Das kleine HWH Lexikon

 

Als Ergänzung unserer Website hat das Unternehmen Harms & Wende ein kleines Lexikon für Sie erstellt. Hier finden Sie Definitionen von Fachbegriffen, Erläuterungen, Formeln und Tabellen - alles rund um das Thema Schweißen.

 

Das Lexikon erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und wird laufend erweitert und aktualisiert.

 

Vermissen Sie einen Begriff? Dann lassen Sie es uns wissen! Wir freuen uns über Ihre Anregung und versuchen die Hinweise zeitnah zu bearbeiten.

 

 


Abbrennstumpfschweißen
Definition: Schweißverfahren bei dem zwei Fügepartner direkt aufeinander gelegt werden und dann ein Strom angelegt wird.

Mittels kontinuierlichem Vorschub wird die Bauteilverkürzung ausgeglichen. Anwendungsgebiet: Herstellung von Kettengliedern.


Belastungsdiagramm
Definition: Beschreibt für Leistungseinheiten wie Inverter, Thyristoren und Transformatoren den maximal erlaubten Strom in Abhängigkeit von der Einschaltdauer (ED).

Buckelschweißen
Definition: Das Buckelschweißen ist nach dem eigentlichen Punktschweißen das am weiteste Verfahren beim Widerstandsschweißen. Es bietet einige wirtschaftliche und anlagenspezifische Vorteile.

Gemäß der Einteilung der Widerstandsschweißverfahren wird zwischen dem einseitigen und dem zweiseitigem Buckelschweißen unterschieden ( Kurzzeichen RB ). Prinzipiell kann man das Buckelschweißen als eine Mehrpunktschweißung mit einer entsprechenden Anzahl von Elektroden bezeichnen. Dabei wird die nötige Stromdichte nicht durch einen verengten Strompfad durch Elektroden sondern durch die Ausformung bzw. dem Querschnitt der Buckel ( auch Schweißwarzen genannt ) erzeugt. Bei Mehrbuckelschweißungen, was dem Regelfall entspricht, bilden die Buckel eine Parallelschaltung. Wenn aus wirtschaftlichen Gründen viele Buckel gleichzeitig geschweißt werden, erfordert dies gleiche Widerstände aller zu schweißender Buckel. Damit werden hohe Anforderungen an die Buckelgeometrie wie Querschnitt und Höhe sowie an einen gleichmäßigen Übergangswiderstand zwischen Elektrode und Buckel, durch ein planes Aufliegen  der Werkstücke und eine gleichmäßige Elektrodenkraft realisierbar, gestellt. Außerdem muss sicher gestellt sein, dass eine symmetrische Stromeinspeisung aller Buckel gegeben ist. Da wie gesagt die Buckel parallel geschweißt werden, steigt mit der Anzahl der Buckel der nötige Schweißstrom. Somit wird eine hohe Anschlussleistung der Maschine nötig. Heute wird bei Buckelschweißmaschinen immer mehr die Mittelfrequenztechnik eingesetzt. Diese Technologie bietet neben der symmetrischen und geringen Netzbelastung gegenüber Wechselstromtechnik noch den Vorteil der besseren Stromverteilung auf die einzelnen Buckel.

Bei modernen Mittelfrequenzmaschinen für Buckelanwendungen wird zur Qualitätssicherung zunehmend die Regelhubüberwachung eingesetzt. Dies kann mit der Steuerungsserie Profil IQ realisiert werden. Auch unser Prozessüberwachungssystem PQSweld erfährt immer mehr Anwendungen beim Buckelschweißen.

Hauptanwendungen des Buckelschweißens sind das Mutternschweißen und Ringbuckelverbindungen. Das Kreuzdrahtschweißen ist ebenfalls dem Buckelschweißen zuzuordnen.

Mehr Informationen finden Sie im DVS Merkblatt 2905, dem Buch Widerstandspreßschweißen von Manfred Krause.


Cos Phi
Definition:

Siehe Leistungsfaktor Cos Phi.



Das DIN Profil - Widerstandsschweissen
Definition: Das DIN Profil - Widerstandsschweissen

Abhängig von der Ausbaustufe bzw. der Art der Schweisssteuerung sind Teilmengen des DIN Profiles anwählbar. Einfache 4- oder 5- Zeitensteuerungen erlauben nicht das Einstellen aller im DIN Profil
definierten Parameter. Dies ist in der Regel erst bei komplexen Multifunktionssteuerungen möglich. Die Anwendung beim Widerstandsschweißen gibt die Komplexität der anwählbare Parameter vor. Das Ablaufdiagramm ist in der DIN 44 753 oder im Fachbuch
Widerstandspressschweissen von Herrn Manfred Krause nachzulesen. Für nahezu alle Anwendungen haben sich das Vorwärmen, die Möglichkeit des Stromanstieges ( up slope ) und eine freiwählbare Anzahl von Impulsen als optimal erwiesen. Besonders bei hochkohlenstoffhaltigen Stählen wird häufig die Funktion Nachwärmen benutzt. Im Bereich Feinschweißen von Buntmetallen mit Mittelfrequenz haben sich ganz neue Anforderungen aufgetan, denen Harms&Wende mit der Entwicklung der Steuerung Profil IQ Rechnung getragen hat.Bei dieser Steuerung für Mittelfrequenz-Inverter sind 7 frei wählbare Stromprofile mit jeweils Stroman- und abstieg sowie Impulsen einstellbar. Damit werden sogar die schon umfangreichen Forderungen des DIN Profiles überschritten.


Der Schweißtransformator
Definition: Der Transformator ist ein ruhender Umformer, durch den ein Wechselstrom von bestimmter Spannung und Stromstärke transformiert (umgeformt) wird.

Ein Transformator besteht aus Kupferwicklungen und je nach konstruktiver Bauart einem Kern bzw. Mantel aus lamellierten Eisenblechen.

 

Man unterscheidet zwischen Primär- und Sekundärseite. Die Primärseite wird mit einem Wechselstrom gespeist. Dadurch entsteht ein wechselndes Kraftfeld, welches in der magnetisch gekoppelten Sekundärseite ebenfalls eine Spannung induziert. Abhängig von dem Übersetzungsverhältnis (Anzahl Windungen primär zu Anzahl Windungen sekundär) stellen sich die sekundären Ströme bzw. Spannungen ein. Ein Übersetzungsverhältnis von 50 bedeutet beispielsweise, dass der Transformator bei einer Primärspannung von 500 Volt sekundärseitig 10 Volt zur Verfügung stellt. Adäquat dazu verhält sich der Strom: sekundär 20.000 Ampere verlangen nach 400 Ampere auf der Primärseite.

 

Theoretisch sind Primär- und Sekundärleistung gleich groß. Durch Magnetisierungs- und ohmsche Verluste ist die Sekundärleistung natürlich kleiner.

 

Die von HWH angebotenen Mittelfrequenztransformatoren zeichnen sich durch einen geringen Innenwiderstand und damit geringe innere Verluste aus und besitzen ein integriertes Diodenpaket zur Gleichrichtung der Sekundärspannung, um an der Schweißstelle eine saubere und glatte Gleichspannung zur Verfügung zu haben.


Dimensionierung von Leistungsteilen
Definition: Dimensionierung von Leistungsteilen

Ausgelegt werden die Thyristoren dann nach dem zu schaltenden Strom und der Einschaltdauer (ED) der Schweißanlage. In den Belastungsdiagrammen der Leistungsteile sind die zulässigen Ströme in Abhängigkeit von der Einschaltdauer aufgetragen.

Für den sicheren Betrieb der Leistungsteile wird der Schaltstrom der Thyristoren nach der Kurzschlußleistung der Schweißeinrichtung bestimmt. Diese Kurzschlußleistung ist abhängig von der Maschinenart. Aus den Erfahrungen wurden Richtwerte zur Dimensionierung festgelegt. Beim Buckelschweißen muß beispielsweise der Nennstrom mit dem Faktor 4,5 multipliziert werden, um den Schaltstrom des Thyristors zu bestimmen.


Einschaltdauer
Definition: Die Einschaltdauer ist ein wichtiger Faktor zur Auslegung von Leistungskomponenten beim Widerstandsschweißen.

Die ED beschreibt das Verhältnis von Lastzeit (Stromfluss) und Pausenzeit (kein Strom) in Prozent. Sie ist ein Maß für die Belastung der Leistungskomponenten. Generell gilt, je kürzer die ED ist, desto höher ist der maximal mögliche Strom und je länger, desto niedriger. 100 % ED entspricht dem Kurzschlussfall.

Folgende Leistungskomponenten werden mit Hilfe der ED ausgewählt:

  • Leistungsteile (Netzfrequenz)
  • Inverter (Mittelfrequenz)
  • Transformatoren (HWT Serie)

Es gibt für obige Komponenten sog. Belastungsdiagramme, in denen der maximal mögliche Strom über der ED angegeben wird. Der maximal mögliche Strom wird wesentlich von der Kühlart beinflußt.

Zur Berechnung der Einschaltdauer, können Sie sich ein kleines DOS Programm hier herunterladen. Harms & Wende übernimmt keine Gewähr für die Berechnungen.


Einschaltdauer (ED)
Definition: Maß für die Belastung der Leistungskomponenten

Die Einschaltdauer ist ein wichtiger Faktor zur Auslegung von Leistungskomponenten beim Widerstandsschweißen. Die ED beschreibt das Verhältnis von Lastzeit (Stromfluss) und Pausenzeit (kein Strom) in Prozent. Sie ist ein Maß für die Belastung der Leistungskomponenten. Generell gilt, je kürzer die ED ist, desto höher ist der maximal mögliche Strom und je länger, desto niedriger. 100 % ED entspricht dem Kurzschlussfall.

 

Folgende Leistungskomponenten werden mit Hilfe der ED ausgewählt:

  • Leistungsteile (Netzfrequenz)
  • Inverter (Mittelfrequenz)
  • Transformatoren (HWT Serie)

 

Es gibt für obige Komponenten sog. Belastungsdiagramme, in denen der maximal mögliche Strom über der ED angegeben wird. Der maximal mögliche Strom wird wesentlich von der Kühlart beinflußt.


Einteilung der Widerstandsschweißverfahren
Definition:

Die einzelnen Widerstandsschweißarten sind in der DIN 1910 Teil 5 aufgeführt und bezüglich ihres Ablaufs erläutert. Hier eine Auflistung der gängigsten Verfahren mit den Kurzzeichen der DIN Norm.

 

Das verbreiteste Schweißverfahren ist das Widerstandspunktschweißen mit dem Kurzzeichen RP. Dabei wird noch zwischen ein- und zweiseitigem Punktschweißen unterschieden. Das Gleiche gilt für das Buckelschweißen, kurz RB. Weiterhin unterscheidet man zwischen Rollennahtschweißen RR und dem Abbrennstumpfschweißen RA. Weitere Informationen finden Sie auch im Merkblatt DVS 2902.


Elektrische Arbeit
Definition: Die elektrische Arbeit ist definiert als das Produkt aus elektrischer Leistung und der Zeit.

W = P * t = U * I * t [Ws]


Elektrische Leistung
Definition: Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Strom:

P = U ⋅ I [W]

 

Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes: U = R * I ergibt sich:

P = I2 ⋅ R [W]


Elektrische Leitfähigkeit
Definition:

        R ⋅ A       1

K =     —     =  —

           l           P

 

mit

 

l Länge es Leiters

A Querschnittsfläche

R elektrischer Widerstand


Elektrode
Definition: siehe Schweißelektrode.

Elektrodenkraft
Definition: Die Elektrodenkraft ist die Kraft, mit der Schweißelektroden auf das Material gedrückt werden.

Oft unterschätzter Parameter beim Widerstandsschweißen. Der Übergangswiderstand zwischen Material und Elektrode variiert stark mit der Elektrodenkraft. Generell gilt, je höher die Elektrodenkraft, desto niedriger der Übergangswiderstand. Da dieser Zusammenhang exponentiell ist, rufen schon geringe Kraftschwankungen große Widerstandsänderungen hervor.

Welcher Elektrodendruck benötigt wird hängt u. a. von der Elektrodenform und Anwendung ab.


Ethernet
Definition: Weit verbreitete Netzwerkart für die Verbindung von Rechnern und anderen Geräten.

Netzwerkteilnehmer werden über sog. Switches oder Hubs mit einem Steuerrechner (Server) verbunden. Aufgrund seiner heterogenen Struktur ist das Ethernet ausfalltolerant. Es sind Kabellängen bis zu 300 m zulässig, ohne einen Repeater (Verstärker) einsetzen zu müssen.

Die meisten Firmennetzwerke sind auf dem so genannten Ethernet aufgebaut.


Fertigungsgerechtes Konstruieren
Definition: Ausbildungszweig der Fertigungstechnologie. Beschäftigt sich mit der Optimierung von Konstruktionen, so dass diese optimal gefertigt werden können.

Beispiele sind:

  • Zugänglichkeit von Fügestellen
  • Einhalten von Radien (Kerbspannungen)
  • Montagereihenfolgen

Gleichstromschweißen
Definition: Unter klassischem Gleichstromschweißen versteht man das Widerstandspressschweißen mit Dreiphasentransformator mit Sekundärgleichrichter.

Dazu benötigt man spezielle Dreiphasensteuerungen. Heute sind diese Maschinen immer weniger zu finden, da sie oft und immer häufiger von Mittelfrequenzanlagen abgelöst werden. Bei ganz hohen Schweißströmen oberhalb von 200 kA werden sie heute noch eingesetzt. Der grundsätzliche Aufbau solcher Gleichstrommaschinen besteht aus drei Einphasentransformatoren, die über je einen Thyristorsatz pro Phase angeschlossen werden (häufigste Schaltungsarten sind offene Dreieckschaltung und Sternschaltung). Sekundärseitig sind dann die Gleichrichtersätze angeschlossen. Durch die Nutzung aller drei Phasen ist eine symmetrische Netzbelastung einer der großen Vorteile der Gleichstromtechnik.

 

Bedingt durch die Induktivität des Sekundärkreises und der ohmschen Last (Sekundärkabel und Schweißgut) ergibt sich eine Zeitkonstante, die dafür sorgt, dass der Schweißstrom keine Nulldurchgänge aufweist. Es ist ein konstanter Gleichstrom möglich, der für eine schnellere und gleichmäßigere Energieeinbringung und damit auch schnellere und gleichmäßigere Schweißung sorgt. Dies resultiert in geringeren Schweißströmen, kürzeren Schweißzeiten und höheren Elektrodenstandzeiten.

Außerdem ist der Einstellbereich für verschiedene Schweißaufgaben deutlich größer als bei Wechselstromanwendungen. Bei vielen Vorteilen findet man leider auch einige Nachteile. Neben den höheren Investitionskosten durch die Dreiphasensteuerung, den 3 Thyristorsätzen und dem 3-Phasentransformator mit Sekundärgleichrichter, ist die Möglichkeit der Stromregelung eingeschränkt. Durch die Kommutierung und die Verkettung der 3 Phasen ist die Regelung nur sehr langsam und neigt zum Schwingen. Diese Punkte sprechen dann wieder für die Mittelfrequenztechnologie.

 

Neben der beschriebenen klassischen Dreiphasentechnologie beim Gleichstromschweißen gibt es noch transistorisierte Gleichstromquellen für Anwendungen im Kleinteilschweißen im kleinen Leistungsbereich bis ca. 9 kA bei kleinster Einschaltdauer. Auch diese werden mehr und mehr von Mittelfrequenzanlagen verdrängt.


Hauptzeiten
Definition: siehe Schweißhauptzeiten.

HPG-E
Definition: Hand-Programmier-Gerät.

HWI 2000 Liquid Pro
Definition: High-End Inverter mit hohem Reifegrad und unerreichter Güte.

Stellt sämtliche bisherigen Entwicklungen in den Schatten. Ausgestattet mit besten Materialien und Zutaten für höchste Zufriedenheit. Der Inverter wird mit sämtlichen Schnittstellen zum Benutzer serienmäßig ausgeliefert. Da können Sie nichts zukaufen, es ist alles schon da.

Die Lebensdauer des Gerätes ist nahezu unendlich durch ausgeklügelte Konservierung des Innenlebens. Der Service dieses Gerätes erfolgt exklusiv durch Harms & Wende mit detailliertem Abnahmeprotokoll durch die Geschäftsführung.


Induktiver Überhang
Definition: Die durch den Leistungsfaktor cos Phi beschriebene Verspätung des Stromes gegenüber der Spannung ruft eine verspätete Löschung der Leistungsthysistoren hervor, den induktiven Überhang.

Inverter
Definition: Ein Inverter ist eine elektrische Einheit aus Schweißleistungsteil und Schweißsteuerung.

Diese werden i. d. R. mit drei Phasen Wechselstrom versorgt und richten die Spannung zunächst gleich. Über sog. IGBTs wird anschließend eine Rechteckspannung von 1000 Hz erzeugt. Die Ausgangsspannung beträgt im allgemeinen 400 V.

Diese umgeformte Spannung wird anschließend in einen Mittelfrequenztransformator eingespeist.


IQ
Definition: Bei Harms & Wende standardisierte Bezeichnung für Parameterregelung und Überwachung (KSR / Konstantstromregelung).

IQR
Definition: Die HWI XX xx EVA-IQR Inverterbaureihe bietet ein Höchstmaß an Funktionalität und stabilisiert den Prozess des Punktschweißens mittels der intelligenten Regelung (IQR).

Somit können auch anspruchsvolle Schweißaufgaben mit höher und höchstfesten Materialien gelöst werden. Der Regelalgorithmus passt sich in Sekundenbruchteilen den Gegebenheiten dynamisch an und bietet so ein Höchstmaß an Sicherheit.

 

IQR - Unsere adaptive Regelsteuerung ist so flexibel wie die Bedingungen im Schweißprozess. Mittels einfacher Spannungs- und Strommessung direkt am Schweißtrafo ohne empfindliche Sensoren kann zusätzlich auch der Verlauf von Widerstand und Leistung während der Schweißung abgebildet werden.

 

IQR - Reagiert somit in Echtzeit auf Veränderungen im Schweißprozess und sorgt für einen stabileren Produktionsprozess. Die Bedienung erfolgt über die PC Software Pegasus die durch den integrierten IQR-Easy mode einfachste Parameteroptimierung mit nur 2 Drehknöpfen und 2 Schiebereglern ermöglicht, als würden Sie ein einfaches Radio bedienen. Eine grafische Darstellung der Kurvenverläufe gibt einen neuen Einblick in den Prozess.

 

IQR – Ermöglicht schnellste Inbetriebnahmezeiten da mit nur wenigen Grundprogrammen eine Vielzahl von Materialpaarungen geschweißt werden und die Stepperprogrammierung sogar ganz entfällt. Die Vielzahl neuer Materialien die immer problematischer in der Schweißbarkeit werden sind durch IQR einfacher und teils überhaupt erst möglich.

 

IQR – hat die Aufgabe stets einen sicheren Schweißpunkt bei minimaler Zeit und maximaler Materialbandbreite in über 2000 gelieferten Installationen erfüllt. Die zusätzlichen Überwachungsfeatures der Energiemenge in Ws mit integrierter Spritzererkennung bieten dem weitere Vorteile gegenüber der herkömmlichen Technik.

 


Joulsches Gesetz
Definition: Das Joulsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Wärmeentwicklung und elektrischem Strom.

Q = U ⋅ I ⋅ t2 = I ⋅ R ⋅ t [Ws, J]

 

Hierbei stellt I den durch die Schweißstelle fließenden Strom, R den Widerstand des Schweißgutes und t die Schweißzeit dar.


Kirchhoffsche Regeln
Definition: Die Kirchhoffschen Regeln werden zur Berechnung von Stromkreisen herangezogen.

1. Kirchhoffsche Regel

Die Summe aller in einen Knoten fließenden Ströme ist gleich aller abgehenden Ströme.

 

2. Kirchhoffsche Regel

Die Summe aller Spannungen in einer Masche addieren sich.

 

Nach Aufstellen der Maschen- bzw. Knotengleichungen kommt man zu Gleichungssystemen, die man lösen muss.


Konstantstromregelung (KSR)
Begriff für:

Hauptaufgabe einer Schweißsteuerung ist die Zeit- und Leistungsvorgabe für eine Widerstandsschweißmaschine. Die Steuerung gibt über den Stromsteller (Thyristorleistungsteil) die Schweißzeit und die Schweißstromeinstellung vor, bzw. der Anwender kann diese Werte programmieren.

Die Zeit ist bei den aktuellen digitalen Steuerungen fest und wird immer abgearbeitet. Der Schweißstrom wird über einen Phasenanschnitt festgelegt, in der Regel als Skalenteilwert, abhängig von der Steuerung in Prozent oder in Promille von 0 bis 99 bzw. 0 – 999 Skalenteile. Durch die nicht immer idealen Umgebungsbedingungen kann der resultierende Stromwert natürlich schwanken. Um dieses auszugleichen, setzt man bei höherwertigen Steuerungen eine Regelung des Schweißstromes ein. Grundsätzlich wird bei einer Regelung mittels Rückführung eine Regelgröße konstant gehalten. Dies geschieht durch Vergleich des Istwertes mit dem vorgegebenen Sollwert. Bei der Konstantstromregelung wird der Schweißstrom sekundärseitig mit Hilfe eines Rogowski Gürtels gemessen und mit dem vorgegebenen Wert verglichen. Die Stellgröße zur Konstantregelung ist dabei der Phasenanschnitt, die Zündwinkeländerung der Thyristoren. Dabei werden solche Störgrößen wie Netzspannungsschwankungen, Sekundärimpedanzänderungen oder Oberflächenstreuungen erkannt und kompensiert. Bei eingestellter Konstantstromregelung kann dann der Schweißstrom direkt in Kiloampere programmiert werden. Bei 50 Hz Anwendungen arbeitet der Regler periodenbezogen, die Todzeit liegt bei 20 ms. In Invertern arbeitet der Regler entsprechend schneller mit einer Todzeit von nur 1 ms. Konstantstromregelung ist schon bei Steuerungen der Serie MPS200 verfügbar, erkennbar an der Bezeichnung R1.

Die Inverter der Serie HWI2000 besitzen grundsätzlich die Möglichkeit der Konstantstromregelung.


Leistung
Definition: Der Faktor Leistung ist ein wichtiger Parameter in der Welt des Widerstandsschweißens. Allgemein läßt sich die Leistung auf die Formel

Arbeit pro Zeiteinheit: P = W ÷ T mit T=t2 − t1.

 

zurückführen.

 

Ohne weitere Herleitung ergibt sich die Elektrische Leistung zu:

 

P = U ⋅ I = I 2 ⋅ R mit U = R ⋅ I (Ohmsches Gesetz).

 

Man sieht, dass die Leistung quadratisch vom Strom abhängt. Dieses ist umso wichtiger, da zwischen Wirk- und Verlustleistung unterschieden werden muss. Wirkleistung ist die Leistung, die in der Schweißstelle zur Erwärmung und Aufschmelzen des Materials verwendet wird, Verlustlsistung ist der Teil, der über Kühlelemente abgeführt werden muss.

 

Also ist

Pges = Pwirk + Pverlust

 

Hieraus kann man direkt ablesen, dass die Anlage stets so viel Leistung (Strom) bereitstellen muß, dass eine ausreichende Wirkleistung zur Verfügung gestellt wird. Bitte beachten Sie dies bei der Auslegung Ihrer Maschine.


Leitwert
Definition: Reziproker Wert des Widerstandes.

Als Formel G = R = 1 ÷ R


Lokale Programmierschnittstelle
Begriff für:

An HWI 2xxx und Ratia 73 standardmässig vorhandene Schnittstelle, über die die Einheiten direkt programmiert oder Überwacht werden können. Die lokale Programmierschnittstelle ist als serielle RS 232 Schnittstelle ausgeführt.


Minikette
Definition: Als Minikette versteht man eine serielle Verbindung von bis zu 4 HWI 22xx, HWI 28xx oder Ratia 73 Modulen in einer seriellen RS 422 Netzwerkverbindung.

Die Bedienung erfolgt mittels der Mundus (=Bedienpanel) A oder B. Die Module werden in einer Kette (sog. Daisy Chain) hintereinander geschaltet. Die Limitierung auf vier Module liegt in der begrenzten Kommunikationsgeschwindigkeit der seriellen Verbindung bedründet.

Die Minikette kann anstatt einer Ethernetverbindung eingesetzt werden. Typischerweise kommt die Minikette bei kleineren Netzwerkanlagen zum Einsatz.


Mittelfrequenz - Inverter
Definition: Beim Mittelfrequenzschweißen handelt es sich um ein Widerstandsschweißen mittels gleichgerichtetem mittelfrequentem Wechselstrom, in der Regel mit 1000 Hz.

Kernstück dabei ist der Inverter als Stromquelle für den MF Transformator mit Gleichrichterpaket. Die HWH Inverter bestehen aus dem Eingangsschütz, einem Gleichrichtersatz (B6-Brücke), den Zwischenkreiskondensatoren und dem eigentlichen Wechselrichter, einer IGBT-Brückenschaltung, sowie der Überwachungs- und Steuerungselektronik. Mit Anlegen der Netzspannung führt der Inverter zunächst umfangreiche Selbsttestfunktionen durch.

Die Kondensatorbatterie des Gleichstromzwischenkreises wird über Strombegrenzungswiderstände vorgeladen. Danach wird das Sicherheitsschütz freigegeben. Dem Wechselrichter steht nun eine Gleichspannung von ca. 550 V zur Verfügung. Durch wechselseitiges Ein- und Ausschalten der IGBTs mit variablen Pulsbreiten wird diese Zwischenkreisspannung in eine einphasige Wechselspannung mit 1000 Hz Frequenz umgewandelt. Der MF-Trafo transformiert diese zur Schweißspannung.

Um die induktiven Blindwiderstände, bedingt durch die hohe Frequenz von 1000 Hz, zu eliminieren, sind Hochstromdioden zur Gleichrichtung in den Trafo integriert. Die eigentliche Schweißsteuerung, nun mit der Zeitbasis 1 ms, ist im Inverter integriert. Die Bedienung erfolgt entweder über ein separates Bedienteil oder über eine PC Bedienoberfläche. Das MF Schweißen vereint alle Vorteile des klassischen Gleichstroms mit höchster Dynamik und Regelmöglichkeiten.


MPS
Definition: Abkürzung für Mikroprozessorsteuerung.

Mutternschweißen
Definition: Siehe auch Buckelschweißen.

Nachhaltezeit
Definition: Zeitspanne, die nach dem Abschalten des Schweißstroms beginnt. Die Schweißelektroden werden über diese Zeitperiode noch geschlossen gehalten.

Nahtschweissen
Definition: Siehe Rollennahtschweißen.

Nebenschluss und Abstand von Schweißpunkten
Definition: Sehr häufig führen sogenannte Nebenschlüsse zu Fehlern beim Widerstandsschweißen.

Entweder durch zu nah beieinander liegende Schweißpunkte oder durch Berührung der Bauteile mit der Schweißvorrichtung oder der Bauteile mit der Elektrode abseits der Kontaktfläche. Über diese schon geschweißten Punkte oder oben beschriebenen Berührungsstellen fließt dann ein Teil des Schweißstroms. Dieser Anteil kann dann natürlich nicht zum eigentlichen Schweißen beitragen. Der Punkt mit dem Nebenschluss ist kleiner als der ohne. Bei Nebenschluss, bedingt durch schon geschweißte Punkte, kann dem durch Wahl eines zweiten Schweißprogramms mit höherem Strom entgegengewirkt werden.

Als Faustformel für einen Punktabstand nahezu ohne Nebenschlusswirkung kann bei geringen Qualitätsanforderungen zugrunde gelegt werden, Punktabstand soll größer als 10x Gesamtblechdicke sein. Die Abstände sind auch in der DIN 1912 Teil 6 beschrieben.

Die Berücksichtigung dieser Anhaltswerte zur Anordnung und Abstand der Schweißpunkte hilft auf jeden Fall, eine schweißgerechte Konstruktion zu erreichen. Siehe auch DVS Merkblatt 2903 Teil 3 und DIN 8528 Teil 1. Bei dynamischer Belastung von einschnittigen Verbindungen wird mit einem Punktabstand von größer gleich 4 mal dem Punktdurchmesser ein Maximum bei der Scherfestigkeit erreicht. Für mehrreihige Verbindungen gilt ein optimaler Punktabstand von ca. 5 mal Punktdurchmesser.

Dies sollen nur Beispiele zur schweißgerechten Konstruktion sein, weiterhin sind Überlappung und Randabstand wichtig. Der Abstand eines Schweißpunktes zum Blechrand sollte immer mindestens dem Punktdurchmesser entsprechen. In der Praxis sind diese grundlegenden Punkte oft nicht realisiert, der Schweißanlagenhersteller und vor allem der Betreiber muss sich dann mit unnötigen Schwierigkeiten herumschlagen.

Mehr Informationen zu diesem Thema finden Sie wie gesagt im Buch von Herrn Krause oder der DIN 1912 Teil 6 und diversen DVS Merkblättern.


Nebenzeiten
Definition: siehe Schweißnebenzeiten.

Netzbegrenzungsgerät (NBS)
Definition: Netzbegrenzungsgeräte werden auch Verriegelungsgeräte genannt.

Aufgrund von vielen großen Stromverbrauchern in Fabrikhallen, kann es wegen der hohen Spitzenlasten zu Einbrüchen in der Netzspannung kommen. Diese Einbrüche können dazu führen, daß Maschinen nicht mehr korrekt arbeiten, beispielsweise Schweißpunkte plötzlich nicht mehr halten.

 

Die maximale Netzlast muss in solchen Fällen limitiert werden und zwar derart, dass die Netzspannung nicht mehr einknickt. Zu diesem Zweck fasst man Maschinen zu sinnvollen Einheiten zusammen. Diese Einheiten werden dann durch Netzbegrenzungsgeräte freigeschaltet oder zeitweise blockiert. Dieses Freischalten oder Blockieren wird duch die NBS übernommen und geschieht vollautomatisch.

 

Ob NBS Geräte notwendig sind, hängt vom Anschlußwert ab, der in der Fabrik zugänglich ist.

 

Tipp: Sollte es nach der Installation einer Neuanlage plötzlich zu Problemen kommen, obwohl die Altanlagen zuvor einwandfrei gearbeitet haben, ist möglicherweise der Spitzenstrom zu groß und das Netz knickt ein. In diesem Fall kontaktieren Sie bitte Ihren Anlagenbauer. Er hilft Ihnen weiter, ob ein NBS notwendig ist, oder ein größerer Anschlusswert vom Stromlieferanten notwendig ist.


Normen für das Widerstandsschweissen
Begriff für:

DIN EN ISO 18278-1:2005-02, Widerstandsschweißen – Schweißeignung – Teil 1: Bewerten der Schweißeignung zum Widerstandspunkt-, Rollennaht- und Buckelschweißen von metallischen Werkstoffen (ISO 18278-1:2004); Deutsche Fassung EN ISO 18278-1:2004

 

DIN EN ISO 18278-2:2005-02, Widerstandsschweißen – Schweißeignung – Teil 2: Alternative Verfahren für das Bewerten von Stahlblechen für das Widerstandspunktschweißen (ISO 18278-2:2004); Deutsche Fassung EN ISO 18278-2:2004

 

DIN EN ISO 15609-5:2004-10, Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Schweißanweisung – Teil 5: Widerstandsschweißen (ISO 15609-5:2004); Deutsche Fassung EN ISO 15609-5:2004

 

DIN EN ISO 15614-12:2004-10, Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Schweißverfahrensprüfung – Teil 12: Widerstandspunkt-, Rollennaht- und Buckelschweißen (ISO 15614-12:2004); Deutsche Fassung EN ISO 15614-12:2004

 

DIN EN ISO 14327:2004-06, Widerstandsschweißen – Verfahren für das Bestimmen des Schweißbereichsdiagramms für das Widerstandspunkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen (ISO 14327:2004); Deutsche Fassung EN ISO 14327:2004

 

DIN EN ISO 14323:2004-02 (Entwurf), Widerstandspunkt- und Buckelschweißen – Zerstörende Prüfung von Schweißverbindungen – Probenmaße und Durchführung des Schlagscherzugversuches und des Schlagkopfzugversuchs (ISO/DIS 14323:2003); Deutsche Fassung prEN ISO 14323:2003


Oberflächengüteklassen
Definition: Güteklasse Beschreibung

1

Oberflächen, die ohne Nacharbeit frei von Elektrodeneindrücken sind. Anlauffarben sind zulässig.

Merkmal: Nach Spritzlackierung ohne vorangegangenes Spachteln und Schleifen dürfen die Schweißstellen mit dem bloßen Auge nicht erkennbar sein (nur einseitig erreichbar).

 

2

Oberflächen, an denen Punktschweißmarkierungen (Elektrodeneindrücke, ringförmige Wulstbildungen, Unebenheiten durch Wärmeverlust usw.) nicht mehr als 10% der jeweiligen Blechdicke betragen.

 

Merkmal: Nach Ausgleich (Richten, Schleifen, Schmirgeln, Spachteln uws.) dürfen die Schweißstellen nach Spritzlackierung nicht mit dem bloßen Auge erkennbar sein.

 

3

Oberflächen, an denen Punktschweißmarkierungen nicht mehr als 25% der jeweiligen Einzelblechdicke betragen. In diesem Rahmen sind auch festhaftende Schweißspritzer erlaubt, sofern die Zeichnung nicht Grat- und Spritzerfreihet vorschreibt.

 

4

Ohne irgendwelche speziellen Güteanforderungen.

 

Quelle: DVS 2902 Teil 4


Ohmsches Gesetz
Definition: URI ist ein Kanton in der Schweiz, das lernten wir schon in der Schule, um uns das Gesetz über den Ohmschen Widerstand merken zu können.

Die Grundformel ist:

U = R ⋅ I mit R = elektrischer Widerstand und I = elektrischer Strom.

 

Das Ohmsche Gesetz gilt strenggenommen nur für Gleichstrom, läßt sich in angepaßter Form auch für Wechselstrom anwenden.

 

Es beschreibt den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung auf einfache Weise. Der Widerstand R wird im Fall des Widerstandsschweißens durch die Elektroden, dazwischenliegenden Materialien und Gegenelektrode maßgeblich beschrieben. Gäbe es dort keinen Widerstand, dann täte sich auch nichts, da keine Spannung abfällt.

 

Aus dem Spannungsabfall ergibt sich ein Leistungsumsatz P, der sich in Wärme ausdrücken läßt (Joulsches Gesetz). Diese Wärme schließlich sorgt für das Aufschmelzen und für die Erzeugung der Verbindung.

 

Man sieht leicht, dass bei Materialien mit niedriegem Widerstand, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, ein anderes Vorgehen beim Schweißen vorzusehen ist als bei Stahl. Bei niederohmigen Materialien muss mit einem sehr viel höheren Strom als bei hochohmigen Materialien gearbeitet werden.

 

Diese Tatsache spiegelt sich unmittelbar bei der Auslegung der elektrischen Komponenten wieder.

 

Etwas zur Historie des Gesetzes: Das Ohmsche Gesetz wurde von Herrn Ohm aufgestellt. Sein Geburtshaus befindet sich in einer schmalen Gasse im schönen Erlangen nahe Nürnberg. Eine in die Front eingelassene Platte erinnert hieran.


Per
Definition: Abkürzung für Periode. Beim Netzfrequenzschweißen mit 50 Hz beträgt die Zeiteinheit für eine Periode 20 ms.

Phasenanschnitt
Definition: Beim Netzfrequenzschweißen wird mit dem Phasenanschnitt die Leistung geregelt.

Prüfung von Schweißverbindungen
Begriff für:

Als Werkstattversuche stehen zur Verfügung:

  • der Schälversuch
  • der Abrollversuch
  • der Meißelversuch

 

Bei den Werskattversuchen wird der erreichte Punktdurchmesser ermittelt und ob der Punkt ausknöpft.

 

Obige Verfahren gehören zur Gruppe der zerstörenden Verfahren. Weitere sind:

 

der Scherzugversuch

  • der Kopfzugversuch
  • der Torsionsversuch
  • die Prüfung durch schlagende Belastung
  • der Dauerschwingversuch

 

In der Fabrik kommt die Ultraschallprüfung hinzu. Diese gehört zu den nicht zer-

störenden Verfahren. Weitere sind:

  • die Farbeindringprüfung
  • die Durchstrrahlungsprüfung
  • die Schallemissionsprüfung
  • die metallografische Untersuchung

 

Das Prüfen von Widerstandsschweißverbindungen ist eines der heikelsten Themen in der Qualitätssicherung. Mit zerstörungsfreien Prüfverfahren sind beim Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen keine eindeutigen Aussagen über die Qualität zu erreichen. Aus diesem Grund werden in der Praxis einfache Werkstattversuche und Prüfverfahren eingesetzt.

Parallel dazu wird ein zerstörungsfreies und „inline“ Verfahren entwickelt. Beim einfachen Werkstattverfahren werden zur Beurteilung der Schweißqualität Schäl-, Abroll- und Meißelversuche eingesetzt. Die Schweißproben werden damit zerstört und die Art des Bruches sowie die Größe des ausgerissenen Punktes zur Bewertung der Schweißverbindung herangezogen. Man unterscheidet bei der Art des Bruches zwischen einem Ausknöpfen und einem Abscheren.

Gerade bei den neuen hochfesten Stahlsorten ist die Aussage aber nicht eindeutig, da es zu Mischbrüchen kommen kann. Mit diesem Thema beschäftigt sich auch gerade eine Expertengruppe des DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.). Weitere mechanisch-technologische Prüfverfahren sind der Scherzugversuch, der Kopfzugversuch, der Torsionsversuch oder der Dauerschwingversuch. Diese Verfahren werden abhängig von der konkreten Belastung bzw. den Qualitätsanforderungen eingesetzt.

Als zerstörungsfreies Prüfverfahren kommen hauptsächlich die Meißelprobe und das nachträgliche Ultraschallprüfen zum Einsatz.

Beide Verfahren haben ihre Problematiken. Bei festeren und dickeren Materialien kann die Meißelprobe nicht mehr eingesetzt werden. Das Ultraschallprüfen macht bei beschichteten Materialien große Probleme, ist abhängig von der subjektiven Beurteilung der Schallfolgen und die Ankopplung der Prüfköpfe ist nicht immer möglich.

Aufgrund dieser Problematiken und der nur stichprobenhaften Auswertung der Qualität geht der Trend beim Widerstandsschweißen, wie bei anderen Fertigungsverfahren auch, in Richtung „Inline“ Überwachung und Prüfung der Schweißverbindungen. Dies kann sehr gut mit dem PQSweld System realisiert werden. Ein großer deutscher Automobilhersteller hat das PQSweldVerfahren als empfohlenes Prüfverfahren deklariert. Der Vorteil hierbei ist die lückenlose Bewertung aller Schweißungen durch die Erfassung von Schweißstrom und Schweißspannung und die Auswertung durch entsprechende Algorithmen. 100% aller Schweißungen werden bewertet.

 

Mehr Informationen dazu finden Sie in einer der nächsten Ausgaben der HWH Schweißzeit. Weitere Informationen gibt es auch in den DVS Merkblättern und im Fachbuch Widerstandspressschweißen von Herrn Manfred Krause.


Punktabstabstand "e"
Begriff für:

Um Nebenschluß sicher zu vermeiden, muß der Punktabstand nach der folgenden Formel gewählt werden (Mindestwert):

 

e ≥ 10 ⋅ (t1 + t2) [mm]


Punktreihenabstand "f"
Begriff für:

Bei einer Anordnung mehrerer Punktreihen nebeneinander muß Nebenschlußfreiheit gewährleistet sein. Daher ist der Reihenabstand mindestens entsprechend dem Punktabstand e zu wählen. Im Fall einer versetzten Anordnung gilt dies für den Diagonalabstand zwischen den Punkten der Punktreihen:

 

f ≤ e [mm]


Randabstand "v"
Begriff für:

Um Verquetschungen der Blechkanten, Spritzer, zusätzliche Elektrodenbeschädigung und Festigkeitseinbußen zu vermeiden, muss der Randabstand nach der folgenden Formel gewählt werden:

 

v ≥ 1,25 ⋅ dp


Rollennahtschweissen
Definition: Neben dem Punkt- und Buckelschweißen wird relativ häufig dass Rollennahtschweißen (Kurzzeichen RR) eingesetzt. Auch hier gelten verfahrensbedingt die gleichen Grundlagen wie beim Widerstandspunktschweißen.

Vereinfacht kann man das Rollennahtschweißen als Folge von Einzelpunkten betrachten. Je nach Geschwindigkeit und Aufeinanderfolge der Einzelpunkte kann eine dichte Schweißnaht erreicht werden. Ein Rollenpaar, in der Regel eins davon angetrieben, ersetzt die Elektroden. Das Rollenpaar berührt die Werkstücke punktförmig wie zwei Elektroden und lässt bei Stromdurchgang die Schweißung stattfinden. Durch das Drehen der Elektroden "wandert" der Schweißpunkt weiter und führt letztendlich zu einer Schweißnaht. Da immer andere Kontaktstellen der Rollen den Schluss gewährleisten, wird eine gleichmäßige und sehr geringe Elektrodenbelastung erzielt.

Die Punktfolge kann durch Dauerstrom oder einem Stromprogramm (Strompuls und Strompause im Wechsel) variiert werden, um eine Dichtnaht oder eine Heftnaht zu bekommen. Dies ist immer von der konkreten Anwendung und dem Werkstückmaterial abhängig. Da durch die schnelle Punktfolge bzw. Dauerschweißung die Einschaltdauer sehr hoch ist, muss auf entsprechende Anschlussleistungen geachtet werden. Prozessbedingt tauchen die metallischen Bauteile oft in die Sekundärausladung ein und führen zu induktiven Verlusten. Bei Wechselstrommaschinen werden aus diesem Grund Steuerungen mit Konstantstromregelung eingesetzt bzw. man verwendet auch sehr häufig wegen der hohen Schweißleistung Gleichstrommaschinen zum Rollennahtschweißen. Immer häufiger setzt sich auch hier der Trend zur Mittelfrequenz durch. Mittels Mittelfrequenzsteuerungen wird es möglich, die Puls-Pausenverhältnisse im Millisekundenbereich einzustellen.

 

Das Merkblatt DVS 2906 bietet weitere Details und Wissenswertes zum Rollennahtschweißen.


Schutz vor elektrischem Strom
Begriff für:

Wir haben für sie eine ausführliche Beschreibung zusammen gestellt.

Zum Download des Artikels bitte hier klicken.


Schweißeignung von Werkstoffen
Definition: Die Schweißbarkeit von Bauteilen wird von drei Faktoren maßgeblich bestimmt. Das ist die „Schweißeignung“ des Werkstoffes, die „Schweißsicherheit“ der Konstruktion und die „Schweißmöglichkeit“ der Fertigung.

Die Eignung des Werkstoffes zum Schweißen wird im Wesentlichen beeinflußt durch:

  • die physikalischen Eigenschaften
  • die chemische Zusammensetzung
  • die Oberflächenbeschaffenheit
  • die metallurgischen Eigenschaften

 

Das sind z.B. die Festigkeit, die Gefügeausbildung, die Korngröße, die Rauhigkeit, die elektrische und Wärmeleitfähigkeit sowie die Schmelztemperatur. Ausgedrückt wird die Schweißeignung im Schweißfaktor S. Materialien mit S > 0,8 gelten als gut schweißbar.

Beispiele:

  • Stahl,unlegiert S = 9,05
  • Aluminium S = 0,84
  • Kupfer S = 0,186

 

Werte kleiner 0,3 bedeuten eine schlechte Schweißeignung.

 

Literaturtipp: Krause, M.: Widerstandspreßschweißen. Schweißtechnische Praxis Bd. 25. DVS-Verlag, Düsseldorf 1993.


Schweißeinstellwerte
Definition: Die wichtigsten Parameter beim Widerstandspressschweißen sind der Schweißstrom, die Zeit und die Kraft.

Dazu kommen natürlich die ebenfalls schon beschriebenen Nebenzeiten. Diese 3 Hauptparameter werden entsprechend dem Material, dem Verfahren und den Anforderungen an die Schweißverbindung eingestellt.

Aufgrund der Erfahrungen gibt es dazu Empfehlungswerte vom DVS, der Automobilhersteller und der Maschinenbauer. Beim Widerstandspunktschweißen können für diese Parameter bei Stahlblech einfache Faustformeln benutzt werden. Es gilt dann:

  • Für den Schweißstrom: I² h in kA
  • Für die Schweißzeit: ts² 8 ⋅ h in Perioden (20 ms)
  • Für die Elektrodenkraft: F ² 2000 × h in Newton

 

Wobei h die Blechdicke des dünnsten Einzelbleches darstellt. Diese Parameter sind notwendig, um einen erforderlichen Schweißlinsendurchmesser zu erreichen, der ebenfalls in Merkblättern des DVS und in Herstellerrichtlinien angegeben wird. Auch hierfür gibt es eine einfache Regel, der Mindestdurchmesser:

 

dL ² 5 ⋅ h in mm

 

Bei Einsatz unterschiedlich dicker Materialien werden der Linsendurchmesser und damit die Grundparameter nach dem dünnsten Einzelblech ausgewählt. Wichtig in diesem Zusammenhang ist die Tatsache, dass der mögliche Schweißlinsendurchmesser nur etwa 80% vom Elektrodendurchmesser erreichen kann. Diese angegebenen Richtwerte beziehen sich auf eine Mittelzeitschweißung, wie sie in der Praxis häufig eingesetzt wird.

Die besten Schweißqualitäten sind mit Kurzzeitschweißungen erreichbar. Dafür sind dann die Parameter anzupassen, der Schweißstrom und die Kraft nach oben und die Schweißzeit, wie der Name schon sagt, nach unten. Kurzzeitschweißungen sind in der Realität aufgrund von schlechten Passungen und Druckbedingungen leider nicht immer durchführbar. Diese Parameterrichtwerte gelten für Wechselstrom 50 Hz und können für Mittelfrequenz ebenfalls verwendet werden. Durch die Gleichstromcharakteristik kann aber bei Mittelfrequenz mit kürzeren Zeiten oder geringeren Strömen gearbeitet werden, was sich positiv auf Elektrodenstandzeit und Energieverbrauch auswirkt.

Beim Einsatz von Aluminium oder höherfesten bzw. beschichteten Stahlsorten müssen die Parameter ebenfalls an die Gegebenheiten des Materials wie Wärme- und Stromleitfähigkeit bzw. Widerstand angepasst werden.

Mehr Informationen dazu finden Sie in den DVS Merkblättern und den Richtwerttabellen der Maschinenbauer.


Schweißelektrode
Definition: Die Schweißelektroden übertragen den Schweißstrom und die Elektrodenkraft auf die Werkstücke. Sie sind die, den Stromübergang vermittelnden, elektrischen Leiter.

Die thermische Leitfähigkeit des Elektrodenwerkstoffes sowie die Form und Masse der Elektroden beeinflussen die Wärmebilanz des Schweißprozesses. Die Anforderungen an die Elektroden bzw. an deren Werkstoff sind sehr vielschichtig und zum Teil gegensätzlich. Neben guter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, bestimmt durch den Widerstand des Materials, der Form und Masse sowie der Kühlung, sind eine hohe Grund- und Warmhärte für eine hohe Standzeit unabdingbar. Weiter sind die Anlassbeständigkeit, eine hohe Erweichungstemperatur und eine geringe Legierungsneigung mit dem zu schweißenden Werkstoff wichtig.

Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden, muss in allen Fällen ein Kompromiss gemacht werden. Gebräuchliche Elektrodenwerkstoffe sind Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierungen in verschieden ausgehärteten Qualitäten zum Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen von Stahlsorten, von beschichtet bis hochlegiert. Desweiteren werden oft Kupfer-Kobalt-Beryllium und Kupfer-Nickel/Kobalt-Beryllium eingesetzt. Für Aluminium und für Buntmetalle wie Kupfer selbst, werden spezielle Materialien wie kaltverfestigte Mischungen Selen-Kupfer-Silber oder Wolframlegierungen verwendet.

Ganz entscheidend ist auch die Form und Kontaktoberfläche der Elektroden. Die Form wird weitestgehend vom zu schweißenden Werkstück bestimmt. In der Regel werden gerade, gewinkelte oder gekröpfte Punktelektroden benutzt. Bei der Kontaktoberfläche unterscheidet man zwischen balligen und flachen Elektroden. Ballige werden bevorzugt, wenn man eine bessere anfängliche Punktberührung zwischen Elektrode und Bauteil erreichen will. Der Durchmesser der Elektrode ist nach benötigter Stromdichte und für die Übertragung der notwendigen Elektrodenkraft zu wählen.

 

Mehr Informationen zu der richtigen Wahlder Elektrodenform und des Elektrodenmaterials finden Sie in der DIN ISO 5182 sowie im DVS Merkblatt 2903.


Schweißen nach DIN 1910
Definition: „Schweißen ist das Vereinigen von Werkstoffen in der Schweißzone unter Anwendung von Wärme und / oder Kraft mit oder ohne Schweißzusatz“.

Die zum Schweißen erforderliche Wärme wird durch Stromfluß über den elektrischen Widerstand der Schweißzone erzeugt.

 

Die Wärmeentwicklung an der Schweißstelle erfolgt durch das Zusammenwirken von Schweißstrom, Widerstand und Schweißzeit nach dem Jouleschen Gesetz:

 

Q = I2 ⋅ R ⋅ t


Schweißhauptzeiten
Definition: Die wichtigsten Parameter beim Widerstandsschweißen sind natürlich Strom, Kraft und Zeit. Nachdem die Nebenzeiten für konstante Randbedingungen sorgen, sind nun die stromführenden Zeiten, also die Hauptzeiten Thema.

Die Stromzeit ist die Zeit, in welcher der Schweißstrom durch die Werkstücke fließt. In allen HWH Schweißsteuerungen werden die Schweißzeiten digital berechnet und ausgegeben. Die Zeiten sind absolut genau und reproduzierbar. Je nach Steuerungsart werden sie in Perioden ( 20 ms ), Halbwellen ( 10 ms ) oder direkt in Millisekunden eingegeben.

 

Für eine optimale Anpassung des Schweißstroms an die spezielle Schweißaufgabe kann ein Stromanstieg (up slope) zu Schweißbeginn oder auch ein Stromabfall (down slope) am Ende der Schweißung programmiert werden. Die gesamte Schweißzeit kann über die Eingabe der Impulsanzahl bis zu 9 mal wiederholt werden. Bei einigen Anwendungen, wie auch schon in der SZ 2-00 beschrieben, machen Vor- oder Nachwärmzeit mit einem entsprechendem Stromwert Sinn und können in unseren modernen Multifunktionssteuerungen programmiert werden. Selbst die sehr einfach zu bedienende MPS 200 besitzt schon die Möglichkeit eines Vorwärmimpulses.

 

Da die zu schweißenden Materialien immer komplexer und in ihren Schweißeigenschaften leider auch schlechter werden, sind diese komplexen Programmiermöglichkeiten der Schweißzeiten sehr wichtig. Nur damit lassen sich die modernen Werkstoffe prozesssicher schweißen. HWH bietet mit seinen Steuerungen in der Netz- und Mittelfrequenztechnik eine Vielzahl an Variationsmöglichkeiten, die Schweißzeiten optimal an Ihre Anwendung anzupassen.


Schweißnebenzeiten
Definition: Schweißnebenzeiten sind alle Zeiten im Programmablauf, bei denen kein Strom fließt.

Nachdem in der letzten Folge das DIN-Profil eines Schweißprogrammablaufes beimWiderstandsschweißen erläutert wurde, wird heute auf die Bedeutung der Schweißnebenzeiten hingewiesen.

Schweißnebenzeiten sind alle Zeiten im Programmablauf, bei denen kein Strom fließt. Doch darum sind sie nicht minder wichtig. Die wichtigsten Nebenzeiten sind die Vorhalte- oder auch Vorpresszeit, die Pausenzeit und die Nachhalte- oder Nachpresszeit. Oft in der Praxis unterschätzt wird die Bedeutung der Vorhaltezeit (VHZ). Sie muss so lang eingestellt sein, dass die Elektroden sich schließen und den gewünschten Druck aufbauen können. Ist sie zu kurz, kommt es zum Anfangsspritzen, da die nötige Kraft noch nicht aufgebaut ist. Wird sie zu lang gewählt, geht dies auf Kosten der Taktzeit. Gerade bei modernen Werkstoffen wie hochfesten Stählen oder bei großen Blechdicken arbeitet der Einrichter mit mehreren Schweißimpulsen. Dabei ist die Zeit zwischen den einzelnen Impulsen wichtig, die Pausenzeit. Darin erfolgt eine Wärmeverteilung in der Umgebung der Schweißstelle, ohne dass es zu einer vollständigen Rückkühlung der Elektroden kommt. In der Regel ergibt das Pausenzeiten im Bereich von 1 bis 2 Perioden oder 10 bis 50 ms je nach Anwendung.

Die Nachhaltezeit (NHZ) läuft nach der letzten stromführenden Zeit ab. Sie dient der schnellen Abkühlung des Schweißpunktes unter Druck, damit die Schweißstelle Kräfte übertragen kann. Wie bei der Vorhaltezeit ist auch hier die Dauer von Bedeutung. Es gilt das Motto: so kurz wie möglich und so lang wie nötig. Bei zu langer Nachhaltezeit kann durch die intensivere Abkühlung das Material verhärten, bei zu kurzer besteht die Gefahr, dass die Schweißpunkte die Kräfte noch nicht aufnehmen können und aufreißen. 


Schweißspritzer
Definition: Siehe auch Spritzer.

Schweißzeit
Definition: Zeitperiode, während der Schweißstrom fließt und der eigentliche Schweißprozess abläuft.

Die Länge der Schweißzeit ist u. a. abhängig von:

  • Material
  • Materialstärke
  • Anwendung, z. B. Punkt- oder Buckelschweißen
  • Elektrodenkraft

Spritzer
Definition: Bei zu hohem Energieeintrag in eine Schweißstelle kommt es aufgrund der sich schnell änderndem Materialeigenschaften zu einem unerwünschten Materialauswurf, dem Spritzer.

Stepperfunktion
Definition: Zur Erzielung gleichbleibender Schweißqualität, sprich gleicher Punktdurchmesser, muss der Schweißstrom erhöht werden. Dies kann manuell geschehen oder automatisiert mit Hilfe der sogenannten Stepperfunktion.

Beim Punktschweißen verschleißen die Elektroden mit zunehmender Anzahl der Schweißungen. Erstens vergrößern sich die Elektrodenoberflächen durch das stete Aufschlagen und Pressen der Elektroden auf die Werkstücke und zweitens kommt es zu Anlegierungen an der Elektrodenoberfläche, gerade bei beschichteten Materialien. Demzufolge wird durch die größere Fläche die Stromdichte geringer und durch die Anlegierungen der Übergangswiderstand größer.

Das bedeutet in der Praxis, dass die Schweißpunkte geringer ausfallen. Zur Erzielung gleichbleibender Schweißqualität, sprich gleicher Punktdurchmesser, muss der Schweißstrom erhöht werden. Dies kann manuell geschehen oder automatisiert mit Hilfe der sogenannten Stepperfunktion.

Über den Schweißpunktzähler in der Schweißsteuerung wird, basierend auf dem programmierten Grundstrom bei neuen Elektroden, bei vorzugebenden Zählerständen der Strom entsprechend dem Elektrodenverschleiß erhöht. Bei Steuerungen älterer Generationen, bis ca. Anfang / Mitte der 90er Jahre geschah dies Schritt- oder Steppweise. Bei Erreichen des vorprogrammierten Zählerwertes wurde der Stromsollwert um ein ebenfalls programmierbaren Wert in Prozent erhöht. Der Sollstrom sprang praktisch im Laufe der Elektrodenstandzeit mehrfach hoch. Dabei bewegte er sich von der Klebergrenze bis fast an die Spritzergrenze. Bei modernen Steuerungen wird der Sollwert zwischen den einzelnen Stützwerten linearisiert und kontinuierlich hochgefahren. Damit kann der natürliche Verschleißverlauf exakt nachgefahren werden und Erhöhungen der Standzeit bis zu 30 % bei konstanter Schweißqualität wurden erreicht.

 

Bei beiden Verfahren war natürlich ein experimentelles Ermitteln der Kurven und damit der Stepperwerte notwendig. Dies ist zeitaufwendig und damit sehr kostenintensiv. In heutigen automatisierten Fertigungen wird die Stepperfunktion im Zusammenspiel mit den Möglichkeiten der Kappenfräser als Elektrodenmanagement genutzt. Dabei kann über die Schweißsteuerung das Fräsen, das Kappenwechseln und das jeweilige Anzeigen mit Vorwarnung etc. komfortabel organisiert werden.

Mit den Mittelfrequenzsystemen mit integrierter IQR Regelung wird der Kappenverschleiß heute sogar schon automatisch ausgeregelt.


Stromarten beim Widerstandsschweißen
Definition: Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Wechsel- und Gleichstrom. Am weitesten verbreitet ist der netzfrequente Wechselstrom ( 50 bzw. 60 Hz ).

Dazu benötigt man ein Thyristorleistungsteil - siehe SZ 4/98 - und eine konventionelle Schweißsteuerung, z.B. MPS 100/200, MPS 9173 oder MPS 15043. Ein zweiter, wenn auch äußerst seltener Vertreter des Wechselstroms ist Niederfrequenz oder Frequenzwandler. Für diese Wechselstromart bietet HWH die MPS 7054 Steuerung an.

 

Gleichstrom kann über Dreiphasen-Sekundärgleichrichter (6-Pulsschaltung) oder Einphasen-Doppelweg-Sekundärgleichrichter erzeugt werden. Im ersten Fall müssen drei Thyristorleistungsteile und eine Steuerung mit drei Zündausgängen (MPS 8043/1, MPS 9173 R2 oder Ratia) eingesetzt werden.

 

Immer mehr Einsatzgebiete findet der mittelfrequente Gleichstrom, der durch die Kombination Inverter und MF-Transformatoren mit Sekundärgleichrichter (Inverter HWI 2000 und Trafos HWT 2000) erzeugt wird.

 

Für alle möglichen Stromarten finden Sie bei HWH die passende Steuerung und das entsprechende Leistungsteil. Mit den Bedieneinheiten Mundus und HWS 2102 bzw. MPS 100/200 finden Sie sogar ein einheitliches Programmierkonzept, unabhängig von der Stromart.


Stromdichte
Definition: Die Stromdichte ist ein wesentlicher Faktor beim Widerstandsschweißen. Sie ist definiert als Quotient aus Strom bezogen auf die Fläche. Angenommen der Strom sei konstant, dann ist die Stromdichte bei kleiner Fläche höher als bei großer Fläche.

Thyristor
Definition: Elektrisches Schaltelement zum Schalten hoher Ströme.

Der Thyristor ist im Ruhezustand isolierend und wird über eine Zündspannung geschaltet. Wird die Zündspannung unterschritten, wird der Thyristor wieder leitend. Um beim Netzfrequenzschweißen beide Teile eines Schwingungszyklus auszunutzen, werden in einer Leistungsstufe zwei Thyristoren antiparalell geschaltet.

 

Abgesehen von ganz geringen Leckströmen fließt beim Anlagen der Spannung (sofern die Sperrespannung nicht überschritten wird) kein Strom durch den Thyristor. Wird jedoch an die Anode eine positive Spannung gegenüber der Kathodenspannung angelegt wird und ein Stromimpuls auf das Gate gegeben wird, so bricht die Sperrschicht des ersten n-p-Überganges zusammen, und es fließt ein Strom vom Gate zur Kathode. Die Raumladungsverhältnisse innerhalb des Thyristors werden an den Sperrschichten dadurch so verändert, daß der Thyristor spontan leitend wird. Es fließt nun ein Strom von der Anode zur Kathode, dessen Größe nur durch den Arbeitswiderstand und die anliegende Spannung bestimmt wird. Ein Steuerstrom über das Gate ist jetzt wirkungslos. Der Anodenstrom wird erst unterbrochen, wenn er beispielsweise durch Verringern der Spannung oder Vergrößern des Arbeitswiderstandes unter den sogenannten Haltestrom sinkt und somit erst im Stromnulldruchgang löscht.


Thyristorleistungsteil
Definition: Das Leistungsteil bei Wechselstromschweißanlagen besteht aus einem Paar, antiparallel geschaltenen Thysistoren. Das sind, einfach ausgedrückt, steuerbare Dioden.

Sie bestehen aus Anode und Katode, wie es von den Dioden bekannt ist und darüber hinaus aus einem Gate. Dieses Gate ist ein Steueranschluß, über den man den Phasenanschnitt einstellen kann. Ein Thyristor muß in bezug auf Schaltstrom und Sperrspannung dimensioniert werden. Diese Werte richten sich nach Schweißaufgabe und Primärspannung der geplanten Schweißanlage. In den entsprechenden Datenblättern sind diese Thyristoreigenschaften dokumentiert.

 

Harms & Wende bietet Thyristorsätze von 45 A bis 5000 Ampère Schaltstrom und in verschiedenen Sperrspannungen an. Standard ist eine Sperrspannung von 440 V. Höhere Spannungen werden an besonderen Netzen oder beim Abbrennstumpfschweißen benötigt.


Transformator (Trafo)
Definition: Ein Trafo ist ein elektrisches Übersetzungselement, das eine hohe Spannung in eine niedrige übersetzt und umgekehrt. Die zugehörige Leistung verhält sich entsprechend.

Trafos bestehen aus einem Eisenkern und Wicklungen, welche die Eigenschaften bestimmen. Das Wicklungsverhältnis bestimmt die Übertragung von einer Spannung in eine andere. Das Wicklungsverhältnis läßt sich direkt mit dem Übersetzungsverhältnis eines Getriebes vergleichen.

 

Großes Übersetzungsverhältnis:

 

Eingangsseite: kleine Drehzahl, kleines Drehmoment (Kraft)

Hohe Spannung, kleiner Strom (Leistung)

Ausgangsseite: hohe Drezahl, hohes Drehmoment (Kraft)

Niedrige Spannung, hoher Strom (Leistung)

 

Beim Widerstandsschweißen haben wir es i. d. R. immer mit großen Übersetzungsverhältnissen zu tun.

 

Bei Netzfrequenztransformatoren kommt ein wesentlicher induktiver Faktor hinzu. Aufgrund der Wechselspannung, i. d. R. 50 Hz, werden Spannungen und Ströme induziert, die der Eingangsspannung entgegenwirken und den Spannungsaufbau auf der Sekundärseite hemmen.

Dieses Phänomen ist bei Mittelfrequenztransformatoren weniger ausgeprägt, da es sich hier um einen hochfrequenten Strom (1000 Hz) handelt.

 

Tipp: Speziell beim Buckelschweißen sollte man die Sekundärspannung des Transformators beachten. Die Spannung muß zum Sekundäraufbau (induktiver und ohmscher Widerstand) passen. Es kann daher hilfreich sein, mit mehreren Trafos in einer Anlage zu arbeiten. Wenden Sie sich an Ihren Harms & Wende Partner oder Ihren Maschinenbauer.

 


Überlappung "b"
Begriff für:

Bei einer Überlappung ebener Bleche beträgt die mindestens erforderliche Überlappungsbreite das zweifache des Randabstandes:

 

b ≥ 2 ⋅ v


Überwachung Widerstandsschweißen
Definition: Jeder Fertigungsprozess muss auf Einhaltung der Prozessparameter bzw. auf das zu erreichende Ergebnis kontrolliert werden.

Die berechtigten Forderungen der Kunden nach Qualität verlangen immer weiterführende Maßnahmen zur Sicherung der Produktion. Das betrifft sowohl die Herstellung unserer Produkte als auch der Schweißverbindungen die Sie bzw. Ihre Kunden mit Hilfe unserer Schweißsysteme produzieren.

Neben der obligatorischen Endkontrolle mittels stichprobenhafter zerstörender Prüfung können Parameter- oder Prozessüberwachungen helfen, die Qualität zu sichern. Je nach Aussagekraft oder Akzeptanz der Überwachung, kann der Aufwand an zerstörender Prüfung als Endkontrolle reduziert und damit Kosten eingespart werden. Dies ist das Ziel jeder online Überwachung.

 

Bei unseren Schweißsteuerungen bzw. Systemen bieten wir unseren Kunden mehrere Stufen an Parameter- oder Prozessüberwachung. Es fängt bei der einfachen Strommengenüberwachung mit dem ME10 als separates Zusatzgerät an, das für viele Prozesse ausreichend und aussagekräftig ist. Die Steuerungsserien MPS 200, MPS 8043IQ und MPS 15043IQ, MPS 9173 und die Inverter aller Serien sind optional mit einer integrierten Stromüberwachungsfunktion erweiterbar. Die Mittelfrequenzinverter Serie Profil IQ zusätzlich noch mit einer Regelhubüberwachung. Mit dieser integrierten Parameterüberwachung können sehr gute Ergebnisse erzielt werden, um die Kontrollen der Qualitätssicherung zu reduzieren.

Ein weiterer Schritt ist die echte Prozessüberwachung mit dem System PQSweld. Dabei werden nicht nur die reinen Parameter Strom und Spannung überwacht, sondern auch die durch Informationsverdichtung über die Fuzzy Klassifikation erreichten Prozessabbilder der konkreten Schweißung. Erstmals erlaubt ein Verfahren die Online oder Echtzeitbewertung der Schweißung. Damit kann die notwendige Produktionskontrolle durch anschließende zerstörende Prüfung auf ein Mindestmaß reduziert werden.


Verriegelungsgerät
Definition: siehe auch: Netzbegrenzungsgerät

Vorhaltezeit
Definition: An der Schweißsteuerung einstellbare Zeitperiode. Während dieser Zeit baut sich die Elektrodenkraft auf. Optimal eingestellt ist die Vorhaltezeit, wenn die eingestellte Elektrodenkraft genau dann erreicht wird, wenn die Vorhaltezeit zu Ende ist.

Vorpuls
Definition: Kurzer Erwärmungsvorgang vor dem eigentlichen Schweißprozess. Der Vorpuls wird beispielsweise eingesetzt, um unerwünschte Beschichtungen zu entfernen.

Wechselspannung
Definition: Eine Wechselspannung ist eine Spannung die sich periodisch über die Zeit ändert. Die Definition erfolgt über die Anzahl der Schwingungen je Sekunde; die Einheit hierfür ist Hertz (Hz).

Im europäischen Raum beträgt die sog. Netzfrequenz 50 Hz, in angloamerikanischen Ländern oft 60 Hz.


Werkstoffe
Begriff für:

In der verarbeitenden Industrie werden entsprechend den vielfältigen Anforderungen an widerstandsgeschweißte Bauteile sehr unterschiedliche metallische Werkstoffe eingesetzt. Dabei reicht die Palette von unlegierten weichen Stählen über höherfeste, oberflächenveredelte Stähle, nichtrostende Stähle bis hin zu den Nichteisenmetallen (NE-Metalle) wie Kupfer, Messing, Aluminium, Zink, Zinn und Blei.

Unter den metallischen Werkstffen besitzt Stahl die umfangreichste Anwendung. Dies ist nicht zuletzt auf den hohen Entwicklungsstand der zahlreichen Stahlsorten zurückzuführen, die für das jeweilige Bauteil eine optimale Wahl erlauben. Darüberhinaus wird Stahl zu einem günstigen Preis angeboten und er ist einfach zu recyceln. Moderne Fertigungsferfahren führen - trotz Herstellung in großen Mengen mit gleichbleibenden Qualitäten, die alle Anforderungen an Festigkeit, Zähigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Korrosionsschutz und Verarbeitbarkeit (Umformen, Schweißen, Lackieren) erfüllen.


Werkstoffe: Alterungsneigung
Begriff für:

Die Alterung der Stähle ist von ihrer chemischen Zusammensetzung, der Vergießungsart und der Wärmebehandlung abhängig. Elemente die zur Alterung führen sind Kohlenstoff und Stickstoff, wenn sie nicht abgebunden sind. Die Alterung ist bei vollständig beruhigt vergossenen Stählen, wie sie heute bis auf Ausnahmen hergestellt werden, sehr gering. So ist z.B. der besonders beruhigt vergossene IF-Stahl vollkommen alterungsfrei, da Kohlenstoff und Stickstoff vollständig abgebunden sind.

Die Kohlenstoffalterung kann heute z.B. bei den bake-hardening (BH )Stählen sehr genau eingestellt werden: Ein definierter Gehalt an gelöstem Kohlenstoff im Ferrit scheidet sich bei erhöhter Temperatur (Lackeinbrennen) an den Versetzungen aus und hebt durch diesen Alterungsvorgang die Streckgrenze an. Bei Raumtemperatur sind diese Stähle alterungsbeständig.

 

Bei Widerstandsschweißverbindung sind Alterungserscheinungen nicht bekannt.


Werkstoffe: Aluminium-Überzüge (AS)
Begriff für:

Stähle mit Aluminium-Überzügen können nach zwei Verfahren hergestellt werden. Beim Schmelztauchverfahren werden kaltgewalzte, unlegierte Stahlbänder und Stahlbänder aus allgemeinen Baustählen mit Aluminium überzogen. Beim Walzplattieren werden durch Kaltaufwalzen von dünnen Al-Folien mit etwa .1 % Si auf kaltgewalzte, unlegierte Stahlbänder die Werkstoffe gefertigt. Die Bänder werden anschließend rekristallisierend geglüht. Stähle mit Al Überzügen zeichnen sich durch gute Korrosions- und Zunderbeständigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, ein hohes Reflexionsvermögen sowie eine dekorative Oberfläche aus.

Überwiegend wird das Schmelztauchverfahren (Feueraluminieren) angewendet, bei dem das Stahlband in einem kontinuierlichen Prozess durch ein schmelzflüssiges Al oder Al Si Bad gezogen wird. Feueralulminiertes Stahlblech vom Typ 1 wird durch Eintauchen in eine Al Si-Legierung mit 5 bis 11 % Si hergestellt. Der Si-Gehalt verbessert das Umformverhalten. Die Überzüge haben Dicken zwischen 50 und 250 g/m2 zweiseitig. Das Widerstandsschweißen ist ohne größere Probleme durchführbar, eine Anpassung der Schweißdaten ist erforderlich. Im Gegensatz zu Aluminiumwerkstoff ist bei Stahlblechen mit Al-Überzügen keine aufwendige Vorbereitung der zu schweißenden Oberflächen erforderlich, eine Entfettung ist zweckmäßig. Aus schweißtechnischer Sicht sollte das Überzugsgewicht jedoch möglichst auf 150g/m2 zweiseitig begrenzt werden.


Werkstoffe: Anlauffarben
Begriff für:

 

Anlauffarben können sich beim Punktschweißen rostfreier Stähle durch Oxidation auf der Punktoberfläche bilden. Sie beeinträchtigen die Korrosionsbeständigkeit. Gründe für die Entstehung von Anlauffarben sind Öl und Verunreinigungen auf der Blechoberfläche. Sorgfältiges Säubern der Oberfläche vor dem Schweißen ist erforderlich.

 

Warmgewalzte Stähle

kaltgewalzte Stähle

metallisch oberflächenveredelt:
elektrolytisch veredelt
metallisch oberflächenveredelt:
schmelztauchveredelt

nichtrostende Stähle

  • weiche Stähle zum Kaltumformen
  • Stähle mit hoher Streckgrenze zum Kaltumformen
  • unlegierte Baustähle
  • weiche Stähle zum Kaltumformen
  • Stähle mit höherer Streckgrenze zum Kaltumformen
  • Sonderstähle mit höherer Festigkeit zum Kaltumformen
  • Zink-Überzug
    - weiche Stähle
    - Stähle mit höherer Streck-grenze
  • Baustähle
    - Zink / Nickel
    - Blei / Zinn
    - Zinn
  • Zink-Überzug
    - weiche Bsustähle
  • Zink / Aluminium
  • Aluminium / Zink
  • Aluminium
  • austenitische
  • ferritisch

 

  

 

Tafel 1: Überblick über die wichtigsten Stähle für widerstandsgeschweißte Bauteile

Werkstoffnummer

DIN 1614 Teil 2

Euronorm 111

DIN EN 10 111

1.0332

1.0398

1.0335

1.0389

ST W 22

RR St W 23

ST W 24

---

Fe P 11

FE P 12

FE P 13

---

DD 11

DD 12

DD 13

DD 14

 

 

 

 

 

Tafel 2: DIN EN 10 111, Kontinuierlich warmgewalztes Blech und Band als weichen Stählen zum Kaltumformen

Legende Spalte 4: Erstes D Flacherzeugnisse zum Warmumformen. Zweites D warmgewalzt für unmittelbare Kaltumformung.

Werkstoff Nr.DIN 17 100
Zugfestigkeit
Euronorm 25DIN EN 10 025
Streckgrenze

1.0035

1.0120

1.0115

1.0128

1.0140

1.0141

1.0554

1.0569

St 33

Z St 37-2

Z St 37-3

Z St 44-2

Z St 44-3 U

Z St 44-3 N

Z St 52-3 U

Z St 52-3 N

Fe 310-0

Fe 360 BKZ

Fe 360 CKZ

Fe 430 BKZ

Fe 430 CKZ

Fe 430 D1KZ

Fe 510 CKZ

Fe 510 D1KZ

S 185

S 235 JRC

S235 JOC

S 275 JRC

S 275 JOC

S 275 J2G3C

S255 JOC

S 355 J2G3C

 

 

 

   

 

Tafel 3: DIN EN 10 025, Warmgewalzte Erzeugnisse aus ungelierten Baustählen

Werkstoff Nr.

DIN 1623
Teil 1
Euronorm 130
Euronorm 139
DIN EN 10 130

1.0330

1.0347

1.0338

1.0312

1.0873

St 12

RR St 13

St 14

St 15

IF 18

Fe P 01

Fe P 03

Fe P 04

Fe P 05

Fe P 06

DC 01

DC 03

DC 04

DC 05

DC 06

 

 

 

 

 

 

 

Tafel 4: DIN EN 10 130, Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus weichen Stählen zum Kaltrumformen

Kennbuchstaben

Art der Oberflächenbehandlung

P

PC

C

PCO

CO

PO

O

U

phosphatiert

phosphatiert + chemisch behandelt

chemisch passivert

phosphatiert + chemisch behandelt + geölt

chemisch passiviert + geölt

phosphatiert + geölt

geölt

ohne Oberflächenbehandlung

 

Die Widerstandsverhältnisse beim Punktschweißen

 

Wie schon aus Folge 1 bekannt, wird die zum Schweißen benötigte Wärme durch den Stromfluß über den elektrischen Widerstand der Schweißzone erzeugt.

 

Entscheidend für die Wärmeerzeugung und damit für die Linsenbildung ist der Kontaktwiderstand zwischen den Blechen. Dieser muß deutlich größer sein als alle anderen Widerstände im Sekundärkreis. Der gesamte Übergangswiderstand besteht aus dem beschriebenen Kontaktwiderstand Blech-Blech, den beiden Übergangswiderständen Elektrode-Blech und Blech-Elektrode sowie den Stoffwiderständen der beiden Bleche und der Elektroden.

 

Während der Schweißung verändern sich die einzelnen Widerstände. Mit Vergrößerung von Elektrodenkraft und Temperatur erhöht sich die Berührungsfläche und der Übergangswiderstand nimmt ab. Durch die steigende Temperatur mit fortschreitender Stromzeit überwiegen die jetzt ansteigenden Stoffwiderstände.

 

Typisch für das Schweißen von Baustählen ist ein Einbrechen des Gesamtwiderstandes in den ersten Perioden der Schweißzeit und eine anschließende Zunahme bis zu einem Maximum. Dann kommt es durch das Nachsetzen der Elektroden zu einer Dickenreduzierung und der Widerstand nimmt wieder ab.


Werkstoffe: Ausdehnungsverhalten
Begriff für:

Das Ausdehnungsverhalten wirkt sich insbesondere auf den Verzug der Bauteile aus. So kann z. B. die hohe Wärmeausdehnung austenitischer rostfreier Stähle zu unzulässigen Verformungen bei geschweißten Bauteilen führen. Hier besitzen die Widerstandsschweißverfahren Vorteile, da die Schweißzone und die eingebrachte Wärmemenge gering sind.


Werkstoffe: Bake-Hardening-Stähle
Begriff für:

Eine zusätzliche Verfestigung kann bei diesen Stählen durch die beim Lackierprozess angewendete Wärmebehandlung erzielt werden. Dabei wird eine Übersättigung an Kohlenstoff im Stahl gerade soweit eingestellt, daß zwar beim Lackeinbrennen ein Härtungsprozeß durch Alterung eintritt, nicht jedoch bei üblichen Zeiten einer Lagerung bei Raumtemperatur. Durch Bake-Hardening wird eine Streckgrenzensteigerung von etwa 40 N/mm2 erreicht.

 

Die höherfesten Stähle zum Kaltumformen besitzen eine gute Widerstandschweißeignung. Diese ist auf die saubere Oberfläche und die niedrigen Kohlenstoff- (kleiner 0,10%) und die begrenzenden Mangangehalte zurückzuführen.

 

Sonderstähle mit höherer Festigkeit zum Kaltumformen erfreuen sich ebenfalls zunehmender Anwendung. Als Beispiele seien DP500 und die SSD 200 genannt. Bei ersterem ist das Gefüge gekennzeichnet durch eine ferritische Grundmatrix mit eingelagerten Martensitinseln. Die Festigkeitseigenschaften sind vom Volumenanteil an Martensit abhängig. Der vorliegende Verfestigungsmechanismus einer Gefügehärtung übt einen stärkeren Einfluß auf die Zugfestigkeit als auf die Streckgrenze aus. Dementsprechend werden trotz zunehmender Verfestigung durch Martensit für die Umformbarkeit günstige, niedrige Streckgrenzenverhältnisse erzielt.

 

Beim Stahl SSD 220 handelt es sich um einen höherfesten IF-Stahl mit angehobenen P-Gehalt. Er besitzt ein ausgezeichnetes Umformverhalten und eine ausreichende Schweißeignung.

 


Werkstoffe: Bezeichnung der Stahlsorten und der Behandlungszustände der Werkstoffe
Begriff für:

Einen Überblick über die wichtigsten Stahlwerkstoffe, die zum Widerstandsschweißen eingesetzt werden gibt Tabelle 1 (s.h. unten) wieder. Die zugehörigen Normen und Bezeichnungen der Stähle sind in den unten stehenden Tafeln zusammengefaßt. Da sich sowohl die nationalen als auch die intenationalen Normen stark geändert haben, sind jeweils mehrere Normen angegeben, auch wenn sie zwischenzeitlich überholt sind.


Werkstoffe: Blei-Zinn-Überzüge (TE)
Begriff für:

Stahlbleche mit Blei-Zinn-Überzügen werden im Schmelztauchverfahren oder elektrolytisch hergestellt. Aufgrund der hohen Korrosionsbeständigkeit werden verbleite Stahlbleche bevorzugt für die Herstellung von Kraftstoftbehältern aber auch von Gaszählergehäusen eingesetzt. Blei ist elektrochemisch positiv gegenüber Stahl, so dass ein kathodischer Schutz nicht gegeben ist. Um die Dichtheit des Blei-Überzugs zu verbessern, werden Zinngehalte von 5-20 % zulegiert. Übliche Zinngehalte elektrolytisch verbleiter Bleche liegen bei 7 %; wobei Auflagendicken von 5 Mikrometern je Seite üblich sind. Bedingt durch die geringe Härte und niedrigen Schmelzpunkt der Legierung (ca. 270 °C) ergeben sich geringe Kontaktwiderstände. Die Werkstoffe lassen sich mit guten Ergebnissen Widerstandsschweißen; mit zunehmendem Zinnanteil nimmt die Legierungsneigung zu und die Elektrodenstandmenge ab. Es können Standmengen von 1000 bis 3000 Punkten erreicht werden.


Werkstoffe: Diffusionsgeglühte Zinküberzüge (ZF)
Begriff für:

Stahlbleche mit diffusionsgeglühten Zinküberzügen (galvannealed) sind feuerverzinkte Feinbleche, deren Zinküberzug durch eine Wärmebehandlung in eine durchgehende Eisen-Zink-Legierungsschicht umgewandelt wird. Das Nachglühen erfolgt kontinuierlich in der Feuerverzinkungslinie. Der Eisenanteil im Überzug beträgt ca. 10 %. Die Oberfläche hat ein einheitlich mattgraues Aussehen. Es werden die gleichen Trägerwerkstoffe wie bei feuerverzinkten Stählen eingesetzt, an die Bezeichnung der Stähle wird an Stelle des Z für feuerverzinkt das Kürzel ZF (Zink/Eisen) angehängt. Die Überzüge werden nur in Dicken von 100 und 140 Mikrogran/m2 zweiseitig (entspricht 7 und 10 Mikrometer je Seite) geliefert. Der Werkstoff weist eine gute Lackhaftung und Beständigkeit gegen Unterwanderung bei Korrosionsbelastung auf. Er besitzt infolge der höheren Schmelztemperatur der Eisen-Zink-Legierung eine ausgezeichnete Widerstandsschweißbarkeit.


Werkstoffe: Einflussfaktoren auf die Schweißeignung
Begriff für:

Die Schweißeignung ist eine Werkstoffeigenschaft, sie kann für verschiedene Schweißverfahren sehr unterschiedlich sein. So kann ein Stahl der für das Schmelzschweißen eine weniger gute Schweißeignung besitzt für das Widerstands schweißen sehr gut geeignet sein. So ist z.B. verzinkter Stahl zum Schutzgasschweißen wegen Spritzer und Porenbildung nicht in jedem Fall geeignet, kann aber eine gute Punktschweißeignung aufweisen. Auch in Bezug auf die verschiedenen Widerstandsschweißverfahren sind ebenfalls Unterschiede vorhanden. Ein verzinktes Blech mit Phosphatierung, das für das Punktschweißen geeignet ist, kann aber beim Buckelschweißen zu Schwierigkeiten führen. Bei der Stahlauswahl muss bereits das vorgesehene Schweißverfahren mit berücksichtigt werden.

Die Widerstandschweißeignung eines Stahlwerkstoffes wird im wesentlichen von folgenden Faktoren beeinflusst:

  • Aufhärteneigung / Sprödbruchneigung
  • Alterungsneigung
  • Heißrissneigung / Lötrissigkeit
  • Seigerungen / Reinheitsgrad
  • Gefüge
  • Festigkeit / Zähigkeit
  • Oberflächenzustand

 

Diese Faktoren werden im wesentlichen durch die chemische Zusammensetzung, die Metallurgie sowie die Walz- und Glühtechnik bestimmt. Die chemische Zusammensetzung hat einen erheblichen Einfluss auf die Widerstandsschweißeignung und bestimmt im wesentlichen die Gefügeausbildung, Aufhärtung, Linsenausbildung, Rissbildung, Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung. Die Metallurgie ist für die Verbesserung des Reinheitsgrades, die Vermeidung von Seigerungen und für die Einhaltung der vorgegebenen chemischen Zusammensetzung verantwortlich. Das Warm- und Kaltwalzen sowie die Glühbehandlungen bestimmen die Festigkeit, Zähigkeit und den Oberflächenzustand.

 

Auch die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe sind von Einfluss:

  • Wärmeleitfähigkeit
  • elektrische Leitfähigkeit
  • Schmelzpunkt
  • Ausdehnungsverhalten

 

Der Einfluss der einzelnen Faktoren wird aufgezeigt.


Werkstoffe: Elektrische Leitfähigkeit
Begriff für:

Die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst die Widerstände zwischen Elektrode/Werkstoff und Werkstoff/Werkstoff. Ein Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit verhält sich im allgemeinen ungünstiger als ein Werkstoff mit geringerer Leitfähigkeit. Komplizierter werden die Verhältnisse bei oberflächenveredelten Stählen. Die meisten Überzugsmetalle haben bessere elektrische Leitfähigkeit als Stahl d.h. die Kontaktwiderstände werden vermindert, so dass zur Kompensation der Strom erhöht werden muss. Bedingt durch die gute Leitfähigkeit von z. B. Zink bereitet das Einseitenschweißen von verzinkten Blechen Schwierigkeiten. Ein großer Teil des Schweißstromes geht über das Zink im Nebenschluss verloren. Diese Verfahrensvariante ist deshalb bei verzinkten Blechen nicht zu empfehlen.


Werkstoffe: Elektrolytisch veredelte Stahlbänder - Elo-verzinkte Feinbleche (ZE)
Begriff für:

Die kontinuierlich arbeitenden elektrolytischen Hochleistungsverzinkungsanlagen besitzen einen Vorbehandlungsteil, den Veredelungsteil und einen Nachbehandlungsteil. Im Vorbehandlungsteil wird das Band durch Entfetten, Bürsten, Beizen und Spülen gereinigt. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine gute Zinkhaftung. Das gereinigte Band wird in mehreren Zellen ein- oder zweiseitig verzinkt. Die Zinkschicht besitzt eine gleichmäßige feinkristalline Oberfläche. REM-Aufnahmen zeigen die Oberflächenstruktur. Da die Zink-Kristalle in ihren Abmessungen sehr viel kleiner sind als die walztechnisch aufgebrachte Rauheit, werden die Oberflächenstruktur und die Oberflächenrauheit des Feinblechs durch die Zinkschicht praktisch nicht verändert. Im Nachbehandlungsteil erfolgt die abschließende Oberflächenbehandlung. Es gibt verschiedenen Möglichkeiten, die auch für schmelztauchveredelte Produkte Anwendung finden. Die Behandlungen verringern die Oxidationsgefahr wie z. B. die Bildung von Weißrost. Phosphatieren (P) empfiehlt sich, wenn die umformtechnischen und Lackiervorteile der Phosphatierung genutzt werden sollen. Das angewendete Phosphatierverfahren gewährleistet eine gleichmäßige dünne Phosphatierung, die mit geringfügig angepassten Parametern gut Punktschweißbar ist. Die Buckelschweißung ist bedingt möglich. Die chemische Passivierung (C) allein dient vorrangig dem temporären Schutz gegen Oxidation. Eine Beeinflussung der Schweißeignung ist nicht vorhanden.

Die Behandlung geölt (0) kann mit den vorgenannten kombiniert werden, um den Korrosionsschutz weiter zu verbessern. Das Öl wird zusätzlich in vielen Fällen als Umformhilfe eingesetzt. Das verzinkte Material kann auch nur geölt geliefert werden. Das eingesetzte Öl ist ein Korrosionsschutzöl und gewährleistet einen temporären Schutz gegen Weißrost bei Transport und Lagerung. Das dünn und gleichmäßig aufgetragene Öl hat keinen negativen Einfluss auf die Widerstandsschweißeignung.

Die Lieferung ohne Oberflächenbehandlung (U) erfolgt nur auf Wunsch des Bestellers. In diesem Teil können Korrosionsschäden schon nach kurzer Lagerdauer oder während des Transportes auftreten. Die unbehandelten Erzeugnisse sind außerdem anfällig für Reiboxidation und Kratzer.

Für das elektrolytische Verzinken können alle kaltgewalzten Werkstoffsorten als Vormaterial eingesetzt werden: Die mechanischen und technologischen Eigenschaften der eingesetzten Stähle werden durch das elektrolytische Verzinken nicht verändert, da das Verfahren im Gegensatz zum Schmelztauchen ohne Wärmeeinwirkung arbeitet. 

Die bekannten Stähle St 12 bis 14, erweitert~St15 und IF 18 werden durch Anhängen des Kürzels "ZE" an die Bezeichnung der unbeschichteten Stähle gebildet. Neben den weichen Stählen werden auch die höherfesten Stähle, allgemeinen Baustähle ST 37 und Sonderstähle z. B. DP500 als elo-verzinkte Bänder und Bleche geliefert.


Werkstoffe: Entstehen der Verbindung
Begriff für:

Erschmelzen und Erstarren der Schweißlinse

 

Die Abläufe beim Widerstandsschweißen sollen im Hinblick auf die Werkstoffänderungen am Beispiel einer Punktschweißung aufgezeigt werden. Die zu verschweißenden Werkstücke werden zwischen die Schweißelektroden gebracht und die Elektropresskraft wird bis zur vorgegebenen Höhe aufgebaut. Mit steigender Elektrodenanpresskraft werden die Kontakte zwischen Elektrode/Werkstück und Werkstück/Werkstück inniger. Hierdurch vermindern sich die Kontaktwiderstände. Da die Schweißwanne nach der bekannten Formel

 

Q = I2 ⋅ R ⋅ t

 

Erzeugt wird, müssen höhere Elektrodenkräfte, d. h. geringere Widerstände R durch höhere Schweißströme I kompensiert werden. Gleiches gilt für Werkstoffe mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, die demzufolge geringere Kontakt und Stoffwiderstände besitzen. Nach Aufbau der Elektrodenkraft wird der Schweißstrom eingeschaltet.

Mit dem Einschalten des Schweißstromes beginnt die Erwärmung der zu schweißenden Bleche zwischen den Elektroden. Die Erwärmung führt zur Ausdehnung des Werkstoffes und die Elektroden werden auseinandergedrückt. Der Verlauf des Elektrodenweges für unbeschichtetes Blech zeigt dies. Mit steigender Temperatur wird der Werkstoff teigig bis sich letztlich eine flüssige Linse ausbildet. Gleichzeitig nimmt die Werkstofffestigkeit ab. Die Werkstoffausdehnung durch zunehmende Temperatur drückt solange die Elektroden auseinander bis sich ein Gleichgewicht zwischen Werkstoffausdehnung, Werkstofffestigkeit und Elektrodenkraft einstellt. Danach drückt die Elektrodenkraft die Schweißzone zusammen, d. h. der Elektrodenweg ändert seine Richtung. Nach Abschalten des Schweißstromes erkaltet die Schweißlinse sehr schnell, da die wassergekühlten Kupferelektroden in der Nachhaltezeit der Schweiß stelle große Wärmemengen entziehen. Bei dünneren Blechen ist dieser Wärmeentzug wesentlich rascher als bei dickeren Blechen. Dies wirkt sich stark auf die Gefüge und Härten in der Linse und der Wärmeeinflusszone aus. Bei metallisch oberflächenveredelten Werkstoffen schmilzt unmittelbar nach Einschalten des Schweißstromes das Überzugsmetall, das meist einen geringeren Schmelzpunkt im Vergleich zu Stahl besitzt. Dies ist am Verlauf des Elektrodenweges zu erkennen. Das rasche Schmelzen des Überzuges erfordert ein ausreichendes Nachsetzverhalten der Elektrodenkrafteinheit.

Der sehr schnelle Erhitzungs- und Abkühlungszyklus führt beim Widerstandsschweißen von un- und niedriglegierten ferritisch-perlitischen Stählen zu mehrmaligen Gefügeumwandlungen, die nicht unter Gleichgewichtsbedingungen ablaufen. Entsprechend bilden sich die Gefüge und Eigenschaften in der Schweißlinse und der Wärmeeinflusszone (WEZ). In der Linse liegt ein typisches Erstarrungsgefüge vor, das je nach Legierungsgehalt des Stahles aufgehärtet ist. In der Wärmeeinflusszone entstehen ebenfalls Härtegefüge, die aber vergleichsweise feinkörnig sind, da für ein geprägtes Kornwachstum die Zeiten zu gering sind.


Werkstoffe: Festigkeit
Begriff für:

Wie das Gefüge wird auch die Festigkeit von der chemischen Zusammensetzung und den Walz- und Glühbehandlungen bestimmt. Die Festigkeitssteigerung kann durch Kaltverformung oder durch Zugabe von Legierungselementen erfolgen. Insbesondere die letztgenannte Maßnahme kann zu einer Einschränkung der Widerstandsschweißeignung führen.


Werkstoffe: Galfan (ZA)
Begriff für:

Galfan-Stahlbleche sind Werkstoffe die durch Schmelztauchen einen Zink-Aluminium-Überzug mit ca. 5 % Aluminium erhalten. Gegenüber Reinzink weist der Zn! Al Überzug eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit auf und

besitzt günstigeres Umformverhalten. Angeboten wird Galfan mit Überzügen von 95 bis 300 gim2 zweiseitig. Es gibt genormte Bezeichnungen für die Galfan-Stahlsorten. Galfan wird bevorzugt für stark umgeformte Teile im Fahrzeugbau, im Apparatebau und im Baubereich eingesetzt. Bedingt durch das Aluminium im Überzug tritt im Vergleich zu feuerverzinkten Blechen ein stärkeres Legieren des Überzuges mit den Kupferelektroden ein. Die Elektrodenstandmengen sind entsprechend niedriger. Aus schweißtechnischer Sicht sollte das Überzugsgewicht 180 gim2 zweiseitig nicht überschreiten.

 

Galvalume (AZ)

 

Das Beschichten erfolgt im Schmelztauchverfahren. Der Aluminium-Zink-Überzug hat eine Zusammensetzung von 43,5 % Zn, 1.,5 % Si und 55 % Al. Im unlackierten Zustand ist der Korrosionsabtrag gegenüber feuerverzinkten Blechen geringer. Galvalume wird als zweiseitiger Überzug mit Auflagen zwischen 100 und 185 g/m2 geliefert. Galvalume wird in erster Linie für Dach und Wandelemente eingesetzt.


Werkstoffe: Gefüge
Begriff für:

Das Gefüge der Stähle wird durch ihre chemische Zusammensetzung in Verbindung mit der Walz- und Glühbehandlung bestimmt. Gefügeunterschiede können die Widerstandsschweißung beeinflussen. Beim Widerstandsschweißen von Blechen mit dicken Al-Überzügen können größere Mengen Aluminium in die flüssigen Linsen gelangen, hier zu starker Ferritbildung führen und damit das Ätzverhalten und die Eigenschaften ändern.

Geringe Änderungen des Gefüges, wie sie innerhalb einer Stahlsorte auftreten, wirken sich nicht oder nur unbedeutend auf die Schweißeignung aus.


Werkstoffe: Härteneigung I Sprödbruchneigung
Begriff für:

Wirksamstes Legierungselement auf die Härte ist für unlegierte und niedriglegierte Stähle, neben dem Mangangehalt, der Kohlenstoffgehalt. In vielen Fällen wird das Kohlenstoffäquivalent (CE) zur Kennzeichnung der Schweißeignung der Stähle verwendet. Bei un- und niedriglegierten Stählen kann die Aufhärtung in Widerstandsschweißverfahren mit Hilfe des Kohlenstoffäquivalentes abgeschätzt werden. Hierfür wird die vereinfachte Formel

 

CE = C + Mn ÷ 6

 

empfohlen. Die maximalen Härte in der Schweißlinse sind vom C-äquivalent abhängig. Neben dem C- und Mn-Gehalt wird die Härte auch von der Abkühlungsgeschwindigkeit beeinflusst. Die Abkühlungsgeschwindigkeit ist beim Widerstandsschweißen infolge der wassergekühlten Kupferelektroden, die in 4~f Nachhaltezeit die Wärme schnell abführen, sehr groß. Aus diesem Grund sind die Abkühlungsgeschwindigkeiten bei dünneren Blechen höher und damit auch die Härte.

Die maximale Härte in der Punktschweißverbindung sollte möglichst 400 HV 1 nicht überschreiten. Auch bei höherfesten Stählen wird die chemische Zusammensetzung so eingestellt, dass keine zu hohe Härte eintritt. Wie bereits beschrieben wird die Abkühlgeschwindigkeit durch die Dauer der Nachhaltezeit beeinflusst. Kürzere Nachhaltezeiten verlangsamen die Abkühlgeschwindigkeit. Da höherfeste Stähle analysenbedingt stärkere Aufhärtungen in den Punktschweißverbindungen aufweisen als dies bei weichen, unlegierten Stählen der Fall ist, sollte die Nachhaltezeit so kurz wie möglich gewählt werden, um der Aufhärtung entgegenzuwirken. Die maximalen Härten in der Schweißlinse und der Wärmeeinflusszone können durch Verminderung der Nachhaltezeit von z. B. 10 auf 1 Periode je nach Stahlsorte und Blechdicke um bis zu 100 Vickers Einheiten gesenkt werden.

In engem Zusammenhang mit der Aufhärtung steht die Sprödbruchneigung. Letztere tritt jedoch bei den hier behandelten dünnen Blechen nicht auf, da kein dreiachsiger Spannungszustand vorliegt.

 


Werkstoffe: Heißrissneigung / Lötrissigkeit
Begriff für:

Heißrisse bilden sich, wie der Name sagt, bei hohen Temperaturen während der Erstarrung von Schweißbädern durch Schrumpfspannungen. Heißrisse treten in Schmelzschweißverbindung bevorzugt bei Stählen mit extrem schlechten Reinheitsgraden und bei voll austenitischen rostfreien Stählen bei zu hohem Wärmeeinbringen auf. Bei Punkt und Buckelschweißungen an unlegierten, weichen und höherfesten Stählen ist das Auftreten von Heißrissen nicht bekannt. Bei stark überhitzten Rollennähten wurden Heißrisse beobachtet, wobei deren Bildung durch einen höheren C-Gehalt und höhere Fremdstoffgehalte begünstigt wurde. Eine spezielle Form der Heißrissbildung ist die Lötrissbildung, Voraussetzung hierfür sind ebenfalls Temperaturen und Spannungen, sowie zusätzlich das Vorliegen flüssigen Kupfers oder Kupferlegierungen wie z.B. Kupfer/Zink. Bei unsachgemäßem Widerstandsschweißen können diese Bedingungen an der Oberfläche von Punkt- und Rollennahtschweißungen auftreten. Bei starker Überhitzung der Schweißstelle schmilzt die Elektrodenspitze, das flüssige Kupfer dringt über die Korngrenzen in den Stahl ein und führt zu Lotrissen.

Beim Schweißen von verzinkten Blechen kann bei unsachgemäßer Überhitzung die entstehende Kupfer-Zink-Legierung in gleicher Weise zur Rissbildung führen.


Werkstoffe: Kaltgewalzte Stähle
Begriff für:

Die kaltgewalzten Stähle werden in sehr großem Umfang zur Herstellung widerstandsgeschweißter Bauteile eingesetzt. Sie können in weiche, höherfeste und Sonderstähle zum Kaltumformen unterteilt werden. Erstere sind in Tafel 5 zusammengestellt. Es handelt sich um die bekannten Stähle St 12 bis St 14, die um den St 15 und den F18 erweitert werden. Der St 15 wurde gegenüber dem St 14 durch Verminderung der C-, Mn-, P- und S-Gehalte und Optimierungen im Herstellungsprozess in seinem Umformverhalten verbessert. Der IF 18 ist eine vakuumentkohlte und üblicherweise Ti-legierte Sondertiefziehgüte. Da der Stahl keine im Ferrit gelösten Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff enthält, wird er international als "interstitial free", kurz IF-Stahl, bezeichnet. Die in Tafel 5 genannten Stähle besitzen eine hervorragende Widerstandsschweißung. Grund hierfür ist einerseits die ausgezeichnete Gleichmäßigkeit, Fehlerfreiheit und Sauberkeit der Oberfläche und andererseits die chemische Zusammensetzung mit C-Gehalten unter 0,12 % und Mn Gahalten unter 0,60 %. Hohe Elektrodenstandmengen und gleichmäßige Schweißqualitäten sind hierdurch gewährleistet.

 

Die kaltgewalzten Stähle mit höherer Streckgrenze zum Kaltwalzen sind in Tafel 6 zusammengestellt. Ausgehend von den weichen unlegierten Tiefziehstählen werden zur Festigkeitssteigerung verschiedene Mechanismen einzeln oder in Kombination genutzt.


Werkstoffe: Metallisch oberflächenveredelte Stähle
Begriff für:

Metallisch oberflächenveredelte Stahlbänder werden neben dem Walzplattieren überwiegend durch elektrolytisches Abscheiden oder Schmelztauchen erzeugt. Als Überzugsmetalle haben sich Kupfer, Silber, Nickel, Chrom, Zinn, Zink, Aluminium, Blei und Legierungen bewährt.

Die physikalischen Eigenschaften beeinflussen das Widerstandsschweißverhalten wesentlich. Die Überzüge ändern die Übergangswiderstände zwischen den zu verschweißenden Blechen und zwischen Blech und Elektrode. Sie erfordern eine Anpassung der Schweißdaten. Die meist im Vergleich zu Stahl niedrigen Schmelzpunkte führen dazu, daß die Überzüge beim Widerstandsschweißen aufschmelzen. Sofern eine Löslichkeit des Überzugsmetalls im Elektrodenwerkstoff vorhanden ist, tritt an der Elektrodenspitze eine Legierungsbildung auf, die zu einer verminderten Standmenge führt.

 

Stähle mit Kupfer-, Silber, Nickel- und Chromüberzügen werden in geringen Tonnagen hergestellt. Sie werden wegen der guten Leit- und Kontaktfähigkeit des Kupfers auch für den Bau elektrotechnischer Kleinteile verwendet. Wegen des im Vergleich zu Stahl höheren Potentials müssen die Überzüge besonders dicht sein. Die Überzüge können elektrolytisch (Schichtdicken kleiner 10 Mikrometer) oder durch Warmplattieren (Schichtdicken kleiner 100 Mikrometer) aufgebracht werden.

 

Überzüge aus Silber machen Stahl gegenüber athomosphärischen Einflüssen, Nahrungsmitteln und sonstigen organischen Stoffen sowie gegen die meisten Säuren und Salzlösungen beständig. Silber wird elektrolytisch aufgebracht, die Überzugsdicken liegen üblicherweise zwischen 2 und 20 Mikrometer. Die hohe Leitfähigkeit und die geringe Härte von Silber führen zu sehr geringen Kontaktwiderständen.

 

Überzüge aus Messing können elektrolytisch oder durch Walzplattieren aus Stahlbändern aufgebracht werden. Bei ersterem Verfahren sind Überzugsdicken kleiner 10 Mikrometer, beim zweiten Verfahren kleiner 100 Mikrometer, üblich.

 

Nickelüberzüge machen den Stahl gegenüber Feuchtigkeit beständig, müssen jedoch wegen Ihres positiven Potentials im Vergleich zu Stahl vollkommen dicht sein. Aufgrund der guten Korrosionsbeständigkeit werden vernickelte Stahlbleche für viele Zwecke der chemischen Industrie und der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt. Die Überzüge können elektrolytisch ( < 10 Mikrometer) oder durch Walzplattieren (< 100 Mikrometer) aufgebracht werden. Kleinteile der Elektrotechnik werden oft elektrolytisch mit 2 bis 6 Miktometer vernickelt. Hohe Härte und hoher Schmelzpunkt von Nickel bedingen, daß die Kontektwiderstände nur wenig unterhalb derjeniger blanker Stahlbleche liegen.

 

Verchromte Stahlbleche besitzen einen guten Korrosionsschutz sowie hohen Hitze und Verschleißwiderstand. Grundlage für die Verchromung ist eine elektrolytische Nickelauflage. Die Überzugsdicken hängen vom Verwendungszweck ab. Neben den den zuvor beschriebenen Stählen mit metallischen Überzügen werden in Fahrzeug-, der Haushaltsgeräte, der Möbel-, der Bau- und Verpackungsindustrie Stähle mit Überzugsmetallen in sehr großen Tonnagen eingesetzt. Die Dicke richtet sich nach den Anforderungen an das Bauteil, wobei in den meisten Fällen der Korrosionsschutz im Vordergrund steht. Die Dicke und Gleichmäßigkeit des Überzugs beeinflußt die Schweißeignung, die im allgemeinen umso besser ist je dünner und gleichmäßiger der Überzug ist.

Bei elektrolytisch veredelten Stählen wird bis auf Weißblech die Überzugsdicke in Mikrometern je Seite, bei schmelztauchveredelten in g/m2 als Summe beider Seiten, angegeben. Die Überzüge können ein- oder zweiseitig aufgebracht werden. Neben den reinen Metallen Zink und Zinn werden zunehmend auch Legierungen als Überzüge auf Stahl aufgebracht. Das mit Abstand wichtigste Fügeverfahren für diese Werkstoffe ist das Widerstandsschweißen. Die Überzüge brauchen vor dem Schweißen im Fügebereich nicht entfernt zu werden und die Beschädigung des Überzugs ist an der Schweißstelle im Vergleich zu den anderen Schweißverfahren gering.


Werkstoffe: Mikrolegierung
Begriff für:

Bei der Herstellung mikrolegierter höherfester Stähle wird die gewünschte Ausscheidungshärtung und Kornverfeinerung durch karbidbildende Elemente wie Niob und Titan erreicht. Geringe Zusätze von einem Hundertstel- bis maximal Zehntel-Prozent dieser Elemente - daher der Begriff Mikrolegiert - bewirken eine hohe Festigkeitssteigerung.


Werkstoffe: Mischkristallverfestigung
Begriff für:

Durch Zulegieren von Phosphor (max 0,12 %) lassen sich in Verbindung mit Mangan und Silizium Mindeststreckgrenzen bis 300 N/mm2 einstellen.


Werkstoffe: Nichtrostende Stähle
Begriff für:

Edelstahl Rostfrei ist ein Sammelbegriff für die nichtrostenden Stähle. Diese enthalten im allgemeinen mindestens 12 % Chrom und sind beständig gegen oxidierende Angriffsmittel. Höhere Chromgehalte und weitere Legierungsbestandteile wie Nickel, Molybdän, Titan oder Niob verbessern die Korrosionsbeständigkeit. Die nichtrostenden kaltgewalzten Bänder und Bleche sind in DIN 17 441 und im Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW 400 genormt. Die Werkstoffnummer hat sich als bevorzugte Kennzeichnung durchgesetzt. Hauptstahlgruppen sind die austenitischen und die ferritischen Stähle. Darüber hinaus gibt es martensitische nichtrostende Stähle. Es handelt sich hierbei um vergütbare Chromstähle mit höherem C-Gehalt (wie z. B. X15Cr 13), die aber geringere Bedeutung besitzen. Auch austenitisch-ferritische Stähle mit etwa 22 % Chrom und etwa 5 Nickel finden nur in speziellen Fällen Anwendung.

Die austenitischen Stähle sind die am meisten verwendeten rostfreien Stähle. Einige bekannte Stähle sind in Tafel 16 aufgeführt. Sie sind mit etwa 18 % Chrom und min. 8 % Nickel legiert. Andere Legierungselemente sind möglich. Die ferritischen Stähle (Beispiele Tafel 16) enthalten als Hauptlegierungselement Chrom und ggf. weitere Zusätze. Der Kohlenstoffgehalt ist auf max. 0,08 % begrenzt. Titan und Niob werden zur Stabilisierung zugegeben. Es handelt sich um karbidbildene Elemente, die den Kohlenstoff abbinden.

Dank der niedrigen elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit der austenitischen Stähle im Vergleich zu den unlegierten Stählen (s. Tafel 8) sind diese für das Widerstands schweißen sehr gut geeignet. Die Oberfläche der zu verschweißenden Teile muss metallisch sauber sein. Die Schweißoberfläche wird aufgrund der geringen Wärmezufuhr kaum beeinträchtigt. Die höhere Wärmeausdehnung kann sich aber nachteilig auf den Verzug auswirken.


Werkstoffe: Oberflächenzustand
Begriff für:

Der Oberflächenzustand der Stähle kann sehr unterschiedlich sein. Warmbänder müssen zu Verbesserung der Widerstandsschweißeignung gebeizt werden. Kaltgewalzte Stahloberflächen, insbesondere wenn sie kontigeglüht sind, weisen Ideale Voraussetzungen für das Widerstands schweißen auf. Überlicherweise als dünne Filme aufgebrachte Korrosionsschutzöle beeinträchtigen die Schweißeignung und Elektrodenstandmengen nicht bzw. nur unwesentlich.. Oberflächenveredelte Bleche führen in den meisten Fällen zum Anlegieren der Überzugsmetalle mit den Schweißelektroden und vermindern die Standmengen erheblich. Eine weitere Beeinflussung kann durch Oberflächennachbehandlungen wie Phosphatieren eintreten, die Schweißbarkeit wird weiter nachteilig beeinflusst. Oberflächen der nichtrostenden austenitischen Stähle müssen metallische blank und frei von Verunreinigungen sein, um verstärkte Anlauffarben zu vermeiden. Anlauffarben können eine Verringerung der Korrosionsbeständigkeit bewirken. Öl kann in Verbindung mit der Schweißwärme Aufkohlungen verursachen, die zu einer Verminderung oder sogar zum Verlust der chemischen Beständigkeit führen.

Die physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe haben erheblichen. Einfluss auf die Widerstandsschweißung. Bei metallisch beschichteten Bändern sind die sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Überzugsmetalls und des Trägerwerkstoffes kombiniert wirksam.


Werkstoffe: Risse
Begriff für:

Risse sind sehr kritische Fehler in geschweißten dickwandigen Bauteilen die zum vorzeitigen spröden Versagen bei schon niedrigen Spannungen führen können. Da beim Widerstands schweißen vergleichsweise dünne Bleche eingesetzt werden, sind dreiachsige Spannungen nicht vorhanden, so dass durch Risse ausgelöste kritische Sprödbrüche nicht auftreten; ebenso entstehen keine wasserstoffbedingten Kaltrisse.

In Widerstandsschweißverbindungen können Härterisse und seigerungsbedingte Risse auftreten. Bei höherund hochlegierten Werkstoffen (z. B. St 52, X 30 Cr 13) sind Risse durch extreme Aufhärtungen, Ausscheidungen oder Phasenbildung möglich. Diese Stähle besitzen nur bedingte oder keine Widerstandsschweißeignung.
Bei unlegierten, niedriglegierten, unbeschichteten und oberflächenveredelten Stählen können ausgeprägte Seigerungen zu Rissen in der WEZ führen. Diese sind auf den höheren Anteil härtender Elemente (C und Mn) sowie auf erhöhte P- und S-Gehalte in der Seigerung zurückzuführen.


Werkstoffe: Schmelzpunkt
Begriff für:

Der Schmelzpunkt der zu verschweißenden Werkstoffe hat ebenfalls Einfluss. Besonders deutlich zeigt sich dies im Hinblick auf die Elektrodenstandmenge bei metallisch beschichteten Stählen. Der Schmelzpunkt der meisten Überzugsmetalle(z.. B. Zink) wird beim Schweißen überschritten und das flüssige Metall legiert mit der Elektrode und vermindert die Standmenge. Im Gegensatz zu den Niedrigschmelzenden Überzügen besitzen die Legierungen Zink/Nickel (ZN) und Zink/Eisen (ZF) wesentlich höhere Schmelzpunkte. Die Legierungsvorgänge zwischen diesen Überzügen und den Elektroden sind beträchtlich vermindert, so dass höhere Standmengen erzielt werden.


Werkstoffe: Schmelzpunkt
Begriff für:

Der Schmelzpunkt der zu verschweißenden Werkstoffe hat ebenfalls Einfluss. Besonders deutlich zeigt sich dies im Hinblick auf die Elektrodenstandmenge bei metallisch beschichteten Stählen. Der Schmelzpunkt der meisten Überzugsmetalle(z.. B. Zink) wird beim Schweißen überschritten und das flüssige Metall legiert mit der Elektrode und vermindert die Standmenge. Im Gegensatz zu den Niedrigschmelzenden Überzügen besitzen die Legierungen Zink/Nickel (ZN) und Zink/Eisen (ZF) wesentlich höhere Schmelzpunkte. Die Legierungsvorgänge zwischen diesen Überzügen und den Elektroden sind beträchtlich vermindert, so dass höhere Standmengen erzielt werden.


Werkstoffe: Schmelztauchveredelte Stahlbänder Feuerverzinkte Feinbleche (Z)
Begriff für:

Eine kontinuierlich arbeitende Bandverzinkungsanlage zeigt Bild 4. Im Vorbehandlungsteil werden die Bänder in einem Durchlaufofen gereinigt und reduzierend geglüht. Da die Bänder in den meisten Fällen im walzharten Zustand eingesetzt werden, ist der Wärmebehandlungsprozess für die Werkstoffeigenschaften von aus Schlaggebender Bedeutung. Im Veredelungsteil wird das Band durch das Schmelzflüssige Zinkbad gezogen und anschließend wird die Dicke des Zinküberzugs nach dem Düsenabstreifverfahren eingestellt und geregelt. Während der Zinkerstarrung bildet sich eine Kristallstruktur aus, bekannt als Zinkblume. Die Ausbildung (übliche Zinkblume N oder kleine Zinkblume M) hat keinen Einfluss auf die Schweißeignung. Nach der Bandkühlung wird im Nachbehandlungsteil das Band dressiert d.h. nachgewalzt. Zum Schutz der Oberflächen können diese, wie in Tafel 10 aufgeführt phosphatiert (P), chemisch passiviert (C), geölt (O) oder als Kombination behandelt werden. Die sehr unterschiedlichen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der feuerverzinkten Bleche machen den Einsatz von Stahlsorten mit entsprechenden Gütewerten erforderlich. Weiche Stähle zum Kaltumformen sind in Tafel 12 Zusammengestellt. Feuerverzinkte Baustähle zeigt Tafel 13. Ebenso können die höherfesten, mikrolegierten Stahlsorten Z St E 220 bis Z St E 340 nach SEW 093 als feuerverzinkte Werkstoffe geliefert werden. Diese Stahlsorten vereinigen gutes Schweiß und Umformverhalten bei gleichzeitig hohen Festigkeiten. Übliche Überzugsdicken liegen zwischen 100 (entspricht rechnerisch 7,1 .Mikrometer je Seite) und 350 (entspricht rechnerisch 25 .Mikrometer je Seite) g/m2 zweiseitig. Die Höhe der Zinkauflage bestimmt den Korrosionsschutz, zunehmende Auflagendicke beeinflusst aber die Verarbeitung, besonders das Umformen und Schweißen negativ. Es empfiehlt sich daher, unter Beachtung aller Randbedingungen die korrosionsschutztechnisch geringstmögliche Zinkauflage zu wählen.


Werkstoffe: Schmelztauchveredelte Stahlbänder Feuerverzinkte Feinbleche (Z)
Begriff für:

Eine kontinuierlich arbeitende Bandverzinkungsanlage zeigt Bild 4. Im Vorbehandlungsteil werden die Bänder in einem Durchlaufofen gereinigt und reduzierend geglüht. Da die Bänder in den meisten Fällen im walzharten Zustand eingesetzt werden, ist der Wärmebehandlungsprozess für die Werkstoffeigenschaften von aus Schlaggebender Bedeutung. Im Veredelungsteil wird das Band durch das Schmelzflüssige Zinkbad gezogen und anschließend wird die Dicke des Zinküberzugs nach dem Düsenabstreifverfahren eingestellt und geregelt. Während der Zinkerstarrung bildet sich eine Kristallstruktur aus, bekannt als Zinkblume. Die Ausbildung (übliche Zinkblume N oder kleine Zinkblume M) hat keinen Einfluss auf die Schweißeignung. Nach der Bandkühlung wird im Nachbehandlungsteil das Band dressiert d.h. nachgewalzt. Zum Schutz der Oberflächen können diese, wie in Tafel 10 aufgeführt phosphatiert (P), chemisch passiviert (C), geölt (O) oder als Kombination behandelt werden. Die sehr unterschiedlichen Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften der feuerverzinkten Bleche machen den Einsatz von Stahlsorten mit entsprechenden Gütewerten erforderlich. Weiche Stähle zum Kaltumformen sind in Tafel 12 Zusammengestellt. Feuerverzinkte Baustähle zeigt Tafel 13. Ebenso können die höherfesten, mikrolegierten Stahlsorten Z St E 220 bis Z St E 340 nach SEW 093 als feuerverzinkte Werkstoffe geliefert werden. Diese Stahlsorten vereinigen gutes Schweiß und Umformverhalten bei gleichzeitig hohen Festigkeiten. Übliche Überzugsdicken liegen zwischen 100 (entspricht rechnerisch 7,1 .Mikrometer je Seite) und 350 (entspricht rechnerisch 25 .Mikrometer je Seite) g/m2 zweiseitig. Die Höhe der Zinkauflage bestimmt den Korrosionsschutz, zunehmende Auflagendicke beeinflusst aber die Verarbeitung, besonders das Umformen und Schweißen negativ. Es empfiehlt sich daher, unter Beachtung aller Randbedingungen die korrosionsschutztechnisch geringstmögliche Zinkauflage zu wählen.


Werkstoffe: Seigerungen I Reinheitsgrad
Begriff für:

Infolge von Entmischungserscheinungen beim Erstarren des Stahles sind Seigerungszonen mit Elementen angereichert, die die Schweißeignung ungünstig beeinflussen. Derartige Elemente sind z. B. Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff und Mangan. Im ausgewalzten Stahl verlaufen die Seigerungen linienförmig meist im Blechmittenbereich (Bild 14). Das Seigerungsverhalten ist wesentlich von der Gieß- und Desoxidationsart abhängig. Heute werden, bis auf einige Ausnahmen, die Stähle im Strang vergossen. Die Desoxidationsart ist beruhigt bzw. besonders beruhigt. Dies vermindert die Gefahr der Seigerungsbildung. In der Schweißlinse selbst wird die Seigerung aufgeschmolzen und damit weitgehend unwirksam, in der wärmebeeinflussten Zone kann sie örtlich zu Aufhärtungen, Rissen und zu ungünstigem Bruchverhalten führen. Der Reinheitsgrad wird durch die Stahlmetallurgie bestimmt. Er wird durch die Menge, Größe, Anzahl und Verteilung der nichtmetallischen Einschlüsse (Sulfide, Oxide) gekennzeichnet. Er kann durch Sonderbehandlungen des flüssigen Stahles wesentlich verbessert werden. Hierzu gehören Entschwefelungs- und Vakuumbehandlung. Ein ungünstiger Reinheitsgrad ist in Bild 15 wiedergegeben.


Werkstoffe: Seigerungen I Reinheitsgrad
Begriff für:

Infolge von Entmischungserscheinungen beim Erstarren des Stahles sind Seigerungszonen mit Elementen angereichert, die die Schweißeignung ungünstig beeinflussen. Derartige Elemente sind z. B. Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff und Mangan. Im ausgewalzten Stahl verlaufen die Seigerungen linienförmig meist im Blechmittenbereich (Bild 14). Das Seigerungsverhalten ist wesentlich von der Gieß- und Desoxidationsart abhängig. Heute werden, bis auf einige Ausnahmen, die Stähle im Strang vergossen. Die Desoxidationsart ist beruhigt bzw. besonders beruhigt. Dies vermindert die Gefahr der Seigerungsbildung. In der Schweißlinse selbst wird die Seigerung aufgeschmolzen und damit weitgehend unwirksam, in der wärmebeeinflussten Zone kann sie örtlich zu Aufhärtungen, Rissen und zu ungünstigem Bruchverhalten führen. Der Reinheitsgrad wird durch die Stahlmetallurgie bestimmt. Er wird durch die Menge, Größe, Anzahl und Verteilung der nichtmetallischen Einschlüsse (Sulfide, Oxide) gekennzeichnet. Er kann durch Sonderbehandlungen des flüssigen Stahles wesentlich verbessert werden. Hierzu gehören Entschwefelungs- und Vakuumbehandlung. Ein ungünstiger Reinheitsgrad ist in Bild 15 wiedergegeben.


Werkstoffe: Stahlherstellung
Begriff für:

In allen Stadien der Stahlherstellung müssen die geforderten Eigenschaften an das Endprodukt Band oder Blech berücksichtigt werden. So wird die chemische Zusammensetzung und der Reinheitsgrad im flüssigen Zustand in engen Grenzen eingestellt und der Stahl kann durch Sonderbehadlungen wie z. B. Vakkumbehandlung, definierte Legierungszugabe und Entschwefelung mit sehr geringen Toleranzen produziert werden. In Deutschland wird neben Elektrostahl überwiegend Oxygenstahl hergestellt.

 

Nach dem Gießen, das bis auf Ausnahmen im Strangguß erfolgt, liegt der Stahl als Bramme (Dicke ca. 220 mm) vor. Der Strangguß sorgt im Vergleich zum Blockguß für eine gleichmäßigere Verteilung der Legierungselemente und nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl. Seigerungen werden reduziert. Vor dem Warmwalzen werden die Brammen im Stoßofen auf Temperaturen von 1200 bis 1300 Grad erhitzt und in der Warmbreitbandstrasse gewalzt. Hierbei sind vorgegebene Umformgrade und Temperaturen während des Walzvorganges und betsimmte Zeit-/Temperaturvorgaben während des Abkühl- und Haspelvorganges einzuhalten. So werden die geforderten Eigenschaften für das Endprodukt warmgewaltztes Band bzw. das Vorprodukt zum Katlwalzen erzielt.

 

Die Warmbänder haben Dicken von 1,5 bis 5 mm. Nach dem Warmwalzen werden die Bänder gebeizt, um die Walzhaut zu entfernen. Beim anschließenden Kaltwalzen werden die Bänder bei hohen Umformgraden (z.B. 60 bis 70%) auf Enddicke gewalzt. Die hohe Kaltverformung verfestigt die Stähle sehr stark, so daß sie anschließend rekristallisierend geglüht werden müssen, um die Festigkeit wieder abzusenken und die verlangten Umform- und Zähigkeitseigenschaften anzunehmen. Das Glühen kann durch Hauben-, Conti- oder Reduktionsglühen erfolgen.

 

Im Haubenglühverfahren werden die Bänder im gewickelten Zustand (Coil) in Haubenöfen unter Schutzgas geglüht. Die Coils werden langsam (50 Grad/Stunde) bis zur maximaltemperatur erhitzt und wieder sehr langsam abgekühlt (10 Grad/Stunde). Der Vorgang dauert mehrere Tage.

 

Das Contiglühverfahren ist ein moderner kontinuierlicher Prozess. Die Bänder werden aneinandergeschweißt, im Vorbereitungsteil sorgfältig gereinigt, durchlaufen einen variablen Materialspeicher und gelangen in den Glühteil. Die Glühtemperaturen liegen je nach Stahlgüte zwischen 750 und 850 Grad Celsius. Die Vorteile des Contiglühens gegenüber dem Haubenglühen sind die extrem kurzen Glühzeiten von ca. 10 Minuten, gleichmäßigere Stahleigenschaften und sehr saubere Oberflächen der geglühten Bänder. Die Redunktionsglühung wird bei Stählen gegeben, die nach dem Kaltwalzen metallische Überzüge, z.B. Feuerverzinkungen, erhalten. Die Bänder durchlaufen vor dem Tauchvorang in das schmelzflüssige Überzugsmetall die Reduktionsglühe, welche die Bandoberfläche reinigt, die Bänder rekristallisierend glüht und auf die Temperatur der Schmelztauchveredelung bringt.

 

Nach allen drei Glühprozessen werden die Bänder dressiert, d. h. sie werden mit geringer Verformung (z. B. 1%) kalt nachgewalzt. Dies trägt dazu bei, Rollknicke und Fließfiguren zu vermeiden, die Planlage zu verbesern und bei feuerverzinkten Bändern die Ausbildung der Zinkblume zu verbessern. Nach dem Dressieren werden die Bänder inspiziert und die Werkstoffeigenschaften geprüft. Vor dem Aufwickeln erfolgt die elektrostatische Einölung der Oberfläche. Das Öl dient dem Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung, in vielene Fällen auch als Hilfemittel bei nachfolgenden Umformvorgängen.


Werkstoffe: Stahlherstellung
Begriff für:

In allen Stadien der Stahlherstellung müssen die geforderten Eigenschaften an das Endprodukt Band oder Blech berücksichtigt werden. So wird die chemische Zusammensetzung und der Reinheitsgrad im flüssigen Zustand in engen Grenzen eingestellt und der Stahl kann durch Sonderbehadlungen wie z. B. Vakkumbehandlung, definierte Legierungszugabe und Entschwefelung mit sehr geringen Toleranzen produziert werden. In Deutschland wird neben Elektrostahl überwiegend Oxygenstahl hergestellt.

 

Nach dem Gießen, das bis auf Ausnahmen im Strangguß erfolgt, liegt der Stahl als Bramme (Dicke ca. 220 mm) vor. Der Strangguß sorgt im Vergleich zum Blockguß für eine gleichmäßigere Verteilung der Legierungselemente und nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl. Seigerungen werden reduziert. Vor dem Warmwalzen werden die Brammen im Stoßofen auf Temperaturen von 1200 bis 1300 Grad erhitzt und in der Warmbreitbandstrasse gewalzt. Hierbei sind vorgegebene Umformgrade und Temperaturen während des Walzvorganges und betsimmte Zeit-/Temperaturvorgaben während des Abkühl- und Haspelvorganges einzuhalten. So werden die geforderten Eigenschaften für das Endprodukt warmgewaltztes Band bzw. das Vorprodukt zum Katlwalzen erzielt.

 

Die Warmbänder haben Dicken von 1,5 bis 5 mm. Nach dem Warmwalzen werden die Bänder gebeizt, um die Walzhaut zu entfernen. Beim anschließenden Kaltwalzen werden die Bänder bei hohen Umformgraden (z.B. 60 bis 70%) auf Enddicke gewalzt. Die hohe Kaltverformung verfestigt die Stähle sehr stark, so daß sie anschließend rekristallisierend geglüht werden müssen, um die Festigkeit wieder abzusenken und die verlangten Umform- und Zähigkeitseigenschaften anzunehmen. Das Glühen kann durch Hauben-, Conti- oder Reduktionsglühen erfolgen.

 

Im Haubenglühverfahren werden die Bänder im gewickelten Zustand (Coil) in Haubenöfen unter Schutzgas geglüht. Die Coils werden langsam (50 Grad/Stunde) bis zur maximaltemperatur erhitzt und wieder sehr langsam abgekühlt (10 Grad/Stunde). Der Vorgang dauert mehrere Tage.

 

Das Contiglühverfahren ist ein moderner kontinuierlicher Prozess. Die Bänder werden aneinandergeschweißt, im Vorbereitungsteil sorgfältig gereinigt, durchlaufen einen variablen Materialspeicher und gelangen in den Glühteil. Die Glühtemperaturen liegen je nach Stahlgüte zwischen 750 und 850 Grad Celsius. Die Vorteile des Contiglühens gegenüber dem Haubenglühen sind die extrem kurzen Glühzeiten von ca. 10 Minuten, gleichmäßigere Stahleigenschaften und sehr saubere Oberflächen der geglühten Bänder. Die Redunktionsglühung wird bei Stählen gegeben, die nach dem Kaltwalzen metallische Überzüge, z.B. Feuerverzinkungen, erhalten. Die Bänder durchlaufen vor dem Tauchvorang in das schmelzflüssige Überzugsmetall die Reduktionsglühe, welche die Bandoberfläche reinigt, die Bänder rekristallisierend glüht und auf die Temperatur der Schmelztauchveredelung bringt.

 

Nach allen drei Glühprozessen werden die Bänder dressiert, d. h. sie werden mit geringer Verformung (z. B. 1%) kalt nachgewalzt. Dies trägt dazu bei, Rollknicke und Fließfiguren zu vermeiden, die Planlage zu verbesern und bei feuerverzinkten Bändern die Ausbildung der Zinkblume zu verbessern. Nach dem Dressieren werden die Bänder inspiziert und die Werkstoffeigenschaften geprüft. Vor dem Aufwickeln erfolgt die elektrostatische Einölung der Oberfläche. Das Öl dient dem Korrosionsschutz bei Transport und Lagerung, in vielene Fällen auch als Hilfemittel bei nachfolgenden Umformvorgängen.


Werkstoffe: Verbundwerkstoffe
Begriff für:

Verbundwerkstoffe aus der Kombination Stahl/Kunststoff/Stahl werden zur Schalldämpfung eingesetzt, d.h. dort wo Konstruktionen aus Blechen zum Schwingen neigen. Den Aufbau der Verbundbleche zeigt Bild 5. Die Deckbleche bestehen in der Regel aus kaltgewalzten metallisch beschichteten Feinblechen in geeigneter Güte und Dicken von 0,3 bis 1,5 mm. Die Zwischenschicht besteht aus Kunststoff, der im jeweiligen Temperaturanwendungsbereich viskoelastisch ist. Seine Dicke beträgt üblicherweise 0,05 mm. Je nach Zusammensetzung des Kunststoffes der Zwischenschicht ergeben sich unterschiedliche Temperaturanwendungsbereiche bzw. Verbundblechtypen:

 

Typ. I von -10 bis +75 °C

Typ II von +50 bis + 130 °C

 

Die Körperschalldämpfung wird durch den Verlustfaktor d gekennzeichnet. Er ist von der Temperatur, der Frequenz und dem Verbundblechtyp abhängig. Bild 6 zeigt den typischen Verlauf der Kurve "Verlustfaktor d" über "Temperatur T" der Typen I und II (Dickenkombination: 0,5 / 0,05 / 0,5 mm, Frequenz: f = 500 Hz). Als Arbeitsbereich gilt der Temperaturbereich in dem d größer als 0,05 ist Punkt-Buckel und Rollenahtschweißungen sind zwar möglich, bedingt durch den Sandwichaufbau des Werkstoffes sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten.


Werkstoffe: Verbundwerkstoffe
Begriff für:

Verbundwerkstoffe aus der Kombination Stahl/Kunststoff/Stahl werden zur Schalldämpfung eingesetzt, d.h. dort wo Konstruktionen aus Blechen zum Schwingen neigen. Den Aufbau der Verbundbleche zeigt Bild 5. Die Deckbleche bestehen in der Regel aus kaltgewalzten metallisch beschichteten Feinblechen in geeigneter Güte und Dicken von 0,3 bis 1,5 mm. Die Zwischenschicht besteht aus Kunststoff, der im jeweiligen Temperaturanwendungsbereich viskoelastisch ist. Seine Dicke beträgt üblicherweise 0,05 mm. Je nach Zusammensetzung des Kunststoffes der Zwischenschicht ergeben sich unterschiedliche Temperaturanwendungsbereiche bzw. Verbundblechtypen:

 

Typ. I von -10 bis +75 °C

Typ II von +50 bis + 130 °C

 

Die Körperschalldämpfung wird durch den Verlustfaktor d gekennzeichnet. Er ist von der Temperatur, der Frequenz und dem Verbundblechtyp abhängig. Bild 6 zeigt den typischen Verlauf der Kurve "Verlustfaktor d" über "Temperatur T" der Typen I und II (Dickenkombination: 0,5 / 0,05 / 0,5 mm, Frequenz: f = 500 Hz). Als Arbeitsbereich gilt der Temperaturbereich in dem d größer als 0,05 ist Punkt-Buckel und Rollenahtschweißungen sind zwar möglich, bedingt durch den Sandwichaufbau des Werkstoffes sind jedoch einige Besonderheiten zu beachten.


Werkstoffe: Wärmeleitfähigkeit
Begriff für:

Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer, Stahl und rostfreiem Stahl (Tafel 8) ist extrem unterschiedlich. Ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird meist schwieriger zu schweißen sein als ein Werkstoff in dem sich infolge niedriger Wärmeleitfähigkeit ein lokaler Wärmestau erzeugen lässt. Die drei genannten Werkstoffe bestätigen dies.


Werkstoffe: Wärmeleitfähigkeit
Begriff für:

Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer, Stahl und rostfreiem Stahl (Tafel 8) ist extrem unterschiedlich. Ein Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit wird meist schwieriger zu schweißen sein als ein Werkstoff in dem sich infolge niedriger Wärmeleitfähigkeit ein lokaler Wärmestau erzeugen lässt. Die drei genannten Werkstoffe bestätigen dies.


Werkstoffe: Warmgewalzte Stähle
Begriff für:

Warmgewalzte Stahlbänder haben Dicken größer 1,5 mm und werden bevorzugt für Teile von tragenden Konstruktionen eingesetzt. Die Bänder weisen nach dem Walzen eine Walzhaut auf, die aus Zunder und Walzrückständen in sehr unregelmäßiger Verteilung besteht. Die beim Widerstandsschweißen maßgeblichen Übergangswiderstände werden unkontrolliert beeinflusst. Es ergeben sich Verschmutzungen und Ablagerungen auf den Elektrodenarbeitsflächen, die die Standmenge vermindern und zu Schwankungen in der Qualität der Schweißverbindungen führen. Warmgewalzte Stähle mit derartigen Oberflächen sind für das Widerstandsschweißen nicht geeignet. Eine wesentliche Verbesserung wird durch Beizen erreicht. Die Walzhaut wird entfernt und der Werkstoff besitzt eine metalllisch blanke Oberfläche, auf die überlicherweise ein dünner Ölfilm aufgebracht wird. Letzterer beeinflusst die Widerstandsschweißung und Elektrodenstandmenge nicht.

 

Die in Tafel 2 aufgeführten weichen Stähle sind in der DIN EN 10 111 enthalten. Die Bezeichnung der Stahlsorten erfolgt nach EN 10027 Teil 1 und Teil 2. Die Bezeichnungen werden sich in Zukunft auch international durchsetzen. Die Stähle in Tafel 2 können problemlos widerstandsgeschweißt werden. Auch die Stähle in Tafel 3 besitzen eine ausreichende Eignung, obwohl analysenbedingt stärkere Aufhärtung in den Schweißverbindungen auftreten. Hierbei wirkt sich die vergleichsweise große Blechdicke der Warmbänder vorteilhaft aus, die einer stärkeren Aufhärtung entgegenwirkt. Die Stähle St 33 und St 37 werden üblicherweiser mit geringem C- und Mn-Gehalt hergestellt. Die Schweißeignung wird hierdurch gewährleistet. Die Stähle St 44 und ST 53 besitzen zur Erziehlung der geforderten Festigkeiten höhere C- und Mn-Gehalte. Die hohe Abkühlgeschwindigkeit beim Widerstandsschweißen kann zu unzulässig hohen Aufhärtungen und Versprödung führen. Nachglühen der Schweißpunkte in der Schweißmaschine führt zum Abbau der Aufhärtungen und günstigem Gefüge in der Schweißlinse.


Werkstoffe: Warmgewalzte Stähle
Begriff für:

Warmgewalzte Stahlbänder haben Dicken größer 1,5 mm und werden bevorzugt für Teile von tragenden Konstruktionen eingesetzt. Die Bänder weisen nach dem Walzen eine Walzhaut auf, die aus Zunder und Walzrückständen in sehr unregelmäßiger Verteilung besteht. Die beim Widerstandsschweißen maßgeblichen Übergangswiderstände werden unkontrolliert beeinflusst. Es ergeben sich Verschmutzungen und Ablagerungen auf den Elektrodenarbeitsflächen, die die Standmenge vermindern und zu Schwankungen in der Qualität der Schweißverbindungen führen. Warmgewalzte Stähle mit derartigen Oberflächen sind für das Widerstandsschweißen nicht geeignet. Eine wesentliche Verbesserung wird durch Beizen erreicht. Die Walzhaut wird entfernt und der Werkstoff besitzt eine metalllisch blanke Oberfläche, auf die überlicherweise ein dünner Ölfilm aufgebracht wird. Letzterer beeinflusst die Widerstandsschweißung und Elektrodenstandmenge nicht.

 

Die in Tafel 2 aufgeführten weichen Stähle sind in der DIN EN 10 111 enthalten. Die Bezeichnung der Stahlsorten erfolgt nach EN 10027 Teil 1 und Teil 2. Die Bezeichnungen werden sich in Zukunft auch international durchsetzen. Die Stähle in Tafel 2 können problemlos widerstandsgeschweißt werden. Auch die Stähle in Tafel 3 besitzen eine ausreichende Eignung, obwohl analysenbedingt stärkere Aufhärtung in den Schweißverbindungen auftreten. Hierbei wirkt sich die vergleichsweise große Blechdicke der Warmbänder vorteilhaft aus, die einer stärkeren Aufhärtung entgegenwirkt. Die Stähle St 33 und St 37 werden üblicherweiser mit geringem C- und Mn-Gehalt hergestellt. Die Schweißeignung wird hierdurch gewährleistet. Die Stähle St 44 und ST 53 besitzen zur Erziehlung der geforderten Festigkeiten höhere C- und Mn-Gehalte. Die hohe Abkühlgeschwindigkeit beim Widerstandsschweißen kann zu unzulässig hohen Aufhärtungen und Versprödung führen. Nachglühen der Schweißpunkte in der Schweißmaschine führt zum Abbau der Aufhärtungen und günstigem Gefüge in der Schweißlinse.


Werkstoffe: Werkstoffbedingte Fehler beim Widerstandsschweißen
Begriff für:

Täglich werden mehrere Millionen Punkt und Buckelschweißverbindungen z. B, in der Fahrzeug- und Hausgerätindustrie hergestellt. Ausfälle durch werkstoffbedingte Fehler sind selten.

Werkstoffe: Risse

Risse sind sehr kritische Fehler in geschweißten dickwandigen Bauteilen die zum vorzeitigen spröden Versagen bei schon niedrigen Spannungen führen können. Da beim Widerstands schweißen vergleichsweise dünne Bleche eingesetzt werden, sind dreiachsige Spannungen nicht vorhanden, so dass durch Risse ausgelöste kritische Sprödbrüche nicht auftreten; ebenso entstehen keine wasserstoffbedingten Kaltrisse.

In Widerstandsschweißverbindungen können Härterisse und seigerungsbedingte Risse auftreten. Bei höherund hochlegierten Werkstoffen (z. B. St 52, X 30 Cr 13) sind Risse durch extreme Aufhärtungen, Ausscheidungen oder Phasenbildung möglich. Diese Stähle besitzen nur bedingte oder keine Widerstandsschweißeignung.
Bei unlegierten, niedriglegierten, unbeschichteten und oberflächenveredelten Stählen können ausgeprägte Seigerungen zu Rissen in der WEZ führen. Diese sind auf den höheren Anteil härtender Elemente (C und Mn) sowie auf erhöhte P- und S-Gehalte in der Seigerung zurückzuführen.

Werkstoffe: Poren

Poren können einzeln oder in größerer Anzahl auftreten. Sie besitzen rundliche Form und befinden sich im Inneren der Schweißlinsen d.h. haben in den meisten Fällen keine Verbindung zur Oberfläche. Poren haben auf das statische und dynamische Tragverhalten, wenn sie ein bestimmtes Volumen nicht überschreiten, keinen nachteiligen Einfluss. Der Punkt knöpft auch bei Vorhandensein eines begrenzten Porenvolumens vollständig aus.
Poren treten bevorzugt bei dickeren Blechen oder bei Dreiblechschweißungen auf wenn mit zu geringer Elektrodenkraft geschweißt wird. Aus dem Diagramm in Bild 16 sind die Mindestelektrodenkräfte, die für porenfreie Punktschweißungen erforderlich sind, abzulesen. So sind für das Schweißen von zwei 2 mm Blechen mindestens 800 kN Elektrodenkraft notwendig.

Werkstoffe: Einschlüsse

Schlackeneinschlüsse treten in Widerstandsschweißverbindungen nur dann auf, wenn die Oberfläche der zu verschweißenden Bleche grobe nicht aufschmelzende Verunreinigungen, z. B. Zunder bei ungeheiztem Warmband, aufweist. Schlackeneinschlüsse sind ähnlich unkritisch wie Poren.

Werkstoffe: Bindefehler

Unter dieser Fehlerart können "Klebschweißungen" erfasst werden. Es handelt sich um Verbindungen die in der Fügebene bei geringen Beanspruchungen versagen. Es ist keine geschmolzene Linse entstanden, die Bleche sind in der Fügebene nur unvollkommen verbunden. Die Fügeoberflächen waren nur örtlich teigig bzw. flüssig. Auch bei Rollennahtschweißungen kann dieser Fehler auftreten. Diese Fehlerart ist kritisch, da man dem Schweißpunkt von außen nicht ansieht, ob eine Klebschweißung vorliegt. Die Fehlerursache ist nicht völlig geklärt. Als mögliche Ursachen kommen in Frage: schlechte Passgenauigkeit der Werkstücke, Elektroden setzen nicht korrekt auf, Schweißdaten falsch, sehr dicke metallische Überzüge, zu dicke Phosphatierung.

Werkstoffe: Oberflächenfehler

Schmorstellen, Anschmelzungen und zu starkes Kleben der Elektroden auf der Schweißoberfläche können auftreten. Gründe für diese Fehler sind: Zunderreste auf ungebeiztem Warmband, verschlissene Elektroden, falsche Schweißdaten, dicke metallische Überzüge, zu dicke bzw. ungleichmäßige Phosphatierung

Werkstoffe: Sonstige Fehler

Kein Ausknöpfen der Schweißverbindungen Sind starke Seigerungen im Stahl vorhanden, so können diese sich auf das Ausknöpfverhalten von z. B. Buckelschweißungen negativ auswirken, wie die Bilder 17 und 18 erkennen lassen. Bild 17 (oben) zeigt den Schliff durch eine Buckelschweißung eines höherfesten Stahles mit einer ausgeprägten Seigerung. Beim Versuch die Buckelschweißung auszuknöpfen versagte die Verbindung in der Seigerung d. h. der Buckel scherte in der Seigerung ab (Bild 17 unten). In Bild 18 ist ein Stahl mit gleichen Abmessungen und Festigkeit ohne Seigerung gezeigt. Hier knöpft die Buckelschweißung in der WEZ bzw. im Grundwerkstoff vollständig aus.

Spritzerbildung Spritzer zwischen den zu verschweißenden Blechen, bei denen flüssiges Material aus der Schweißlinse herausgeschleudert wird, sind keine ausgesprochenen Fehler und sind in den meisten Fällen tolerierbar. Spritzer sind häufig ein Beweis dafür, dass das zu verscheißende Material schmelzflüssig geworden ist, d.h. kritische Klebschweißungen sind nicht vorhanden. Gründe für Spritzerbildung: schlechte Passgenauigkeit der Werkstücke, falsche Schweißdaten z. B. zu hoher Strom, verschlissene Elektroden, dicke metallische Überzüge.


Werkstoffe: Werkstoffbedingte Fehler beim Widerstandsschweißen
Begriff für:

Täglich werden mehrere Millionen Punkt und Buckelschweißverbindungen z. B, in der Fahrzeug- und Hausgerätindustrie hergestellt. Ausfälle durch werkstoffbedingte Fehler sind selten.

Werkstoffe: Risse

Risse sind sehr kritische Fehler in geschweißten dickwandigen Bauteilen die zum vorzeitigen spröden Versagen bei schon niedrigen Spannungen führen können. Da beim Widerstands schweißen vergleichsweise dünne Bleche eingesetzt werden, sind dreiachsige Spannungen nicht vorhanden, so dass durch Risse ausgelöste kritische Sprödbrüche nicht auftreten; ebenso entstehen keine wasserstoffbedingten Kaltrisse.

In Widerstandsschweißverbindungen können Härterisse und seigerungsbedingte Risse auftreten. Bei höherund hochlegierten Werkstoffen (z. B. St 52, X 30 Cr 13) sind Risse durch extreme Aufhärtungen, Ausscheidungen oder Phasenbildung möglich. Diese Stähle besitzen nur bedingte oder keine Widerstandsschweißeignung.
Bei unlegierten, niedriglegierten, unbeschichteten und oberflächenveredelten Stählen können ausgeprägte Seigerungen zu Rissen in der WEZ führen. Diese sind auf den höheren Anteil härtender Elemente (C und Mn) sowie auf erhöhte P- und S-Gehalte in der Seigerung zurückzuführen.

Werkstoffe: Poren

Poren können einzeln oder in größerer Anzahl auftreten. Sie besitzen rundliche Form und befinden sich im Inneren der Schweißlinsen d.h. haben in den meisten Fällen keine Verbindung zur Oberfläche. Poren haben auf das statische und dynamische Tragverhalten, wenn sie ein bestimmtes Volumen nicht überschreiten, keinen nachteiligen Einfluss. Der Punkt knöpft auch bei Vorhandensein eines begrenzten Porenvolumens vollständig aus.
Poren treten bevorzugt bei dickeren Blechen oder bei Dreiblechschweißungen auf wenn mit zu geringer Elektrodenkraft geschweißt wird. Aus dem Diagramm in Bild 16 sind die Mindestelektrodenkräfte, die für porenfreie Punktschweißungen erforderlich sind, abzulesen. So sind für das Schweißen von zwei 2 mm Blechen mindestens 800 kN Elektrodenkraft notwendig.

Werkstoffe: Einschlüsse

Schlackeneinschlüsse treten in Widerstandsschweißverbindungen nur dann auf, wenn die Oberfläche der zu verschweißenden Bleche grobe nicht aufschmelzende Verunreinigungen, z. B. Zunder bei ungeheiztem Warmband, aufweist. Schlackeneinschlüsse sind ähnlich unkritisch wie Poren.

Werkstoffe: Bindefehler

Unter dieser Fehlerart können "Klebschweißungen" erfasst werden. Es handelt sich um Verbindungen die in der Fügebene bei geringen Beanspruchungen versagen. Es ist keine geschmolzene Linse entstanden, die Bleche sind in der Fügebene nur unvollkommen verbunden. Die Fügeoberflächen waren nur örtlich teigig bzw. flüssig. Auch bei Rollennahtschweißungen kann dieser Fehler auftreten. Diese Fehlerart ist kritisch, da man dem Schweißpunkt von außen nicht ansieht, ob eine Klebschweißung vorliegt. Die Fehlerursache ist nicht völlig geklärt. Als mögliche Ursachen kommen in Frage: schlechte Passgenauigkeit der Werkstücke, Elektroden setzen nicht korrekt auf, Schweißdaten falsch, sehr dicke metallische Überzüge, zu dicke Phosphatierung.

Werkstoffe: Oberflächenfehler

Schmorstellen, Anschmelzungen und zu starkes Kleben der Elektroden auf der Schweißoberfläche können auftreten. Gründe für diese Fehler sind: Zunderreste auf ungebeiztem Warmband, verschlissene Elektroden, falsche Schweißdaten, dicke metallische Überzüge, zu dicke bzw. ungleichmäßige Phosphatierung

Werkstoffe: Sonstige Fehler

Kein Ausknöpfen der Schweißverbindungen Sind starke Seigerungen im Stahl vorhanden, so können diese sich auf das Ausknöpfverhalten von z. B. Buckelschweißungen negativ auswirken, wie die Bilder 17 und 18 erkennen lassen. Bild 17 (oben) zeigt den Schliff durch eine Buckelschweißung eines höherfesten Stahles mit einer ausgeprägten Seigerung. Beim Versuch die Buckelschweißung auszuknöpfen versagte die Verbindung in der Seigerung d. h. der Buckel scherte in der Seigerung ab (Bild 17 unten). In Bild 18 ist ein Stahl mit gleichen Abmessungen und Festigkeit ohne Seigerung gezeigt. Hier knöpft die Buckelschweißung in der WEZ bzw. im Grundwerkstoff vollständig aus.

Spritzerbildung Spritzer zwischen den zu verschweißenden Blechen, bei denen flüssiges Material aus der Schweißlinse herausgeschleudert wird, sind keine ausgesprochenen Fehler und sind in den meisten Fällen tolerierbar. Spritzer sind häufig ein Beweis dafür, dass das zu verscheißende Material schmelzflüssig geworden ist, d.h. kritische Klebschweißungen sind nicht vorhanden. Gründe für Spritzerbildung: schlechte Passgenauigkeit der Werkstücke, falsche Schweißdaten z. B. zu hoher Strom, verschlissene Elektroden, dicke metallische Überzüge.


Werkstoffe: Widerstandsschweißbarkeit der Stähle
Begriff für:

Bei der Herstellung geschweißter Bauteile werden Sicherheitsanforderungen gestellt. Das Zusammenspiel von drei wesentlichen Faktoren ist hier entscheidend:

  • die Schweißeignung des Werkstoffes
  • die konstruktionsbedingte Schweißsicherheit
  • die fertigungsbedingte Schweißmöglichkeit

 

Nach Festlegung der Anforderungen an das geschweißte Bauteil wird ein Werkstoff mit den geforderten Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Umformfähigkeit, Korrosionswiderstand, Oberflächenausführung usw. ausgewählt. Dieser muss für das beabsichtigte Schweißverfahren eine gute Schweißeignung besitzen. Die Schweißsicherheit wird durch eine geeignete Konstruktion und die Wahl des richtigen Werkstoffes erreicht. Eine ausreichende Schweißmöglichkeit muss gegeben sein. Sie wird in erster Linie durch die Fertigung bestimmt, muss aber bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Es ist zu erkennen, dass der Werkstoff, insbesondere seine Schweißeignung bei der Erstellung eines Bauteils, eine entscheidende Rolle spielt.


Werkstoffe: Widerstandsschweißbarkeit der Stähle
Begriff für:

Bei der Herstellung geschweißter Bauteile werden Sicherheitsanforderungen gestellt. Das Zusammenspiel von drei wesentlichen Faktoren ist hier entscheidend:

  • die Schweißeignung des Werkstoffes
  • die konstruktionsbedingte Schweißsicherheit
  • die fertigungsbedingte Schweißmöglichkeit

 

Nach Festlegung der Anforderungen an das geschweißte Bauteil wird ein Werkstoff mit den geforderten Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Umformfähigkeit, Korrosionswiderstand, Oberflächenausführung usw. ausgewählt. Dieser muss für das beabsichtigte Schweißverfahren eine gute Schweißeignung besitzen. Die Schweißsicherheit wird durch eine geeignete Konstruktion und die Wahl des richtigen Werkstoffes erreicht. Eine ausreichende Schweißmöglichkeit muss gegeben sein. Sie wird in erster Linie durch die Fertigung bestimmt, muss aber bereits bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Es ist zu erkennen, dass der Werkstoff, insbesondere seine Schweißeignung bei der Erstellung eines Bauteils, eine entscheidende Rolle spielt.


Werkstoffe: Zink-Nickel-Überzüge (ZN)
Begriff für:

Zink-Nickel-Überzüge mit 9 - 13% Nickel werden durch Legierungsabscheidung elektrolytisch aufgebracht. Die Überzugsdicken liegen zwischen 2,5 und 7 Mikrometer je Seite. Ein einseitiges oder beidseitiges Aufbringen ist möglich. Die Überzüge besitzen guten Korrosionsschutz im unlackierten Zustand. Die Werkstoffe werden vorwiegend in der Fahrzeugindustrie eingesetzt. Stahlbleche mit Zink-Nickel-Überzügen zeigen eine gute Schweißeignung und führen gegenüber Reinzinküberzügen zu höheren Standmengen der Elektroden beim Punktschweißen.


Werkstoffe: Zink-Nickel-Überzüge (ZN)
Begriff für:

Zink-Nickel-Überzüge mit 9 - 13% Nickel werden durch Legierungsabscheidung elektrolytisch aufgebracht. Die Überzugsdicken liegen zwischen 2,5 und 7 Mikrometer je Seite. Ein einseitiges oder beidseitiges Aufbringen ist möglich. Die Überzüge besitzen guten Korrosionsschutz im unlackierten Zustand. Die Werkstoffe werden vorwiegend in der Fahrzeugindustrie eingesetzt. Stahlbleche mit Zink-Nickel-Überzügen zeigen eine gute Schweißeignung und führen gegenüber Reinzinküberzügen zu höheren Standmengen der Elektroden beim Punktschweißen.


Werkstoffe: Zinn-Überzüge (Weißblech)
Begriff für:

Die Verzinnung der Stahlbänder wird heute bevorzugt elektrolytisch vorgenommen, kann aber auch durch Schmelztauchen erfolgen. Schmelztauchveredeltes Band wird üblicherweise in Dicken von 0,3 bis 2,5 mm mit Zinnauflagen von 30-45 g/m2 zweiseitig geliefert. Ausgangswerkstoff für elektrolytisch verzinntes Weißblech ist weicher unlegierter, aluminiumberuhigter Stahl. Dieser kann einfach kaltgewalzt vorliegen, d.h. auf gewünschte Dicke kaltgewalzt und anschließend geglüht und dressiert, oder "doppeltreduziert" werden (sprich: Feinstblech, dass nach dem Glühen eine zweite größere Kaltumformung erhält). Die einfach kaltgewalzten Feinstbleche T50 - T65 werden durch ihre Härte, die doppelt reduzierten Feinstbleche (DR550 - DR660) durch ihre 0,2-Dehtigrenze gekennzeichnet (mN EN 10 205). Die Weißbleche werden in Dicken von 0,14 bis 0,50 mm und galvanisch aufgebrachten Zinnüberzügen von 2 bis 22,4 g/m2 zweiseitig geliefert. Weißblech zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit, zum Teil auch in Verbindung mit Lack, aus und wird aus diesem Grunde für Nahrungsmittel und Getränke, aber auch für viele handelsübliche und industrielle Füllgüter wie Chemikalien, Lösungsmittel, Farben, Öle und auch trockene Füllgüter eingesetzt. Neben Lebensmitteldosen, Getränkedosen und Aerosoldosen werden Behälter unterschiedlichster Formen und Abmessungen bis zu 30 Liter Inhalt gerechtfertigt. Als überwiegend angewendetes Widerstandsschweißverfahren kommt das Rollnahtschweißen mit Zwischenelektrode zur Anwendung, mit dem z. B. 3-teilige Dosen weltweit in riesigen Mengen gefertigt werden.


Werkstoffe: Zinn-Überzüge (Weißblech)
Begriff für:

Die Verzinnung der Stahlbänder wird heute bevorzugt elektrolytisch vorgenommen, kann aber auch durch Schmelztauchen erfolgen. Schmelztauchveredeltes Band wird üblicherweise in Dicken von 0,3 bis 2,5 mm mit Zinnauflagen von 30-45 g/m2 zweiseitig geliefert. Ausgangswerkstoff für elektrolytisch verzinntes Weißblech ist weicher unlegierter, aluminiumberuhigter Stahl. Dieser kann einfach kaltgewalzt vorliegen, d.h. auf gewünschte Dicke kaltgewalzt und anschließend geglüht und dressiert, oder "doppeltreduziert" werden (sprich: Feinstblech, dass nach dem Glühen eine zweite größere Kaltumformung erhält). Die einfach kaltgewalzten Feinstbleche T50 - T65 werden durch ihre Härte, die doppelt reduzierten Feinstbleche (DR550 - DR660) durch ihre 0,2-Dehtigrenze gekennzeichnet (mN EN 10 205). Die Weißbleche werden in Dicken von 0,14 bis 0,50 mm und galvanisch aufgebrachten Zinnüberzügen von 2 bis 22,4 g/m2 zweiseitig geliefert. Weißblech zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit, zum Teil auch in Verbindung mit Lack, aus und wird aus diesem Grunde für Nahrungsmittel und Getränke, aber auch für viele handelsübliche und industrielle Füllgüter wie Chemikalien, Lösungsmittel, Farben, Öle und auch trockene Füllgüter eingesetzt. Neben Lebensmitteldosen, Getränkedosen und Aerosoldosen werden Behälter unterschiedlichster Formen und Abmessungen bis zu 30 Liter Inhalt gerechtfertigt. Als überwiegend angewendetes Widerstandsschweißverfahren kommt das Rollnahtschweißen mit Zwischenelektrode zur Anwendung, mit dem z. B. 3-teilige Dosen weltweit in riesigen Mengen gefertigt werden.


Widerstandsschweißverfahren, Einteilung
Definition: Die einzelnen Widerstandsschweißarten sind in der DIN 1910 Teil 5 aufgeführt und bezüglich ihres Ablaufs erläutert. Hier eine Auflistung der gängigsten Verfahren mit den Kurzzeichen der DIN Norm.

Das verbreiteste Schweißverfahren ist das Widerstandspunktschweißen mit dem Kurzzeichen RP. Dabei wird noch zwischen ein- und zweiseitigem Punktschweißen unterschieden. Das Gleiche gilt für das Buckelschweißen, kurz RB. Weiterhin unterscheidet man zwischen Rollennahtschweißen RR und dem Abbrennstumpfschweißen RA. Weitere Informationen finden Sie auch im Merkblatt DVS 2902.