Schweißen Widerstandspunktschweißen mit maximaler Prozess- und Qualitätssicherheit

Vor allem Automobilbauer und Hersteller großer Serien von Blechbehältnissen setzen auf Widerstandspunktschweißen zum Verbinden der Bauteile ein. Mehr Prozesssicherheit, Verbindungsqualität und Wirtschaftlichkeit gewinnen jedoch die Anwender der neuen Technologie DeltaSpot durch das umlaufende Prozessband.

Anbieter zum Thema

SCHMIDT-KUPPLUNG GmbH

IEF-Werner GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Das thermische Fügeverfahren Widerstandspunktschweißen kann Merkmale aufweisen, die sowohl hinsichtlich der Oberflächengüte und des Zeitaufwandes nicht zufriedenstellend sind. Verschleißende Elektroden zwingen einerseits zum häufigen Wechseln und infolge dessen zum Unterbrechen der Fertigung, und sie machen andererseits ein ständiges Nachregeln der Steuerung erforderlich. Ebenso unerwünscht ist die mangelhafte Produktqualität, denn die typischen „fliegenden Funken“ und Schweißspritzer verunreinigen die Oberfläche.

Entwickler von Fronius erkannten in diesen Mängeln eine Herausforderung und kreierten die Technologie DeltaSpot. Und dies sowohl beim Fügen unterschiedlicher Stahlqualitäten als auch bei Aluminium. So eröffnet das Verfahren dem Konstrukteur neue Materialpaarungen und Füge-Alternativen. Maßgeblichen Anteil am Realisieren der Vorteile hat das System der umlaufenden Prozessbänder.

Das Prinzip beruht auf einem endlosen Prozessband

Anwender des konventionellen Widerstandspunktschweißens von Stahlblech nutzen ein produktives Verfahren, müssen jedoch nach wenigen Hundert Punkten die abgestumpfte Elektrodenspitze nachschärfen und verschlissene Elektroden wechseln. Die wesentlichen Störgrößen des bewährten Verfahrens wie unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit der Metalle, Schwankungen der Materialstärke, die chargenabhängigen Unterschiede bei Beschichtung und Werkstoff sowie Elektrodenverschleiß werden mit DeltaSpot eingeschränkt bzw. minimiert.

Den Kern der Neuentwicklung von Fronius bildet ein umlaufendes Prozessband. Es übernimmt den Kontakt zwischen Elektrode und zu verbindenden Blechen und ist exakt auf deren Eigenschaften wie Dicke und Material abgestimmt. „Endlos“ wird es über die Elektroden geführt. Die Aufnahme der Bandspule befindet sich direkt an den beiden Armen der Schweißzange. Der Nutzer kann die Kontaktflächen der Bandelektrode je nach den konkreten Bedingungen auch mehrmals verwenden. Das Band wird dann erst nach mehreren Punktschweißungen vollautomatisch weiter transportiert. Bei dem 70 Meter langen Prozessband und 10 Millimeter Bandvorschub können 7000 Punktverbindungen in einer unterbrechungsfreien Schweißfolge gesetzt werden.

Neue verfahrenstechnische Perspektiven

Der wesentliche Vorteil einer markant gesteigerten Elektroden-Lebensdauer zeigt sich besonders beim Fügen von Aluminium: Mussten bei entsprechenden Qualitätsansprüchen im konventionellen Verfahren des Widerstands-Punktschweißens nach jeweils 20 bis 30 Schweißpunkten die Elektroden wieder gefräst werden, so erreichen die Elektroden bei DeltaSpot die Größenordnung von 7 000 Punkten, bevor ein Bandwechsel erforderlich wird.

Bei verzinkten Stahlblechen von 2 x 1 mm (DC010 ZE25/25) setzt die DeltaSpot 14 000 Schweißpunkte innerhalb der Band- bzw. Elektrodenstandzeit. Ebenfalls günstigere Werte ergeben sich bei der technischen Anlagenausstattung. Dem neuen Fronius-Verfahren reicht beim Fügen von 2 x 1 mm AlMg3-Blechen eine Stromstärke von 16 kA. Konventionell punktgeschweißt sind dagegen 30 bis 40 kA nötig.

Zu den verfahrenstechnischen Vorteilen zählt auch das Einbringen von Prozesswärme über den elektrischen Widerstand der Prozessbänderm, was den Nebenschlusseffekt vermeidet. Wesentlich ist zudem die Steuerbarkeit dieses Prozesses, denn so lässt sich bei unterschiedlichen Blechdicken oder Mehrblechverbindungen die Schweißlinse in die gewünschte Lage innerhalb der Materialien positionieren.

Maximale Spritzerfreiheit erhöht Oberflächenqualität

Durch die Beschichtung des Prozessbandes ist für einen optimalen elektrischen Kontakt zum Werkstoff gesorgt. Probleme infolge störender Oxid- oder anderer Schichten, die zur Spritzerbildung führen würden, entfallen, so dass eine maximale Spritzerfreiheit erreicht wird. Dies erhöht einerseits die Oberflächenqualität und reduziert andererseits Nacharbeitungs- sowie Kontrollaufwand. Zusätzlich mindert es den Reinigungs- und Wartungsaufwand innerhalb der Schweißzelle drastisch.

Bedingt durch sein relativ elastisches Material gleicht das Band Unebenheiten auf der Oberfläche der Bauteile aus. Dies führt dazu, dass die Kontaktfläche zwischen Elektroden und Bauteil wesentlich größer ist als beim konventionellen Widerstandsschweißen. Die Stromdichte an der Oberfläche des Bauteiles ist mit Prozessband geringer als ohne – und damit auch das Risiko von Oberflächenspritzern.

Neue Perspektiven eröffnet es als Dokumentationsmedium. Jeder Schweißpunkt erzeugt auf der Kontaktfläche einen „Fingerprint“. Diese lesbare Spur gibt Aufschluss über den abgelaufenen Arbeitsprozess. Bilderfassungssysteme können ihn detektieren und Analysesysteme ihn auswerten. So lassen sich die Schweißpunkte komplett erfassen, kontrollieren und eine optimale Qualitätssicherung verwirklichen.

Für Schweißen unterschiedlicher Stahlsorten geeignet

Beim Fügen von Mehrblechverbindungen sowie unterschiedliche Stähle und Materialdicken bleibt die Schweißzange identisch, nur die Elektroden und „verbrauchten“ Bänder sind gegebenenfalls auszutauschen. Dank flexibel und universell steuerbarer Prozessparameter ist DeltaSpot zum Schweißen unterschiedlicher Stahlsorten geeignet. Verzinkte oder organisch beschichtete Stähle lassen sich ebenso fügen wie einfache mit hochfesten Stählen. Dies gilt auch für CrNi-Stähle sowie für Usibor (spezielles Werkstoffkonzept aus ultrahochfesten Borstählen).

Bei Mehrblechverbindungen gewährleistet DeltaSpot, dass die Schweißlinse alle Bleche einschließlich der dünneren durchdringt und erfasst. Im Unterschied zum konventionellen Widerstandspunktschweißen ist der kontrollierte Wärmeeintrag und damit eine Steuerung der Linsenposition möglich.

* Dipl.-Ing. Gerd Trommer ist freier Journalist

(ID:209905)