Widerstandspunkt-Schweißmaschinen: Anwendungen, Technologie und Industrielle Vorteile

Wofür wird eine Widerstandspunkt-Schweißmaschine verwendet?

Die Widerstandspunkt-Schweißmaschine ist dafür ausgelegt, mehrere Bleche durch einen elektothermischen Prozess zu verbinden, wobei spezielle Elektroden, stabiler elektrischer Strom und die richtige Druckmenge genutzt werden. Auch als Punktschweißgerät bezeichnet, ist die Widerstandspunkt-Schweißmaschine eine der klassischsten und am häufigsten verwendeten Widerstandsschweißmaschinen in der modernen Metallbearbeitung.

Der Widerstandsschweißprozess bezeichnet permanente Metallbearbeitungsvorgänge, bei denen zwei oder mehr Materialien – einschließlich verschiedener Metalle, Dickwandmaterialien oder Kunststoffe – verschmolzen werden, um einzigartige Profile zu bilden. Die Grenzfläche der Bleche schmilzt aufgrund der im Widerstandspunkt-Schweißgerät erzeugten Wärme, da der elektrische Strom kontinuierlich auf den „Punkt“, die Schweißnaht, übertragen wird.

Die Widerstandspunkt-Schweißmaschine eignet sich hervorragend für eine Vielzahl von industriellen Produktions- und Montagelinien. Beispiele sind Medizintechnik, Bahnindustrie, Elektronik, Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie. Mit der Entwicklung und dem Einsatz von Robotertechnik und anderen Automatisierungstechniken werden intelligente Widerstandspunkt-Schweißmaschinen für hochvolumige industrielle Produktionsanwendungen zunehmend nachgefragt.

Widerstandspunkt-Schweißprozess

Punktschweißprozesse nutzen spezielle Elektroden aus kupferbasierten Legierungen, um Strom und Wärme zu übertragen, die auf die Schweißnaht einwirken, um die Bleche zu verschmelzen. Die Legierung wird verwendet, weil Kupfer eine außergewöhnlich hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, sodass die durch elektrischen Widerstand erzeugte Wärme auf die Schweißnaht statt auf die leitenden Werkzeuge wirkt.

Zudem hat Kupfer einen geringeren elektrischen Widerstand. Durch den Einsatz von Kupferelektroden zur Übertragung der elektrischen Ströme durch die Metallteile schmilzt die hohe Hitze die Metalle, während die Energie auf einen sehr kleinen Schweißpunkt konzentriert wird. Bei Anwendung einer hohen Stromdichte auf den Schweißpunkt für eine vorbestimmte Schweißzeit werden die Grundwerkstoffe im Widerstandspunkt-Schweißgerät effektiv geschmolzen.

In der Widerstandspunkt-Schweißmaschine muss auch eine angemessene Kraft auf den Schweißpunkt ausgeübt werden, um die Bleche zu verbinden. Sobald der elektrische Strom, der Widerstand und hohe Hitze am Schweißpunkt erzeugt, abgeschaltet wird, wirkt der Elektrodendruck weiter auf den Schweißpunkt, bis die geschmolzenen Bleche dauerhaft verschmolzen und schließlich erstarrt sind. Die Elektroden und andere leitende Zubehörteile werden nach Abschluss des Zyklus in einer Widerstandspunkt-Schweißmaschine durch Wasser gekühlt.

Was wird beim Widerstandspunkt-Schweißen benötigt?

Der Schweißstrom (i) und die Schweißzeit (t) der Widerstandspunkt-Schweißmaschine sind wesentliche Faktoren, die die Effizienz beeinflussen, das Material auf die Schweißtemperatur (typischerweise 1400 °C) zu bringen. Beim Schweißstrom in einer Widerstandspunkt-Schweißmaschine liegt der typische Wert in normalen Metallwerkstätten zwischen 3000 und 5000 A.

Die Schweißzeit beträgt typischerweise etwa 10 Millisekunden. Die kurze Schweißzeit ermöglicht es dem Punktschweißgerät, die Bleche ohne übermäßige Erwärmung anderer Flächenbereiche zu verschmelzen. In modernen Widerstandspunkt-Schweißmaschinen können Schweißstrom und Schweißzeit vom Anwender vorgegeben werden, während der elektrische Widerstand je nach Art der Rohmaterialien bestimmt wird.

Änderungen des Schweißstroms sind oft kritisch und dramatisch für den gesamten Schweißzyklus. Bei Widerstandspunkt-Maschinen oder Anwendungen mit niedrigerem Schweißstrom sollte die entsprechende Schweißzeit erhöht werden, was jedoch zu Überhitzung der Schweißausrüstung und des Schweißtransformators führen kann. Im Allgemeinen liegt die Dicke der in der Widerstandspunkt-Schweißmaschine verschweißten Bleche zwischen 0,5 und 3 mm. Wird die an den Schweißpunkt übertragene Energie nicht ausreichen, um das Material vollständig zu schmelzen, erzeugt das Punktschweißgerät eine schlechte Naht.

Andererseits sollte bei höherem Strom die Schweißzeit reduziert werden, um übermäßige Hitze zu vermeiden, die Löcher in die Blechoberflächen brennt. Das Risiko von Ausbrüchen (Expulsion) ist ebenfalls höher bei höherem Schweißstrom. Ausbruch bezeichnet den Zustand, bei dem geschmolzenes Metall aus mehreren Stahllagen herausspritzt, beispielsweise beim Handling von Automobilteilen mit verzinkten Beschichtungen.

Die Effizienz verschiedener Punktschweißgeräte hängt von der Stromversorgung, der Stromstärke und dem Widerstand zwischen den Elektroden ab. Die Auswahl einer Widerstandspunkt-Schweißmaschine, die den Schweißstrom effektiv regeln kann und dem Anwender eine einfachere Einstellung ermöglicht, ist für Schweißanlagenkäufer wichtig, insbesondere für heutige Fahrzeughersteller.

Anwendungen der Widerstandspunkt-Schweißmaschine

Widerstandspunkt-Schweißmaschinen werden typischerweise zum Schweißen von Blechen und Drahtgeflechten eingesetzt. Bei der Beurteilung, ob Metalle für das Widerstandspunkt-Schweißen geeignet sind, sind zwei Materialfaktoren entscheidend: Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit.

Beispielsweise erfordert Aluminiumlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit einen größeren Schweißstrom. Zudem benötigt das Material wesentlich leistungsstärkere Schweißtransformatoren, die kostspieliger sind, was Aluminiumlegierungen und ähnliche Materialien weniger geeignet für das Widerstandsschweißen macht.

Andererseits sind Stahlteile wie Edelstahlbleche oder -platten, die eine ausreichend geringere Wärmeleitfähigkeit und einen höheren elektrischen Widerstand aufweisen, besser für das Verschweißen durch Widerstandspunkt-Schweißmaschinen geeignet. Ausnahmsweise ist niedrigkohlenstoffhaltiger Stahl das ideale Schweißmetall.