Punktschweißen

Das Punktschweißverfahren neigt dazu, das Material zu härten, wodurch es sich verzieht. Dadurch wird die Dauerfestigkeit des Materials verringert, und es kann zu einer Dehnung des Materials sowie zu einer Ausglühung kommen. Zu den physikalischen Auswirkungen des Punktschweißens gehören innere Risse, Oberflächenrisse und ein schlechtes Erscheinungsbild. Zu den chemischen Eigenschaften, die beeinträchtigt werden, gehören der Innenwiderstand des Metalls und seine Korrosionseigenschaften.

Die Schweißzeiten sind oft sehr kurz, was zu Problemen mit den Elektroden führen kann – sie können sich nicht schnell genug bewegen, um das Material festzuhalten. Schweißsteuerungen verwenden einen Doppelimpuls, um dieses Problem zu umgehen. Während des ersten Impulses ist der Elektrodenkontakt möglicherweise nicht in der Lage, eine gute Schweißnaht zu erzeugen. Der erste Impuls weicht das Metall auf. Während der Pause zwischen den beiden Impulsen nähern sich die Elektroden an und stellen einen besseren Kontakt her.

Beim Punktschweißen induziert der große elektrische Strom ein großes Magnetfeld, und der elektrische Strom und das Magnetfeld interagieren miteinander, um ebenfalls ein großes magnetisches Kraftfeld zu erzeugen, das das geschmolzene Metall dazu bringt, sich sehr schnell mit einer Geschwindigkeit von bis zu 0,5 m/s zu bewegen. Die Verteilung der Wärmeenergie beim Punktschweißen kann durch die schnelle Bewegung des geschmolzenen Metalls dramatisch verändert werden. Die schnelle Bewegung beim Punktschweißen kann mit Hochgeschwindigkeitsfotografie beobachtet werden.

Das grundlegende Punktschweißgerät besteht aus einer Stromversorgung, einer Energiespeichereinheit (z. B. einer Kondensatorbank), einem Schalter, einem Schweißtransformator und den Schweißelektroden. Das Energiespeicherelement ermöglicht es dem Schweißgerät, hohe Momentanleistungen zu liefern. Wenn der Leistungsbedarf nicht hoch ist, wird das Energiespeicherelement nicht benötigt. Der Schalter bewirkt, dass die gespeicherte Energie in den Schweißtransformator geleitet wird. Der Schweißtransformator regelt die Spannung herunter und erhöht den Strom. Ein wichtiges Merkmal des Transformators ist, dass er die Stromstärke reduziert, die der Schalter verarbeiten muss. Die Schweißelektroden sind Teil des Sekundärkreises des Transformators. Es gibt auch einen Schaltkasten, der den Schalter steuert und die Spannung oder den Strom der Schweißelektroden überwachen kann.

Der Widerstand, der dem Schweißer entgegengebracht wird, ist kompliziert. Es gibt den Widerstand der Sekundärwicklung, der Kabel und der Schweißelektroden. Außerdem gibt es den Kontaktwiderstand zwischen den Schweißelektroden und dem Werkstück. Es gibt den Widerstand der Werkstücke und den Übergangswiderstand zwischen den Werkstücken.

Zu Beginn der Schweißung sind die Übergangswiderstände in der Regel hoch, so dass der größte Teil der Anfangsenergie dort verloren geht. Diese Wärme und die Spannkraft erweichen und glätten das Material an der Schnittstelle zwischen Elektrode und Material und sorgen für einen besseren Kontakt (d. h., der Übergangswiderstand sinkt). Folglich fließt mehr elektrische Energie in das Werkstück und der Übergangswiderstand der beiden Werkstücke sinkt. Während die elektrische Energie in die Schweißnaht einfließt und die Temperatur ansteigen lässt, leiten die Elektroden und das Werkstück diese Wärme ab. Ziel ist es, so viel Energie aufzubringen, dass ein Teil des Materials innerhalb des Punktes schmilzt, ohne dass der gesamte Punkt schmilzt. Der Rand des Punktes leitet viel Wärme ab und hält den Rand auf einer niedrigeren Temperatur. Das Innere des Punktes leitet weniger Wärme ab und schmilzt daher zuerst. Wird der Schweißstrom zu lange angelegt, schmilzt der gesamte Punkt, das Material läuft aus oder versagt anderweitig, und die „Schweißnaht“ wird zu einem Loch.

Die zum Schweißen erforderliche Spannung hängt vom Widerstand des zu schweißenden Materials, der Blechdicke und der gewünschten Größe des Nuggets ab. Beim Schweißen einer üblichen Kombination wie 1,0 + 1,0 mm Stahlblech beträgt die Spannung zwischen den Elektroden zu Beginn der Schweißung nur etwa 1,5 V, kann aber am Ende der Schweißung auf bis zu 1 V abfallen. Dieser Spannungsabfall resultiert aus der Verringerung des Widerstands, die durch das Schmelzen des Werkstücks verursacht wird. Die Leerlaufspannung des Transformators ist höher, typischerweise im Bereich von 5 bis 22 Volt.

Der Widerstand des Schweißpunktes ändert sich, wenn er fließt und sich verflüssigt. Moderne Schweißgeräte können die Schweißnaht in Echtzeit überwachen und einstellen, um eine gleichmäßige Schweißung zu gewährleisten. Die Geräte können versuchen, verschiedene Variablen während der Schweißung zu steuern, z. B. Strom, Spannung, Leistung oder Energie.

Schweißgerätegrößen reichen von 5 bis 500 kVA. Mikro-Punktschweißgeräte, die in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden, reichen bis zu 1,5 kVA oder weniger für Präzisionsschweißarbeiten.

Während des Schweißvorgangs wird in der Regel ein Sprühnebel aus geschmolzenen Metalltröpfchen (Funken) aus dem Schweißbereich herausgeschleudert.

Beim Widerstandspunktschweißen wird kein heller Lichtbogen erzeugt, so dass kein UV-Schutz erforderlich ist. OSHA verlangt transparente Gesichtsschilde oder Schutzbrillen zum Schutz vor Spritzern, aber keine Filterlinsen.