fügeprozesse


Fügeprozesse

Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen), Schweißen mit Mittelfrequenz-Gleichstrom (MF-DC) und Wechselstrom (AC) gehören zu den konduktiven Widerstandspressschweißprozessen. Die stoffschlüssige Verbindung der Fügebauteile entsteht durch die gleichzeitige Anwendung von Kraft und Wärme. Die dafür erforderliche Wärme entsteht innerhalb der Fügebauteile durch einen elektrischen Stromfluss, der zu einer Widerstandserwärmung der Schweißzone führt. Eine ausreichend hohe Stromkonzentration wird beim Buckelschweißen durch einen Fügebauteilpartner mit buckelähnlicher Kontur erreicht. Beim Punktschweißen hingegen wird die notwendige Stromkonzentration durch die Geometrie der Elektrodenspitze realisiert.

  • Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen):

    Das Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen) erfolgt mit einem sehr hohen, kurzzeitigen Stoßstrom (bis 1 000 kA), der über eine transformierte Kondensatorentladung bereitgestellt wird. Es stellt eine besondere Form des Buckelschweißens dar, findet aber auch vereinzelt als Widerstandspunktschweißen Anwendung. Beim KE-Schweißen drücken die Ober- und Unterelektroden mit hohen Anpresskräften (ab 10 kN und deutlich mehr) auf die Fügebauteile. Durch das Zünden eines Thyristors wird die Ladung einer Kondensatorenbank über einen Impulstransformator und sekundärseitig über die Elektroden in die Fügeteile geleitet. Der Schweißstrom erwärmt die Materialien partiell bis in die Nähe ihres Schmelzpunktes, sodass die Teile nach dem Erkalten stoffschlüssig verbunden sind.

    Wesentliche Vorteile des KE-Schweißens sind neben der kurzen Prozesszeit die geringe notwendige elektrische Anschlussleistung, der hohe Wirkungsgrad und die geringe thermische Belastung der Werkstücke und Werkzeuge. Die kurzzeitige und lokale Wärmeeinbringung, die eine vernachlässigbar geringe Wärmeableitung in den Grundwerkstoff zur Folge hat, erlaubt das Schweißen von Mischkombinationen unterschiedlicher Werkstoffe, Schweißungen in thermisch empfindlichen Bereichen und das Schweißen großer Dicken- und Querschnittsunterschiede. Zudem ermöglicht das KE-Schweißen das Fügen von Werkstoffe mit hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit wie Aluminium, Kupfer und Messing. Der reproduzierbaren Entladung des Schweißkondensators folgt eine hohe Prozesssicherheit.

    Weiterführende Informationen zum KE-Schweißen finden sie hier.

  • Widerstandsschweißen mit Mittelfrequenz-Gleichstrom (MF-DC):

    Die MF-Schweißtechnik kommt sowohl im Bereich des Punkt- als auch des Buckelschweißens vielfältig zur Anwendung.
    Beim Mittelfrequenzschweißen wird mittels eines Inverters der Strom von Netzfrequenz auf 1000 Hz mithilfe von Leistungshalbleitern zerhackt und dann auf die Schweißtransformatoren geleitet. Auf deren Sekundärseite wird der Strom dann durch wassergekühlte Dioden-Pakete gleichgerichtet. Beim Punktschweißen liegt dieser im Bereich von etwa 5-12kA.


    Vorteile:

    Der zeitliche Stromverlauf beim MF-Schweißen ist vor allem durch einen schnellen Stromanstieg und einen gleichmäßigen Kurvenverlauf gekennzeichnet.

    • 1000 Hz Taktung des Stromes ermöglicht kurze Schweißzyklen
    • gute Regelbarkeit des Schweißstromes
    • Möglichkeit des Einsatzes von U/I-Reglern

    Nachteile:

    Die Nachteile beim MF-Schweißen ergeben sich aus der benötigten Netzanschlussleistung und dem Einfluss der schwankenden Übergangswiderstände auf das Schweißergebnis:

    • Notwendige hohe Anschlussleistung
    • Begrenzung des Spritzenstromes
    • Abhängigkeit der eingebrachten Wärmeenergie vom Schweißstrom
    • hoher Einfluss von schwankenden Übergangswiderständen auf das Schweißergebnis
  • Einphasen-Wechselstrom (AC) mit 50 Hz Netzfrequenz:

    Das Schweißen mit dieser Art der Energiebereitstellung ist die gebräuchlichste und einfachste Art des Widerstandsschweißens und kommt hauptsächlich beim Punktschweißen zum Einsatz. Dazu wird die Netzspannung von 400V einphasig auf einen Schweißtransformator geschalten und von diesem auf etwa 5-9V transformiert. Im gleichen Übersetzungsverhältnis wird der Netzstrom in den notwendig hohen Schweißstrom umgewandelt. Beim Punktschweißen liegt dieser im Bereich von etwa 5-12kA.


    Vorteile:
    Die wesentlichen Vorteile liegen in der benötigten Ausrüstung.
    Diese sind im Einzelnen:

    • einfach aufgebaute, kostengünstige Steuerung
    • platzsparende Installation für Thyristor-Leistungsteile
    • robuste, zuverlässige Hardware
    • leichte Bedienung, geringer Schulungsaufwand

    Nachteile:
    Die Nachteile sind vor allem im Bereich Prozesssicherheit und Wirkungsgrad zu finden:

    • wegen der geringen Taktfrequenz keine feine Regelung möglich
    • geringe Stromdichte und dadurch lange Schweißzeiten
    • hohe Wärmeverluste und damit Belastung der Elektroden und Bauteile
    • geringer Wirkungsgrad
    • unsymmetrische Belastung des Versorgungsnetzes