Widerstandsschweißen

Nicht so wie bei den anderen Schweißprozessen benötigen die meisten Widerstandsschweißprozesse eine Elektrodenkraft, um eine Verbindung herzustellen. Es wirkt also eine Presskraft auf das Werkstück ein. Deshalb spricht man oft auch vom so genannten „Widerstandspressschweißverfahren“. In der Literatur und im folgenden Text wird, auch wenn dies nicht ganz korrekt ist, häufig nur der Begriff „Widerstandsschweißen“ benutzt.

Diese Verfahren sind nicht zu verwechseln mit den Widerstandsschmelzschweiß-Prozessen, die ohne eine Presskraft auskommen.

Das Haupteinsatzgebiet der Widerstandspressschweißverfahren liegt im Bereich der Blechkonstruktionen von ca. 0,5 bis 3 mm Einzelblechdicke. Dort werden vorzugsweise Überlappnähte hergestellt. Durch den Einsatz von Spezialmaschinen ist es auch möglich wesentlich dünnere sowie dickere Bleche zu verschweißen.

Die Varianten des Stumpfschweißens ermöglichen, je nach Leistungsfähigkeit der Maschine, die Verbindung von Schweißquerschnitten von bis zu ca. 100.000 mm².

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Einteilung der Schweißverfahren nach DIN EN 14610, DIN 1910-100

Prinzip der Widerstandsschweißung
Beim Widerstandsschweißen wird die Wärme innerhalb des Materials erzeugt, indem der elektrische Schweißstrom durch die Widerstände im Material fließt. Die erzeugte Wärme ergibt sich nach dem Joul'schen Gesetz:

Q = I² x R x t

(Q= Wärme; I= Strom; R= Widerstand; t= Zeit)

Im folgenden Text werden verschiedene Widerstandspressschweißprozesse genauer beschreiben: Widerstandspunktschweißen, Rollennahtschweißen, Buckelschweißen und Stumpfschweißen (teilt sich in Pressstumpf- und Abbrennstumpfscheißen). Auf das Widerstandsschmelzschweißen wird hier nicht eingegangen.

Widerstandpunktschweißen

Anwendungsbereiche	Merkmale
Stahl: 0,5 ... 3,0 mm	linsenförmige Verbindung
Aluminium: 0,5 ... 2,0 mm	Werkstücke überlappen
	stiftförmige Elektroden

Beim Punktschweißen werden die aufeinander gepressten Teile nach ausreichendem Erwärmen der Fügestelle punktförmig verbunden. Die Verbindung entsteht durch Schmelzen und Erstarren des Werkstoffes an der Fügestelle. In den durch die Elektrodenkraft zusammengepressten Teilen erfolgt die elektrische Widerstandserwärmung (Joul'schen Gesetz, siehe oben). Schweißstrom und Elektrodenkraft werden durch Punktschweißelektroden übertragen.
Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine große Schweißgeschwindigkeit, vielseitige Einsatzmöglichkeiten, schnelle Umrüstbarkeit für verschiedene Aufgaben und Mechanisierungs- sowie Automatisierungsmöglichkeiten, zum Beispiel durch Rundtische, aus.

Voraussetzungen

Die Punktschweißbarkeit eines Bauteils ist gegeben, wenn eine der Beanspruchung genügende Punktschweißverbindung bei Beachtung eines geeigneten Fertigungsablaufs erreicht werden kann. Die Schweißbarkeit hängt von den drei gleichartigen Einflussgrößen Werkstoff, Konstruktion und Fertigung ab. Zwischen den drei Einflussgrößen und der Schweißbarkeit wirken die Eigenschaften „Schweißeignung der Werkstoffe“, „Schweißsicherheit der Konstruktion“ und „Schweißmöglichkeit der Fertigung“.

Anwendungsgebiete

Typische Anwendungsgebiete im Fahrzeug-, Haushaltsgeräte-, Behälter- und Leuchtenbau.

Rollennahtschweißen

Anendungsbereiche	Merkmale
Stahl: 0,5 ... 2,0 mm	Dichtnähte oder Punktnähte
Aluminium: 0,5 ... 1,5 mm	Werkstücke überlappen (auch stumpf möglich!)
	rollenförmige, angetriebene Elektroden

Das Rollennahtschweißen ist vom Punktschweißen abgeleitet. Mit Punktschweißmaschinen lassen sich durch schnelles und dichtes Aneinanderreihen von Einzelpunkten Dichtnähte erzielen. Für den Vorschub des Werkstücks muss sich das Elektrodenpaar jedoch nach jedem einzelnen Punkt öffnen. Beim schnellen Arbeiten hämmern daher die Elektroden stark auf das Werkstück und verformen sich in kurzer Zeit. Drehbare Rollenelektroden zur Strom- und Kraftübertragung vermeiden diese Nachteile. Das Rollenpaar berührt ebenso wie Punktelektroden das Werkstück nur auf einer kleinen Fläche, so dass der Strom durch einen beschränkten Querschnitt des Werkstücks von Rolle zu Rolle fließen und einen Schweißpunkt erzeugen muss. Die Rollen drehen sich entsprechend der Weiterbewegung des Werkstücks und brauchen daher nicht abgehoben zu werden. Gegenüber dem Nahtschweißen mit Punktelektroden hat das Rollennahtschweißen den Vorzug einer viel geringeren Elektrodenabnutzung und einer höheren Schweißgeschwindigkeit.

Anwendungsgebiete

Typische Anwendungsgebiete sind das verschweißen von Edelstahlblechdächern.

Buckelschweißen

Anwendungsbereich	Merkmale
Stahl: 0,8 ... 3,0 mm	Werkstückform bewirkt Stromkonzentration
Aluminium: 1,0 ... 2,0 mm	Werkstücke überlappen
	großflächige Elektroden
	linsenförmige Verbindungen
	mehrere Verbindungen gleichzeitig

Beim Buckelschweißen erfolgt die notwendige Stromkonzentration durch die Form der Werkstücke. Dies kann, z.B. bei Drahtschweißungen im Kreuzungsstoß, bereits durch die natürliche Form der Teile gegeben sein. Meist werden jedoch bestimmte Geometrien, die sogenannten Buckel, in eines der beiden Werkstücke eingearbeitet.

In der Praxis werden sowohl genormte, als auch nicht genormte Buckel eingesetzt. Zu den genormten Buckeln gehören die „geprägten“ Rundbuckel nach ISO 8167 (EN 28167) sowie Längs- und Ringbuckel nach DIN 8519. Allerdings werden häufig auch nicht genormte Buckel verschiedenster Art eingesetzt.

Anwendungsgebiete

Typische Anwendungsgebiete sind das Anschweißen von Bolzen (nicht zu verwechseln mit dem Bolzenschweißen), Muttern, Hülsen und Massivteilen.

Stumpfschweißen

                                         Pressstumpfschweißen                                                                                   Abbrennstumpfschweißen

Anwendungsbereich	Merkmale	Anwendungsbereich	Merkmale
Stahl: ∅ 0,5 ... 30 mm, max. 1000mm²	Spannelektroden	Stahl: ∅ 1,5 ... 300 mm, max. 100.000mm²	Spannelektroden
Aluminium: nur kleine Drähte (Oxyde)	Stauchwulst	Aluminium: bis ca. 12.000 mm²	schartiger Stauchgrat
	Vorbereitung: glatte Werkstückenden		Vorbereitung: grob geschnittene Stoßflächen
	Stumpfstoß		Stumpfstoß
			Schweißung mit/ohne Vorwärmung
			Abbrenn- und Stauchphase

Beim Stumpfscheißen unterscheidet man zwischen dem Pressstumpfschweißen und dem Abbrennstumpfschweißen.

Beide Varianten werden ausschließlich für die Herstellung von Stumpfverbindungen eigesetzt. Die Werkstücke können im Fügebereich eine nahezu beliebige Form aufweisen, sollten jedoch möglichst gleich sein. Ansonsten ist eine ungleiche Erwärmung zu erwarten.

Anwendungsgebiete

Typische Anwendungsgebiete sind das Schweißen von LKW-Felgen, Gleitschutzketten, Bierfassflanschen, Belüftungsrahmen, Betonstählen und Eisenbahnschienen.