Widerstandspunktschweißen

Charakterisierung Widerstandspunktschweißen

Widerstandspunktschweißen: Ein wirtschaftliches Fügeverfahren in der Blechverarbeitung

Punktschweißen einer Fahrzeugfront (Quelle: KUKA)
Punktschweißen einer Fahrzeugfront (Quelle: KUKA)

Widerstandspunktschweißen (oft einfach als Punktschweißen bezeichnet) ist ein kostengünstiges Fügeverfahren, das sich nach wie vor großer Beliebtheit in der Autoindustrie erfreut, wo hohe Reproduzierbarkeit und Automatisierung entscheidende Kriterien sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei passender Parameterauswahl eine sehr gute Qualität der Verbindungen erzielt wird, unabhängig vom Können des Schweißers.

Das Widerstandspunktschweißen ist ein Pressschweißverfahren. Die Bleche werden lokal zusammengedrückt, und es wird ihnen durch mit Kupferelektroden bestückte Schweißzangen Strom zugeführt. Der Stromfluss erzeugt die sogenannte Joulesche Wärme, welche die Fügepartner an der Kontaktstelle schmilzt. Dort sind sie dann nach dem Erstarren fest verbunden.

Typische Industrien und Anwendungsfelder

Widerstandspunktschweißen: weitverbreitet

Rohkarosserie (Quelle: Fotolia)
Rohkarosserie (Quelle: Fotolia)

Das Widerstandspunktschweißen wird in einem weiten Spektrum von Industrien eingesetzt, zum Beispiel:

  • Transportbranchen
    • Automobilbau (Karosserieteile, Rahmen, Anbauteile wie Türen & Heckklappen etc.)
    • Nutzfahrzeuge
    • Schienenfahrzeuge
  • Blechverarbeitende Industrie

Trends und Entwicklungen

Seit inzwischen über 150 Jahren erweist sich das Widerstandspunktschweißen als marktbeherrschende Technologie für das Verbinden von dünnen Blechen. Insbesondere in der Autoindustrie bleibt das Widerstandspunktschweißen das wichtigste Verbindungsverfahren, trotz starker Konkurrenz durch andere Technologien wie Strahlschweißen, Kleben und mechanisches Fügen. Dies liegt vor allem daran, dass das Widerstandspunktschweißen hohe Produktivität bei niedrigen Kosten liefert – daher wird es wohl auch in Zukunft seine führende Stellung behalten.

Wichtige Trends und Entwicklungen beim Widerstandspunktschweißen:

  • Optimierung der Schweißprozesse. Auch beim Schweißen von Aluminiumlegierungen, hochfesten Materialien und neuen Beschichtungen
  • Verwendung von Hochleistungs-Schweißroboterzangen
  • Neue selbstregulierende Prozesssteuerung, die auch einen größeren Bereich von Materialdicken-Kombinationen abdecken kann
  • Verwendung von Kontrollgeräten zur Qualitätssicherung, wodurch weniger Ressourcen für die Prüfung von Bauteilen und Prozessen benötigt werden.
  • Erforschung von Hybridschweißverfahren, z.B. Punktschweißkleben
  • Gleichbleibende Qualität erzielen durch Verwendung von Punktschweißsystemen mit umlaufendem Prozessband
  • Erforschung des Punktschweißens von Kohlefaser-Bauteilen mithilfe von lokalen Metallstrukturen

Die Entwicklung von Schweißverfahren mit geringem Energieaufwand, numerische Schweißsimulationen und bessere Ausbildung mithilfe virtueller Schweißtrainer – dies alles trägt dazu bei, Verbindungstechniken möglichst energieeffizient und materialschonend zu gestalten.

Eine Möglichkeit, die gesammelte schweißtechnische Erfahrung in einer Firma zu erfassen und Testkosten zu sparen, ist der Einsatz einer Schweißsimulationssoftware, die sowohl die Struktur als auch den Prozess abbildet. Mit der Software können verschiedene Varianten von Prozessparametern ausprobiert und die geeigneten Parameter dokumentiert werden.

 (frei nach „Im Fokus – Widerstandsschweißen im DVS")

Herausforderungen beim Widerstandspunktschweißen

Generelle Schweißbarkeit

Um nachzuweisen, dass eine Struktur generell schweißbar ist, müssen die Schweißsicherheit (Konstruktion), die Schweißeignung (Materialauswahl) und die Durchführbarkeit (Herstellung) in die Planung einbezogen werden. Alle diese Bereiche stehen in Wechselwirkung miteinander – besonders im Hinblick auf den Schweißverzug.

 

Schweißverzug und andere physikalische Effekte

Mit Simufact Welding berechneter Verzug
Mit Simufact Welding berechneter Verzug

Schweißverzüge gehen wirtschaftlich einher mit reduzierter Festigkeit eines Werkstücks – dem kritischsten Punkt bei der Auslegung eines Schweißprozesses oder einer Schweißvorrichtung. Unerwartete Schweißverzüge wieder zu richten erfordert oft teure Nachbearbeitungsschritte.

Noch weitere Effekte beeinflussen möglicherweise die Qualität des fertigen Produktes. Je nach Materialauswahl, Schweißfolge und Schweißprozess können Eigenspannungen die Festigkeit einzelner Verbindungen oder der ganzen Baugruppe beträchtlich reduzieren. Zudem können die Materialeigenschaften sich beim Erwärmen und Abkühlen ändern, was auch zu unerwünschten Effekten führt (Kerbwirkung und Spannungskonzentrationen aufgrund von Gefügeänderungen). Um solche Effekte zu kompensieren, greift man gewöhnlich zu mehr und dickerem Material und macht die Baugruppe dadurch größer, schwerer und entsprechend teurer. Dies beeinflusst wiederum den Schweißprozess selbst, es kann z.B. mehrlagiges Schweißen nötig werden.

Hier finden Sie mehr über die Gründe für Schweißverzug

Typische Anwendungsfelder der Simulation für das Widerstandspunktschweißen

Ziel der Schweißsimulation ist vor allem die Ermittlung der Schweißverzüge. Dies ist ein Schwerpunkt von Simufact Welding. Dank der Implementierung von Materialmodellen können aber auch Phasenanteile, Werkstoffzustände und resultierende lokale Materialeigenschaften berechnet werden, sowie weitere Effekte wie die umwandlungsinduzierte Plastizität und Umwandlungsdehnung.

 

Wie kann Ihnen Simufact Welding helfen:

Wie kann Ihnen Simufact Welding bei der Auslegung eines Schweißprozesses oder einer Schweißvorrichtung helfen?

Je nach gewünschter Ergebnisqualität und Rechenzeit können Sie Simufact Welding verwenden zur

Beide Anwendungen können den Testaufwand erheblich reduzieren, indem man verschiedene Varianten des Aufbaus, der Spannvorrichtungen und Schweißfolgen virtuell ausprobiert, noch bevor Geld und Zeit in Prototypen, Bauteile und Schweißanlagen investiert wird. Die oben genannten Vorteile von Simufact Welding reduzieren auch deutlich die Entwicklungszeit und –kosten und verkürzen damit die Zeit bis zur Markteinführung.

 

Qualitätssicherung für einzelne Schweißpunkte

Beim Widerstandspunktschweißen ist eine weitere typische Arbeit die Qualitätssicherung für einzelne Schweißpunkte. Ein Auto hat normalerweise etwa 4000 - 5500 Schweißpunkte, an denen 200 bis 400 verschiedene Material-Dicken-Kombinationen vorkommen. Mit Simufact Welding können passende Prozessfenster ermittelt und bestätigt werden; Parameter sind dabei u.a. die Kraft der Schweißzange, Strom und Prozessdauer für jede Materialdicke in Kombination mit den betreffenden Beschichtungen im Produktionsprozess. Auch weitere Einflüsse, zum Beispiel der Krümmungsradius bei komplexen Geometrien oder Kurzschlusseffekte, können mit Simufact Welding untersucht werden.

Wirtschaftlicher Nutzen der schnelleren Schweißprozessauslegung

App. Economical benefits
(Quelle: Fotolia - Africa Studio)
  • Hocheffizienter Entwicklungsprozess dank geringerer Anzahl von Fehlversuchen
  • Kosteneinsparung, weil weniger Prototypen hergestellt werden müssen
  • Kosteneinsparung, weil weniger Nachbearbeitung und Richten nötig sind
  • Kürzere Entwicklungszeiten – kürzere Markteinführungszeit
  • Weniger Material- und Energieverbrauch für Versuche
  • Weniger Arbeitsaufwand für Versuche
  • Bessere Chancen bei Projektausschreibungen durch überzeugende Machbarkeitsstudien

Für eine funktionale Betrachtung von Simufact Welding lesen Sie bitte unsere Produktbeschreibung:

Produktbeschreibung Simufact Welding