutzt zwei Kupferlegierungs-Elektroden, um den Schweißstrom in einem kleinen Bereich zu konzentrieren und die Bleche zusammenzuhalten.

Wofür wird Punktschweißen verwendet?

Punktschweißen (auch Widerstandspunktschweißen) ist ein Widerstandsschweißverfahren, das hauptsächlich zum Verbinden von zwei oder mehr Metallblechen durch Druck und Wärme aus elektrischem Strom in der Schweißzone eingesetzt wird.

Ist Punktschweißen einfach?

Punktschweißen gehört zu den frühesten Schweißverfahren und ist auch für Anfänger gut beherrschbar. Der Prozess ist klar definiert und lässt sich auf viele dünne Metalle wie rostfreien Stahl, Nickel-Legierungen und Titan anwenden.

Wie fest ist ein Punktschweiß?

Diese Schweißnaht hat eine Scherfestigkeit von 1100 lbs (499,5 kg) weniger als eine voll durchgeschweißte Naht. Bei einer voll durchdringenden Punktschweißung auf einer gegebenen Blechdicke hängt die Fläche der Verbindungsfläche weitgehend vom Schutzgas und der Lichtbogenspannung ab.

Welche Dicke kann punktgeschweißt werden?

Punktschweißen wird hauptsächlich für Teile bis zu 3 mm Dicke verwendet. Die Dicke der zu verbindenden Teile sollte gleich sein oder das Verhältnis der Dicken sollte 3:1 nicht überschreiten. Die Festigkeit der Verbindung hängt von Anzahl und Größe der Schweißpunkte ab. Die Durchmesser reichen von 3 mm bis 12,5 mm.

Verwenden Punktschweißgeräte Wechsel- oder Gleichstrom?

Wechselstrom ist robuster, langlebiger und in vielen Betrieben vertraut. Bei Pressenschweißanlagen ist die Leistung kein Problem, und bei normalen Qualitätsanforderungen ist AC eine gute Wahl.

Kann man mit einem MIG-Schweißgerät punktschweißen?

Mit dem Eastwood MIG Punktschweiß-Set lassen sich werkstattmäßig aussehende Punktschweißungen zu Hause mit nur einem MIG-Schweißgerät realisieren. Dieses Set spart Zeit und Geld und bringt Ihr Projekt schnell auf die Straße.

Was sind die Nachteile des Punktschweißens?

Nachteile des Punktschweißens:

• Nur dünne Metalle können präzise und effizient geschweißt werden.
• Die Installationskosten sind höher.
• Diese Schweißart führt zu Verformungen.
• Änderungen in der Stromversorgung führen zu schwachen Schweißnähten.

Was ist ein Tack-Schweißgerät (TAC)?

Tack-Schweißungen (Heftschweißungen) dienen dazu, zwei Metallteile vor dem Endschweißen in Position zu halten – ähnlich wie ein Schneider Nadeln verwendet, um Stoffteile vor dem Nähen zusammenzuhalten. Sie gewährleisten die korrekte und starre Ausrichtung der Werkstücke und können Vorrichtungen verstärken oder sogar überflüssig machen.

Welche Metalle können nicht punktgeschweißt werden?

Die meisten gängigen Metalle lassen sich gut punktschweißen. Hauptausnahmen sind Silber, Kupfer, Blei und Zink.

Was ist der Unterschied zwischen Lichtbogenschweißen und Punktschweißen?

Lichtbogenschweißgeräte nutzen Funken, um das Grundmaterial und einen Zusatzstab zu schmelzen, während Punktschweißgeräte den elektrischen Widerstand des Grundmaterials nutzen, um die Teile zu erhitzen und zu verschmelzen. Lichtbogenschweißen dringt tief ein, Punktschweißen eignet sich am besten für dünne Bleche.

Wie heiß wird ein Punktschweißgerät?

Schweißstrom und -zeit bringen das Metall auf Schweißtemperatur (ca. 1400 °C / 2550 °F).

Wie punktschweißt man mit einem Stabelektrodenschweißgerät?

Kann man Aluminium auf Stahl punktschweißen?

Aluminiumlegierungen lassen sich relativ einfach durch Kleben, mechanische Fügung oder Löten mit Stahl verbinden. Wenn jedoch höchste strukturelle Integrität gefordert ist, wird Schweißen bevorzugt. Das Schweißen von Aluminiumlegierungen auf Stahl ist jedoch schwierig.

Welches ist das dickste Metall, das punktgeschweißt werden kann?

Diese Materialien erfordern hohe elektrische Ströme und längere Schweißzeiten im Vergleich zu Stahl. Ein weiterer Faktor ist die ungeeignete Dicke der Schweißmaterialien. Punktschweißen erfordert Materialien mit einer Dicke nahe 3 mm.

Wie viele Volt werden zum Punktschweißen benötigt?

Die Leerlaufspannung des Transformators ist höher, typischerweise im Bereich von 5 bis 22 Volt. Der Widerstand des Schweißpunkts ändert sich während des Fließens und Schmelzens. Moderne Schweißgeräte können den Schweißprozess in Echtzeit überwachen und anpassen, um eine konsistente Naht zu gewährleisten.

Welche Stromart wird beim Punktschweißen verwendet?

Punktschweißen wird in der Automobilindustrie weit verbreitet zum effizienten Verbinden von Metallblechen eingesetzt. Als Widerstandsschweißverfahren erzeugt es Wärme durch hohen Strom, etwa 1000 A bis 100.000 A.

Warum wird Wechselstrom beim Punktschweißen verwendet?

Wechselstrom eignet sich am besten für Widerstandsschweißen, da er über einen geeigneten Transformator jede gewünschte Kombination von Strom und Spannung liefern kann. Um Oberflächenverformungen zu vermeiden, darf der dem Schweißbereich angrenzende Metallbereich nicht überhitzt werden.

Was ist der Unterschied zwischen einer Stopfnagelnaht (Plug Weld) und einem Punktschweiß?

Ein echter Punktschweiß entsteht, wenn zwei Bleche zusammengepresst und durch elektrischen Strom verschmolzen werden. Eine Stopfnagelnaht (Rosetten- oder Plug Weld) entsteht, wenn man ein Loch in die obere Lage bohrt, die beiden Bleche zusammenpresst und das Loch auffüllt, um sie zu verbinden.

Wie erhält man einen guten Punktschweiß?

Was sind zwei praktische Vorteile des Punktschweißens?

Punktschweißen ist schnell und einfach. Es werden keine Flussmittel oder Zusatzwerkstoffe benötigt, und es gibt keine gefährliche offene Flamme. Punktschweißen erfordert keine besonderen Fähigkeiten. Automatisierte Maschinen können in Fabriken punktschweißen, um die Produktion zu beschleunigen.

Was ist eine Schlitznaht (Slot Weld)?

Eine Schlitznaht verbindet die Oberfläche eines Materials mit einem anderen durch ein langgestrecktes Loch. Das Loch kann an einem Ende offen sein und teilweise oder vollständig mit Schweißmaterial gefüllt werden.

Was ist Überlapp-Schweißen (Lap Welding)?

Überlapp-Schweißnähte sind im Wesentlichen eine modifizierte Stoßnaht. Sie entstehen, wenn zwei Metallstücke überlappend übereinander gelegt werden. Sie werden am häufigsten verwendet, um zwei Stücke unterschiedlicher Dicke zu verbinden. Schweißnähte können ein- oder beidseitig ausgeführt werden.

Kann ich ein Lichtbogenschweißgerät als Punktschweißgerät verwenden?

Grundwerkstoffe verschiedener Größen können durch Lichtbogenschweißen verbunden werden. Punktschweißen eignet sich nur für Bleche mit einer Dicke von weniger als oder nahe 3 mm. Das Verbinden von Metallen durch Lichtbogenschweißen ist zeitaufwendig. Widerstandspunktschweißen kann in Minuten erledigt werden.

Wie stellt man Punktschweißen in einer Zeichnung dar?

Das Punktschweiß-Symbol ist ein Kreis, der oberhalb, unterhalb oder zentriert auf der Bezugslinie platziert werden kann. Wenn das Symbol auf der Bezugslinie zentriert ist, bedeutet dies, dass keine Seitensignifikanz besteht.

Wie viele Arten des Punktschweißens gibt es?

Die Arten sind: 1. Säulenmaschine (Pedestal Type) 2. Widerstands-Stumpfschweißen (Resistance Butt/Upset Welding) 3. Blitz-Stumpfschweißen (Flash-Butt Weld)

Was ist der Unterschied zwischen MIG- und Punktschweißen?

MIG-Schweißen verwendet einen separaten Zusatzwerkstoff, der in die Naht eingespeist wird. Dieser wird vom Lichtbogen geschmolzen und verbindet sich mit dem Grundwerkstoff. Beim Punktschweißen dient das Material selbst als Zusatzwerkstoff. Die beiden Metallstücke werden erhitzt und dann zusammengepresst, um die Verbindung herzustellen.

Welche Metallstärke kann ein Punktschweißgerät schweißen?

Fast alle Punktschweißgeräte verwenden Kupferlegierungs-Elektroden aufgrund der natürlichen elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer. Der Prozess eignet sich für die meisten Metalltypen; die einzige echte Einschränkung ist die Dicke des zu schweißenden Bereichs, die zwischen 0,02 Zoll (0,5 mm) und 0,118 Zoll (3 mm) liegen kann.