Punktschweißen ist ein spezielles Verfahren des Widerstandsschweißens, das ohne den Einsatz von Schutzgas auskommt. Das Verfahren wird auch als Widerstandspunktschweißen bezeichnet. Dabei bewirkt das Anlegen einer starken elektrischen Spannung an zwei aufeinander gepresste metallische Werkstücke eine punktuelle Erhitzung und Verflüssigung des Metalls. Nach dem Abkühlen sind die Werkstücke durch eine sehr feste und dauerhafte Schweißnaht verbunden.
Wie funktioniert Punktschweißen?
Die beim Punktschweißen verwendeten Elektroden sind aus einer Kupferlegierung gefertigt. Man bringt sie auf beiden Seiten der zu verbindenden Metallteile an. Durch die angelegte Spannung fließt zwischen den Elektroden der für die Erwärmung verantwortliche Strom. Durch die Wärme kommt es an der Kontaktstelle zu einem Schmelzvorgang. Auf die Elektroden wird ein entsprechender Druck aufgebracht. Dadurch wird das geschmolzene Metall zu einer Schweißnaht zusammenpresst. Die feste Verbindung der beiden Werkstücke aus Blech wird also durch Druck und elektrischen Strom erzielt. Die für den Fügevorgang der Metallteile erforderliche Wärme entsteht durch den Innenwiderstand des Metalls, wenn der Strom durch das Werkstück fließt. Der Begriff Punktschweißen leitet sich von der kleinen Schweißnaht ab, die durch das Verschmelzen der metallischen Werkstücke an einem Punkt entsteht.
Vorteile von Punktschweißen im Vergleich zu anderen Schweißverfahren
Punktschweißen ist eine bewährte, weit verbreitete und verhältnismäßig einfache Schweißtechnik. Das fügende Verfahren kommt beispielsweise in der blechverarbeitenden Fertigung, im Karosserie- und Fahrzeugbau sowie in der Elektroindustrie zum Einsatz. Dies sind die Vorteile von Punktschweißen:
- Punktschweißen weist eine gute Produktivität auf – die Schweißtechnik ermöglicht eine schnelle und effiziente Arbeitsweise
- Punktschweißen kann bei jedem leitfähigen Metall angewendet werden
- Die erzeugten Schweißnähte sind widerstandsfähig und beständig
- Der Materialverzug durch den Schweißvorgang ist gering
- Für die Massenproduktion ist das Verfahren automatisierbar
Kommt Punktschweißen zum Einsatz, so müssen auch einige Nachteile des Verfahrens berücksichtigt werden:
- Zugang zu beiden Seiten des Metalls muss gegeben sein
- Schwankungen in der zur Anwendung kommenden niedrigen Spannungen können die Schweißnahtqualität beeinträchtigen
- Das Verfahren kann die physikalischen und chemischen Eigenschaften der geschweißten Metalle beeinflussen – mit negativen Folgen für die Korrosionsbeständigkeit
- Punktschweißen ist nicht für sehr dünne bzw. sehr dicke Bleche geeignet
- Die Kontrolle von Wärme und Druck kann beim Punktschweißen herausfordernd sein
Die beim Schweißvorgang entstehenden Dämpfe können gesundheitsschädlich sein. Daher ist es wichtig, die erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen und Vorkehrungen zu treffen.
Mit dem Laserschweißen kann das klassische Punktschweißen ersetzt werden, in dem man eine kreisförmige Laserschweißnaht setzt. Die Vorteile hierbei sind u.a. das keine direkte Krafteinwirkung, wie beim klassischen Punktschweißen, erfolgt. Und sich dieser Prozess daher für deutlich filigranere Bauteile eignet.
Punktschweißen – der technische Prozess
Die technischen Grundlagen des Punktschweißens sind relativ einfach und lassen sich in vier Prozessschritten darstellen:
- Werkstück ausrichten: Die beiden miteinander zu verbindenden Werkstücke werden präzise zueinander ausgerichtet. Entscheidend ist in diesem Schritt eine hohe Genauigkeit. Fehler in dieser Prozessphase sind sehr aufwendig zu beheben, sobald die Werkstücke dauerhaft miteinander verschweißt sind.
- Elektroden anbringen und aufpressen: Aufgabe der Elektroden ist im Schweißprozess den elektrischen Strom durch die Werkstücke zu leiten, die verbunden werden sollen. In der Regel sind die thermisch und elektrisch stark beanspruchten Elektroden aus Wolfram oder Molybdän gefertigt. Zudem halten die Elektroden die Werkstücke zusammen, indem man sie mit Druck auf die Schweißpunkte presst.
- Schweißzone erhitzen und verflüssigen: Der nun von Elektrode zu Elektrode durch das Werkstück geleitete Strom erhitzt das Werkstück. Der elektrische Widerstand des leitenden Materials sorgt für die Umwandlung von elektrischem Strom in Wärmeenergie. Durch die räumlich eng begrenzte Erhitzung kommt es dadurch zur lokalen Verflüssigung des Materials. Die beiden Werkstücke verbinden sich durch diesen Vorgang in der Kontaktzone dauerhaft miteinander.
- Elektroden entfernen: Sind die beiden Bauteile fest miteinander verbunden, dann kann man die Elektroden entfernen und am nächsten Schweißpunkt wieder anpressen. Die Dauer der Stromzufuhr bestimmt wesentlich die Schweißzeit und hängt von mehreren Faktoren ab.
Die angegebenen Prozessschritte werden Schweißpunkt für Schweißpunkt wiederholt. Je größer das Werkstück, umso mehr Schweißpunkt werden für die dauerhafte Schweißverbindung benötigt.
Wichtige Qualitätsmerkmale beim Punktschweißen
Die Aufgabe von Punktschweißen ist, Bauteile so miteinander zu verbinden, dass die definierten Anforderungen über eine bestimmte Lebensdauer erfüllt werden. Schweißpunkte müssen dafür abhängig von den Bauteilanforderungen bestimmte Qualitätskriterien bzw. Gütemerkmale erfüllen. Im Zusammenhang mit der Qualität von der Schweißverbindung, die mit Widerstandspunktschweißen erzeugt werden, findet der Begriff Schweißpunktqualität Verwendung.
Zu den technischen Qualitätskriterien zählen neben geometrisch messbaren Größen auch messbare Festigkeitswerte sowie subjektiv eingeschätzte Größen. Zu den geometrisch messbaren Größen gehören unter anderem:
- Punktdurchmesser (Werkstattprüfung)
- Linsendurchmesser (Querschliff)
- Eindrucktiefe der Elektroden
- Spaltbreite zwischen den Blechen
- Eindringtiefe
Die Ermittlung messbarer Festigkeitswerte ist an ein spezielles Prüfverfahren gebunden. Zu den relevanten Festigkeitswerten zählen:
- Schälkraft
- Scherzugkraft
- Kopfzugkraft
- Torsionsmoment
Zur Vervollständigung der Qualitätssicherung werden in Betriebskontrollen subjektiv eingeschätzte Größen zerstörend oder zerstörungsfrei erhoben. Dazu gehören:
- Ultraschall-A-Bild
- Spritzerfreiheit
- Oberflächenaussehen
- Randschweißung
- Schiebende Elektrode (seitliche Rutschbewegung der Elektroden)
Präzision und Wiederholgenauigkeit beim Punktschweißen
Die erreichbare Präzision und Wiederholgenauigkeit hängt von einer Reihe von Einflussfaktoren über den gesamten Schweißprozess ab.
- Werkstückvorbereitung: Nur wenn Werkstücke sauber und frei von Oberflächenverunreinigungen sind, lässt sich eine präzise, hochwertige und dauerhafte Schweißverbindung erreichen. Damit eine gleichmäßige Wärmeverteilung sowie eine gute Schweißpunktform erzielt werden, muss die Passgenauigkeit der Werkstücke gut sein.
- Maschinenparameter: Größe und Qualität der Schweißpunkte werden vor allem durch die Schweißstromstärke, die Schweißzeit und den Elektrodenanpressdruck beeinflusst. Für ein hochqualitatives Ergebnis müssen diese Parameter mit Sorgfalt eingestellt und dann konstant gehalten werden. Erreichbare Präzision und Wiederholgenauigkeit hängen stark von der Konstanz dieser Parameter ab.
- Elektrode: Stromdichte und Wärmeverteilung werden beim Schweißen maßgeblich durch Form und Zustand der Elektroden beeinflusst. Die Folge abgenutzter bzw. beschädigter Elektroden können ungleichmäßige Schweißpunkte sein. Die Elektroden müssen daher regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls erneuert werden.
- Prozessüberwachung: Sensoren und Überwachungssystemen ermöglichen bei modernen Punktschweißanlagen die Überwachung des Schweißprozesses in Echtzeit. Wird eine Abweichung von den Sollwerten erkannt, so wird eine Warnung ausgegeben. Im Optimalfall passt das System den Schweißprozess automatisch an.
Maschinen und Technologien für das Punktschweißen
Je nach Einsatzzweck kommen unterschiedliche Punktschweißmaschinen zum Einsatz, die sich in ihrer Bauweise, der Leistung und im Anwendungsbereich unterscheiden:
- Tisch-Punktschweißmaschinen: Die kompakten Maschinen sind für kleinere Werkstücke und Serien konzipiert. Sie kommen hauptsächlich in Werkstätten und im Handwerk zum Einsatz.
- Stand-Punktschweißmaschinen: Dieser Maschinentyp ist für größere Werkstücke und höhere Produktionsleistungen vorgesehen.
- Roboter-Punktschweißanlagen: Die hochautomatisierten Anlagen kommen in der industriellen Serienfertigung, vor allem in der Automobilindustrie, zum Einsatz.
Schweiß- und Fertigungsdienstleistungen von BLS Lasertechnology GmbH
BLS Lasertechnology GmbH verfügt als eigentümergeführtes Unternehmen über langjährige und umfängliche Erfahrung in der Laserbearbeitung. Das Team von BLS ist stolz auf seine Expertise im Bereich der Lasermaterialbearbeitung von Metallbauteilen – insbesondere im Laserschweißen und Laserauftragsschweißen.
BLS ist ein langjähriger Partner der Industrie für komplexe und technologisch anspruchsvolle Laserapplikationen und bietet Lasermaterialbearbeitung auf höchstem Niveau:
- Laserschweißen
- Laserschneiden
- Lasermarkieren
- Laserhärten
- Laserauftragsschweißen
