Widerstandsschweißen erklärt: Typen, Prozesse und 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 des Widerstandsschweißens ist, dass keine anderen Materialien für die Verbindung benötigt werden, was diesen Prozess extrem kosteneffizient macht.

Es gibt verschiedene Formen des Widerstandsschweißens (z. B. Punktschweißen und Nahtschweißen, Buckelschweißen, Blitzschweißen und Upset-Schweißen), die sich hauptsächlich durch die Arten und Formen der Schweißelektroden unterscheiden, die zum Aufbringen des Drucks und Leiten des Stroms verwendet werden.

Die Elektroden, typischerweise aus Kupferlegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit gefertigt, werden durch Wasser gekühlt, das durch Hohlräume im Inneren der Elektrode und der anderen leitenden Werkzeuge der Widerstandsschweißmaschine fließt.

Widerstandsschweißmaschinen sind für eine breite Palette von Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Industrieanwendungen konzipiert und gebaut. Durch Automatisierung ist die Aktion dieser Maschinen hochkontrolliert und wiederholbar, was Herstellern ermöglicht, die Produktion problemlos zu besetzen.

Wie funktioniert Widerstandsschweißen?

Widerstandsschweißen wird allgemein verwendet, um zwei flache Metallwerkstücke zusammenzufügen. Ein elektrischer Strom wird durch Schweißelektroden, die Kraft auf die Bleche ausüben, an die Metallbleche (oder beliebige zu verbindende Werkstücke) geleitet.

Diese Kraft wird in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird so erzeugt, dass sie das Metall an der Stelle schmilzt, an der sie sich verbinden – dem Punkt des „Widerstands“ zwischen den Anlagflächen. Die Elektrode entzieht dann Wärme dem geschmolzenen Schweißbereich, wodurch ein Schweißkern an der Stelle entsteht, an der er erstarrt.

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

Typen des Widerstandsschweißens

1. Punktschweißen und Nahtschweißen

Widerstands-Punktschweißen, wie alle Widerstandsschweißprozesse, erzeugt Schweißnähte durch Wärme, die durch Widerstand gegen den Fluss des Schweißstroms zwischen den Anlagflächen erzeugt wird, sowie Kraft, um die Werkstücke zusammenzudrücken, angewendet über einen definierten Zeitraum.

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

Widerstands-Nahtschweißen ist eine Teilmenge des Widerstands-Punktschweißens, das radförmige Elektroden verwendet, um Kraft und Schweißstrom an die Teile zu liefern. Der Unterschied ist, dass das Werkstück zwischen den radförmigen Elektroden rollt, während Schweißstrom angelegt wird.

Abhängig von den jeweiligen Schweißstrom- und Schweißzeiteinstellungen können die erzeugten Schweißnähte überlappend sein, was eine vollständige geschweißte Naht bildet, oder es können einfach einzelne Punktschweißnähte in definierten Intervallen sein.

2. Buckelschweißen (Projection Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Buckelschweißen Wärme, die durch Widerstand gegen den Fluss des Schweißstroms erzeugt wird, sowie Kraft, um die Werkstücke zusammenzudrücken, angewendet über einen definierten Zeitraum.

Buckelschweißen lokalisiert die Schweißnähte an vorbestimmten Punkten durch Verwendung von Buckeln (Projektionen), Prägungen oder Schnittpunkten, die alle die Wärmeerzeugung am Kontaktpunkt fokussieren. Sobald der Schweißstrom ausreichenden Widerstand am Kontaktpunkt erzeugt, kollabieren die Buckel und bilden den Schweißkern.

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

In diesem Fall lokalisiert der Schnittpunkt der Drähte selbst die Wärmeerzeugung und damit den Widerstand. Die Drähte setzen sich ineinander, wodurch ein Schweißkern entsteht.

3. Blitzschweißen (Flash Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Blitzschweißen Wärme, die durch Widerstand gegen den Fluss des Schweißstroms erzeugt wird, sowie Kraft, um die Werkstücke zusammenzudrücken, angewendet über einen definierten Zeitraum. Blitzschweißen ist ein Widerstandsschweißprozess, der Widerstand durch Blitzwirkung erzeugt.

Diese Wirkung 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 zusammenbewegt. Der schnelle Upset, der durch diese Kraft erzeugt wird, presst Oxide und Verunreinigungen aus der Schweißnaht.

4. Upset-Schweißen (Upset Welding)

Wie andere Widerstandsschweißprozesse nutzt Upset-Schweißen Wärme, die durch Widerstand gegen den Fluss des Schweißstroms erzeugt wird, sowie Kraft, um die Werkstücke zusammenzudrücken, angewendet über einen definierten Zeitraum.

Während es dem Blitzschweißen ähnlich ist, sind die Werkstücke beim Upset-Schweißen bereits in festem Kontakt miteinander, sodass kein Blitzen auftritt. Druck wird vor Beginn des Stroms aufgebracht und bis zum Abschluss des Prozesses aufrechterhalten.

Anwendungen des Widerstandsschweißens

• Widerstandsschweißen wird in der Massenfertigung für das Schweißen von Blech, Draht und Rohren verwendet.
• Es wird beim Schweißen von Stäben, Kisten, Dosen, Stangen, Rohren und Rahmen aus Metallen mittlerer und hoher Widerstandswerte wie Stahl, Edelstahl und Siliziumbronze eingesetzt, die leicht zu schweißen sind.
• Es wird beim Schweißen von Flugzeug- und Automobilteilen verwendet.
• Es wird zur Herstellung von Schneidwerkzeugen verwendet.
• Es wird für die Herstellung von Kraftstofftanks von Autos, Traktoren etc. verwendet.
• Es wird für die Herstellung von Drahtgeweben, Gittern, Grills, Maschen, Behältern etc. verwendet.

Vorteile des Widerstandsschweißens

• Gleiche und ungleiche Metalle können geschweißt werden
• Hochgradig automatisiert
• Effizient mit hoher Produktionsrate und hoher Schweißrate
• Kosteneffizient
• Umweltfreundlich, erzeugt wenig Abfall oder Verschmutzung
• Kein Bedarf an Zusatzwerkstoff oder Fremdmaterialien wie Stäben, Flussmitteln, Inertgasen, Sauerstoff oder Acetylen

Nachteile des Widerstandsschweißens

• Komplexe und oft teure Maschinen; eine Widerstandsschweißmaschine erfordert generell hochqualifiziertes technisches Personal
• Die Werkstückdicke ist oft begrenzt
• Weniger effizient für hochleitfähige Materialien
• Hohe elektrische Leistung erforderlich