Widerstandspreßschweißen

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1 Widerstandspreßschweißen Grundlagen - Verfahren - Anwendung M. Krause

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort Einleitung. Fügetechnik. Einteilung der Widerstandsschweißverfahren Elektrotechnische Grundlagen des Widerstandsschweißens Die Einheiten der elektrotechnischen Größen Die Stromarten Der Widerstand im Stromkreis Schaltung von Widerständen Reihenschaltung der Widerstände Parallelschaltung der Widerstände Kirchhoffscher Satz (Knotenpunktregel) Kirchhoffscher Satz (Maschenregel) Widerstandsarten Wirkwiderstand im Wechselstrom kreis Induktiver Widerstand im Wechselstromkreis Kapazitiver Widerstand im Wechselstromkreis Scheinwiderstand (Impedanz) im Wechselstromkreis Darstellung von Wechselstromvorgängen durch Vektoren Wirkwiderstand, induktiver und kapazitiver Blindwiderstand im Wechselstromkreis Wechselstromleistung Wirkleistung Blindleistung Scheinleistung Der Transformator Mehrphasige Wechsel ströme Dreiphasen- oder Drehstrom Dreieckschaltung Stern schaltung 24

3 3 Physikalische Grundlagen des Widerstandsschweißens 26 4 Voraussetzungen, Hinweise und Richtwerte zum (Punkt-)Schweißen Schweißbarkeit der Bauteile Schweißeignung der Werkstoffe Schweißeignung der Stahlwerkstoffe Schweißeignung der beschichteten Stahlwerkstoffe Schweißeignung der Aluminiumwerkstoffe Schweißeignung von Kupfer- und Nickelwerkstoffen Schweißeignung weiterer Werkstoffe und Werkstoffpaarungen Hinweise zu den SchweißeinsteIlwerten Stromdichte Schweißlinsendurchmesser, Schweißzeit, Elektrodenkraft Schweißnebenzeiten Schweißelektroden und Elektrodenwerkstoffe Die gebräuchlichen Elektrodenwerkstoffe und ihre bevorzugten Anwendungen Punktschweißelektrodenformen Standmenge der Elektroden Anordnung der Schweißpunkte Nebenschluß Abstand der Schweißpunkte Schweißgerechte Konstruktion Nebenschlußmöglichkeiten Zugänglichkeit der SchweißsteIle Auflageflächen für Elektroden Verbindungen mit ungleich dicken Blechen Impedanzänderung im Sekundärkreis Prüfen von Schweißverbindungen Werkstattversuche zum Beurteilen von Schweißverbindungen Weitere mechanisch-technologische Prüfverfahren Scherzugversuch Kopfzugversuch Torsionsversuch Prüfung durch schlagende Beanspruchung Dauerschwingversuch Bauteilversuch Zerstörungsfreie Prüfverfahren Magnetpulverprüfung Farbeindringprüfung Ultraschallprüfung Durchstrahlungsprüfung Schallemissionsprüfung Metallographische Untersuchung Schweißfehler und ihre Ursachen 49

4 Steuerungen für Widerstandsschweißeinrichtungen 51 Die Schweißeinrichtung 51 Prinzipieller Aufbau der Schweißeinrichtung 51 Die Schweißsteuerung 52 Die Leistungsstufe 54 Der Thyristor 54 Bemessung der Thyristorsteller 54 Relative Einschaltdauer 55 Sperrspannung 56 Thyristorkühlung 57 Schutzbeschaltung " 57 Die Stromsteuerung 58 Phasenanschnitt 58 Effektivwert " 59 Leistungsfaktor cos phi 59 Verzögerte erste Halbwelle 60 Stromanstieg - Stromab fall " 62 Die Zeitsteuerung 62 Stromzeit 62 Nebenzeiten 63 Mehrprogrammsteuerungen 64 Betriebsartenumschaltung 64 Weiterlaufkommando 64 Netzlastverriegelung 65 Schweißpunktzähler (Stepperfunktion) 65 Regelung " 65 Sonderschweißsteuerungen 66 Steuerungen für zentrale Programmierungen " 66 Frequenzwandleranlagen 68 Steuerungen für Maschinen mit Sekundärgleichrichter " 68 Mittelfrequenzschweißsteuerungen 70 Steuerungen für Schweißanlagen mit Kondensatorentiadung 70 Steuerungen für Stumpf- und Abbrennstumpfschweißanlagen 71 Steuerungsdefekte 72 Störungen 73 Fehlerhafte Einstellung bzw. Programmierung der Steuerung " 73 Maschinendefekte 74 Überwachungseinrichtungen 75 Abschließende Hinweise 75 Netzanschluß von SchweiBmaschinen 76 Das Leistungsverhalten des Schweißtrafos in Abhängigkeit von der Einschaltdauer " 76 Was ist beim Anschluß einer Schweißmaschine zu beachten? 76 Installation der Schweißmaschine 82 Meßtechnik im Schweißstromkreis " 84

5 7 Betrachtungen zur Bestimmung der Schweißtransformatorleistung Messen der Sekundärimpedanz Rechenbeispiel Berechnen der Sekundärimpedanz Berechnen der Anschlußleistung Rechenbeispiel zur Anschlußleistung 91 8 Bemessung von Leistungsschaltern (Hauptschalter) in Schweißanlagen 93 9 Berechnungsvorschlag für Schweißmaschinen mit Dreiphasen-Sekundärgleichrichtern Bestimmung der Netzbelastung beim Einsatz mehrererschweißanlagen, Anmerkungen für den Einsatz von Netzlastbegrenzungssteuerungen Einsatz von Netzlastbegrenzungssteuerungen Qualitätssicherung und Prozeßoptimierung beim Widerstandsschweißen 103 Der Qualitätsbegriff 103 Anmerkung zur Produkthaftung 103 Schweißfehler 104 Prozeßfähigkeit und Statistik 105 Statistische Prozeßregelung 105 Maschinenfähigkeit 105 Prozeßfähigkeit 107 Aufbereitung der Meßwerte 107 Ermitteln der Grundstreuung 108 Errechnung der Standardabweichung 111 Prozeßregelkarten 113 Mittelwert-Spannweitenkarte (x-r-prozeßregelkarte) 113 Errechnung der Grenzen für die Mittelwertkarte 114 Errechnung der Grenzen für die Spannweiten karte 115 Vereinfachte Bestimmung der Eingriffsgrenzen über die mittlere Spannweite R 115 Problemlösungsmethoden 119 Das Ursache-Wirkung-Diagramm 119 Das Pareto-Prinzip 119 Das Messen der Parameterwerte 120 Geräte zur Qualitätssicherung 122 Steuerungen mit qualitätssichernden Eigenschaften 124 Der Unterschied zwischen Steuerung und Regelung 124 Verschiedene Arten der Steuer- und Regelverfahren 125

6 Beobachtung mechanischer Größen. Beobachtung elektrischer Größen. Regelverfahren mit Strommessung. Regelverfahren mit Spannungsmessung. Steuerungs- und/oder Regelverfahren mit Widerstandsmessung. Steuerungs- und Regelverfahren mit Energiebeobachtung. Kompensation des Elektrodenverschleißes (Stepperfunktion). Steuerungsverfahren mit Schallemissionsmessung. Steuerungs- oder Regelverfahren mit Beobachtung der Schweißwärme. Kritische Betrachtung der Regelverfahren. Zukünftige Regelungen bzw. Steuerungen. Passive Schweißgüteüberwachungsgeräte. Schlußbemerkung Weitere Widerstandspreßschweißverfahren. Das Buckelschweißverfahren. Das Rollennahtschweißen. Das Abbrennstumpfschweiß- und Preßstumpfschweißverfahren. Schlittengeschwindigkeiten und Schweißströme. Das Preßstumpfschweißverfahren. Aufstellen der Maschinenkennlinie. Mögliche Schweißfehler beim Abbrennstumpfschweißen Ausblick und Prognose Personelle Anforderungen - Ausbildung Bedienpersonal Schweißaufsicht 147 IS Regeln und Vorschriften für den Betrieb von Schweißanlagen und erforderlicher Arbeitsschutz Gefahren durch elektrischen Strom Gefahren durch mechanische Vorgänge Gefahren durch Verbrennungen Gefahren durch Lärm Gefahren durch Emission Beschränkung des mit Schweißarbeiten beschäftigten Personen kreises Wichtige VDE-, VBG-Vorschriften, Normen und DVS-Merkblätter 153 Schrifttum 155