Fachbegriffe Schweißen


Begriffe

Das DVS-Merkblatt 2911 „Kondensatorentladungsschweißen – Grundlagen, Verfahren und Technik“ beschreibt die Grundzüge des KE-Schweißens und definiert allgemeine Begriffe und Größen:

  • Allgemeine Begriffe:
    Bauteilkontrolle Abgleich der erreichten Ist-Position in Bezug auf die Soll-Position nach dem Aufsetzen der beweglichen Elektrode auf die Fügeteile und abgeschlossenem Kraftaufbau vor dem Schweißen. Liegt die Ist-Soll-Differenz außerhalb des einstellbaren Grenzwerts wird eine Fehlermeldung generiert und das Schweißen verhindert.
    Einsinkweg sI/mm Weg der beweglichen Elektrode während der Stromfluss- und der Nachhaltezeit
    (bis zum Elektrodenstillstand). Dieser Wert kann überwacht werden.
    Elektrodenkraft FS/kN Anpresskraft, mit der die Elektroden auf die zu fügenden Teile drücken.
    Ladespannung U0/V Die Spannung, mit der die Kondensatoren vor dem Schweißen aufgeladen wurden. Über die Kapazität wird über die Ladespannung die dem Transformator zugeführte Energie bestimmt.
    Nachhaltezeit tNH/ms Schließt sich der Stromflusszeit an; während der Nachhaltezeit kühlt die Schweißstelle unter der Anpresskraft ab.
    Schweißenergie E/kWs

    Die vor dem schweißen in den Kondensatoren gespeicherte Energie, die sich nach E = 0,5 C U02 berechnet.

    Setzweg sF/mm Weg der Elektrode von der Grundposition (Elektroden geöffnet) bis zum Aufsetzen auf die Fügeteile. Am Ende des Setzvorgangs wird die Bauteilkontrolle durchgeführt.
    Spitzenstrom IP/kA Maximalwert im zeitliche Verlauf des Schweißstroms, der als exponentieller Stoßstrom (eine halbe Sinusschwingung, die von einer abklingenden Exponentialfunktion überlagert ist) zu charakterisieren ist. Fälschlich auch als „Schweißstrom“ bezeichnet.
  • Ergänzende Begriffe:

    Durch die technische Weiterentwicklung, hauptsächlich durch den Einsatz der Mehr-Puls-Technik MCS und der Analyse des Betriebsverhaltens (einschließlich der Maschinenvermessung) wurden durch Kapkon weitere Begriffe geprägt:

    beeinträchtigte Kopplung des Transformators; die Hauptinduktivität des Transformators ist so gering, dass der Magnetisierungsstrom nicht vernachlässigt werden kann, was zu einem abweichenden Übersetzungsverhältnis der Spitzenströme gegenüber dem Übersetzungsverhältnis des Transformators führt.
    Dämpfungskennwerte Oberbegriff der drei charakteristischen Größen Eigenkreisfrequenz ωe, Abklingkonstante δ und Resonanzkreisfrequenz ω0, die das Verhalten des Funktionsschaltung der KE-Maschine kennzeichnen.
    Durchschwingladespan.
    UD0/V
    erhält ein Kondensator, wenn er ohne einen Freilaufkreis in der Schaltung durch den Hauptstrom mit entgegengesetzter Ladung als der Anfangsladespannung aufgeladen wird. Die Durchschwingladespannung ist von der Rückladespannung URück zu unterscheiden.
    elektrische Grundgrößen Oberbegriff für die Größen Widerstand, Induktivität und Kapazität, die den zeitlichen Verlauf der Prozessgrößen Strom und Kondensatorspannung bestimmen.
    Endstrom ISt/kA 5 % des Spitzenstroms (ISt = 0,05 IP) auf dem abfallenden Ast der Stromkurve, der das Ende der Stromzeit tI bestimmt.
    Entladezeitpunkt tUn

    Zeitpunkt zu dem ein Kondensator, der den Hauptstrom speist, entladen ist (uC = 0).

    feste Kopplung des Transformators; durch die große Hauptinduktivität des Transformators kann der Magnetisierungsstrom vernachlässig werden; das Übersetzungsverhältnis der Spitzenströme und das des Transformators stimmen überein.
    Funktionsschaltung als Teil des Leistungskreises einer KE-Maschine umfasst sie Primär- und Sekundärkreis sowie den Transformator.
    Fügeenergie EF direkt der Fügestelle zugeführte Energie.
    gKE „getaktete Kondensatorentladung“; die Entladung eines Kondensators erfolgt nicht kontinuierlich über einen Schaltthyristor, sondern getaktet über einen abschaltbaren Leistungshalbleiter (IGBT).
    Halbwertstrom Ih halber Wert des Spitzenstroms (Ih = 0,05 IP) auf dem abfallenden Ast der Stromkurve, der das Ende der Schweißzeit th bestimmt.
    Hauptphase (HP) Phase einer KE-Schweißung, in der der Hauptstrom den Kondensator entlädt.
    Kommutierung (KV) Phase einer KE-Schweißung, in der der Hauptstrom von einem Halbleiterventil (dem Thyristor) auf ein anderes (der Freilaufdiode) wechselt.
    KShW „Kurzzeitschweißen mit hoher Wärmestromdichte“ ist die Verfahrensbezeichnung, die das Widerstandspressschweißen und das Metalldampfpressschweißen zusammenfasst. Charakterisiert wird das Verfahren durch eine hohe Energiedichte, die in sehr kurzer Zeit der Fügestelle zugeführt wird.
    MCS „Multi Capacitor Source“; technisches System, das mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten für einen KE-Schweißprozess nutzt.
    Metalldampf-
    pressschweißen
    Verfahren, bei dem die Stromdichte in der Fügestelle so groß sein muss, dass sich Metalldampf bildet, der die Oberflächen der Fügepartner aktiviert. Eine große Kraft presst diese auf Atomabstand zusammen, wodurch eine Verbindung durch atomare Anziehung entsteht. Eine partielle Schmelze (Linse) bildet sich (in der Regel) nicht.
    Nenngrundgrößen

    auf Nennbedingungen bezogene elektrischen Grundgrößen.

    Rückladespannung
    URück/V
    erhält ein Kondensator, wenn er durch den abklingenden Teilstrom des Thyristorzweigs während einer Kommutierung mit entgegengesetzter Ladung als der Anfangsladespannung aufgeladen wird. Die Rückladespannung ist von der Durchschwingladespannung UD0 zu unterscheiden.
    Schlüsselparameter eine Gruppe von Einzelparametern – Stromanstiegszeit tP, Spitzenstrom IP, Schweißzeit th, Stromflusszeit tI, Kondensatorentladezeit tUn, Strom-Zeit-Integral Qit, spezifische Fügeenergie ϵF und Effektivstrom Ieff – die für charakteristische Betriebspunkte den KE-Schweißprozess in seinem elektrischen Verhalten charakterisieren. Für einen Stromverlauf ohne Freilauf ist noch die Stromflussdauer der ersten Halbperiode t hinzuzuzählen.
    Schweißbeginn t0/ms der Zeitpunkt, an dem der Schweißprozess beginnt. Markiert wird dieser Moment nach DVS-Merkblatt 2911 durch Überschreiten der Triggerschwelle (< 5 % vom Messbereichsendwert) oder durch einen speziell definierten Parameter (z. B. beim erstmaligen Überschreiten der Transformator-Sekundärspannung von 4 V).
    spezifische
    Fügeenergie ϵF

    die auf einen Widerstand von 1 mΩ bezogene Fügeenergie. Zusätzlich wird ϵ50 als die auf einen Widerstand von 50 µΩ bezogene Fügeenergie definiert.

    Spitzenstromverhältnis IDP/IP als Verhältnis der Spitzenströme der zweiten und ersten Halbwelle einer gedämpften Schwingung ohne Gleichrichtwirkung.
    Stromnachlauf (NL) Phase einer KE-Schweißung, in der der Hauptstrom vom Freilaufzweig geführt wird.
    thermische Kopplung für Mehrpulsschweißungen. Die Temperatur in der Fügestelle sinkt nur soweit ab, dass bei einem neuen Puls der Schweißvorgang fortgesetzt wird. Dazu darf der Strom die untere Grenze von i > 0,3 IP nicht unterschreiten.
    Typisieren von KE-Maschinen; Darstellen des elektrischen Typs in der Form Q1itvIP; dabei charakterisieren die beiden Typparameter Strom-Zeit-Integral und Stromanstiegsgeschwindigkeit das Schweißverhalten der Maschine. Typen lassen sich auch für Mehr-Kondensator-Schweißungen bestimmen.
    Umladeverhältnis VUU Verhältnis des Betrages der Durchschwingladespannung zur Anfangsladespannung eines Kondensators beim Betrieb ohne Freilaufzweig.
    „Virtuelle Induktivität“ ein getakteter IGBT als Schaltelement im Funktionsschaltkreis, der über unterschiedliche Tastgrade wie eine variable Induktivität eingesetzt werden kann.
    Widerstandspressschweißen    Verfahren, bei dem die Fügestelle konduktiv aufgeschmolzen wird und die Verbindung zwischen den Partnern durch die erstarrte Schmelze (als Linse bezeichnet) entsteht. Während des Schweißvorgangs werden die Fügeteile unter großer Kraft zusammengepresst.