Widerstands-Projektionsschweißen: Prozess, Vorteile und Anwendungen

Wie funktioniert Schweißen?

Schweißen bezeichnet das Fügen zweier Metallteile durch teilweises Aufschmelzen der Fügeflächen. Das Widerstandsschweißverfahren wird häufig gewählt, wenn Kosten eine Rolle spielen, da keine Zusatzwerkstoffe benötigt werden. Es gibt verschiedene Unterarten wie Punktschweißen, Nahtschweißen und das Widerstands-Projektionsschweißen (RPW).

Was ist Widerstandsschweißen?

Beim Widerstandsschweißen werden zwei Metallteile durch gleichzeitige Anwendung von Wärme und Druck gefügt. Die Wärme entsteht durch den elektrischen Widerstand an den Kontaktstellen der Werkstücke. Um ausreichend Hitze zum Schmelzen zu erzeugen, werden die Teile für eine kontrollierte Zeit unter Strom und Druck gesetzt.

Zur Stromzuführung dienen Schweißelektroden, meist aus Kupferlegierungen wegen ihrer hohen Leitfähigkeit. Da kein Zusatzwerkstoff nötig ist, ist das Verfahren kosteneffizient.

Funktionsweise des Widerstands-Projektionsschweißens (RPW)

Beim RPW werden die zu verbindenden Teile an ihren Erhebungen (Projektionen) gefügt. Nur diese winzigen Bereiche werden erhitzt und verschweißt. Drei Hauptfaktoren bestimmen die Schweißqualität: Kraft, Strom und Zeit.

• Kraft: Erzeugt eine kleine Einkerbung an der Projektionsspitze. Eine konstante Kraft ist erforderlich; manchmal wird sie zum Ende erhöht, um das Schmieden zu verbessern.
• Zeit: Typischerweise Millisekunden bis eine Sekunde, abgestimmt auf die Leistung. Zu wenig Energie = schwache Naht; zu viel = unerwünschtes Aufschmelzen der Umgebungsbereiche.
• Energie: Präzise Steuerung von Wärme, Zeit und Schweißstellen vermeidet thermische Schäden an angrenzenden Zonen, die Werkstoffeigenschaften und Festigkeit beeinträchtigen könnten.

Typische Anwendungen

RPW findet sich vor allem in der Automobilindustrie zum Aufschweißen von Schraubverbindern (Muttern, Bolzen) auf Blechteile. Auch bei Alltagsprodukten wie Einkaufswagen kommen winzige Schweißpunkte zum Einsatz.

Herausforderungen beim RPW

Wärmehaushalt (Heat Balance)

Gleiche Wärmezufuhr auf beiden Seiten der Fügezone ist entscheidend. Unterschiede in thermischer Masse, Schmelzpunkt oder Leitfähigkeit erschweren das Schweißen. Materialpaarung und Projektionsgeometrie müssen darauf abgestimmt sein.

Entfernung von Beschichtungen

Metallische Überzüge (Verzinkung, Vernickelung etc.) stören den Prozess oft. Zinkbeschichtungen auf Stahl führen beispielsweise zu Rissen und vermindern die Festigkeit. Daher müssen Beschichtungen vor dem Schweißen entfernt werden.