18. DVS-Sondertagung Widerstandsschweißen 2001 Kurzfassung der Vorträge

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1 18. DVS-Sondertagung Widerstandsschweißen 2001 Kurzfassung der Vorträge Von den Vorträgen wurde ein Tagungsband erstellt, der bei der SLV Duisburg für 60 erworben werden kann. 1. Achatz, S, Kondensatorentladungsschweißen Technologie und Einsatzmöglichkeiten auch unter extremen Randbedingungen Aufgezeigt werden die Einsatzmöglichkeiten und -grenzen für das Kondensatorentladungsschweißen. Bei dieser speziellen Form des Buckelschweißens ist durch die sehr kurze Schweißzeit die Erwärmung der Bauteile und der Elektroden gering. Es lassen sich fertig bearbeitete Bauteile sowie stark unterschiedliche Querschnitten schweißen. Weiterhin können mit dem Verfahren Materialien mit unterschiedlichem Schmelzpunkt sowie höher kohlenstoffhaltige Bauteile verbunden werden. Da die Schweißenergie nicht direkt aus dem Netz sondern aus aufgeladenen Kondensatorbatterien (Ladezeit 0,2 3 s) entnommen wird, ergibt sich auch bei hohen Impulsströmen (Schweißzeiten 8 25 ms) eine gleichmäßige, geringe Netzbelastung, die Absicherung beträgt nur A. Die Schweißmaschinen sind mit Federpaketen ausgerüstet, die durch die Elektrodenkraft vorgespannt werden. Beim kurzzeitigen Aufschmelzen des Schweißbuckels sorgt diese Nachsetzeinheit für eine konstante Kraftaufbringung. Zur Qualitätsüberwachung werden der Schweißspitzenstrom und der Elektrodeneinsinkweg herangezogen. Dadurch können z. B. Bauteilfehler, Fehler in der Buckelgeometrie und Elektrodenverschmutzung bzw. -verschleiß erkannt werden. 2. Bothfeld, R. System IQR ein neues Regelverfahren beim Widerstandspunktschweißen Erklärt wird das Regelmodul IQR der Firma Harms & Wende und seine Möglichkeiten zur Verbesserung der Punktschweißqualität. 3. Carl, V. Qualitätsprüfung von Punktschweißverbindungen mit aktiver Thermografie Aufgezeigt wird eine neue Möglichkeit der zerstörungsfreien Qualitätsprüfung von Punktschweißverbindungen durch den Einsatz der Thermografie. Diese Methode befindet sich jedoch noch in der Entwicklungsphase, so dass noch keine abschließende Beurteilung über die Erfolgsaussichten insbesondere beim Punktschweißen von oberflächenveredelten Blechen gemacht werden kann. 4. Fritzsche, C. u. M. Schmidt Hochfrequenzschweißen Stand und Anwendungen Beim konduktiven Hochfrequenzschweißen kommt es durch elektrodynamische Effekte des hochfrequenten Wechselstroms zur Erwärmung der mit Spalt positionierten Fügeteile im Bereich der Kanten. Nach dem Abschalten des Stromes wird die Verbindung durch einen Stauchvorgang erreicht. Wegen der extrem kurzen Schweißzeiten eignet sich das Verfahren vorzüglich zum Fügen von sogenannten Tailored Blanks. Die Temperaturen liegen unter der Schmelztemperatur. Es bildet sich ein kleiner Wust. Die Verfahrenseinflusszone ist folglich sehr schmal und hat gute Eigenschaften, u. a. geringere Härtewerte als beim Laserstrahlschweißen. Da sich das Verfahren nicht nur lineare, sondern 1

2 auch für nicht-lineare Konturen eignet, können damit komplexe Blechstrukturen gefügt werden. Auch lässt sich Stahlblech mit Aluminiumblech verbinden. Der Prozess muss jedoch so geführt werden, dass der unvermeidbare Saum aus intermetallischen Phasen nicht breiter als 10 µm wird. 5. Grobelin, K. Preßstumpfschweißen von Fahrzeugrädern aus Aluminium und Stahl Dargestellt wird eine Übersicht zum Pressstumpfschweißen von Fahrzeugrädern aus Stahl und Al. In Europa werden jährlich ca. 35 Millionen Fahrzeugräder hergestellt, wobei ca. die Hälfte einen mit Gleichstrom pressstumpfgeschweißten Felgenring aufweist. Zunehmend kommen auch hier höherfeste Stahlwerkstoffe und Aluminium zum Einsatz. In der Schweißmaschine werden die durch Scherenschnitte vorbereiteten Stoßkanten durch Stromfluss erwärmt und dann durch einen Stauchvorgang verschweißt. Beim Schweißen von Stahl entspricht der Bindemechanismus dem einer Warmpressschweißung mit starker plastischer Verformung zwischen den Fügeteilen, während es sich bei Aluminium eher um eine Kaltpressschweißung handelt. Die speziell für die Räderfertigung entwickelten Maschinen und Steuerungen über-wachen Schweißstrom, Kraft- und Wegverlauf. Eine zuverlässige mechanische Prüfung der Verbindung erfolgt durch den nachfolgenden Umformprozess des Felgenringes. Zusätzlich werden Dichtheitsprüfungen durchgeführt. Da zunehmend Stähle mit hohem Reinheitsgrad angeboten werden, wird die Zahl fehlerhafter Nähte durch umgelenkte Zeilen- und Mittenseigerungen weiter abnehmen. 6. Kristensen, L., W. Zhang u. N. Bay Einfluß der geometrischen Kenngrößen beim Widerstandsbuckelschweißen verschiedener Materialkombinationen Vorgestellt werden Untersuchungsergebnisse zum Schweißen mit dreieckigen Ringbuckeln verschiedener Geometrie (Dicke von Scheibe und Ring, Höhe und Steigung des Buckels) in Bezug auf Schweißbarkeit und Festigkeit der Schweißverbindung. Die Scheiben waren aus S235JR, rostfreiem Stahl und Messing, die Muttern jeweils aus rostfreiem Stahl. Zur Unterstützung der Versuche wurden Simulationen mit dem Programm SORPAS durchgeführt. Diese Simulationen ließen Rückschlüsse auf die Wärmeverteilung und die Ausbildung der Verbindung in Abhängigkeit von der Buckelgeometrie zu. 7. Lammer, K.; E. Lange u. K. Pöll Feinschweißköpfe mit piezolinearmotorischem Antrieb Für den Bereich Kleinteil- und Mikrofügetechnik werden Feinschweißköpfe mit piezolinearmotorischem Antrieb vorgestellt. Solche Feinschweißköpfe sind für kritische Schweißaufgaben bei Feinpunktschweißungen ausgelegt. Als Antriebseinheit werden Piezolinearmotoren verwendet, die sowohl den Vorhub als auch den Arbeitshub ausführen. Da die bewegten Massen gering sind, wird ein ideales Nachsetzverhalten ohne zusätzliche Federpakte erzielt. Schweißtechnische Vorteile sollen sich insbesondere in Kombination mit schnellen, leistungsfähigen Schweißstromquellen in 20 khz-inverter-gleichstromtechnologie ergeben. In die Schweißköpfe ist ein Kraft- und Wegmesssystem integriert, das die verfahrensabhängigen Prozesseinstellmöglichkeiten für zusätzliche qualitätsverbessernde Produktionsabläufe erweitert, wie z.b. weggesteuerte Stromabschaltung oder die Erkennung von Elektrodenverschleiß. 2

3 8. Lebensieg, H. Thermokompressionsschweißen in der automatisierten Mikrofonfertigung Behandelt wird das Thermokompressionsschweißen in der automatischen Mikrofonfertigung. Mit diesem Verfahren werden Feindrähte von 20 bis 150 µm Durchmesser in elektronischen Produkten geschweißt. Man presst den mit Isolierlack beschichteten Feindraht an den Kontaktpartner und erwärmt die Verbindungsstelle sehr schnell mit Stromimpulsen, die nur wenige Millisekunden lang einwirken. Für die Mikrofonfertigung musste eine automatisierte Schweißanlage entwickelt werden, in die viele Sensoren für die Prozessführung und Qualitätsüberwachung integriert wurden. Die rechnergeführte Anlage arbeitet unter Schutzgas mit geregelter Anpresskraft und gesteuertem Stromverlauf. Um die Lackschicht zu durchbrechen wird vor dem Schweißen zusätzlich ein kurzer Stromimpuls eingeleitet. Die Taktzyklen liegen unter einer Sekunde, täglich werden Schweißungen durchgeführt. Der Aufwand für das Umrüsten der Anlage zum Schweißen anderer Drahtdurchmesser und Bauteile ist klein. Gegenüber dem Punktschweißen werden keine höheren Anforderungen an die Thermoden gestellt. Standmengen bis zu Schweißungen sind möglich, wozu der Gasschutz beiträgt. 9. Müller, M. Organisch vorbeschichtete Stahlbleche Übersicht, Betriebserfahrungen, Entwicklungstendenzen Berichtet wird umfassend über den Einsatz organisch beschichteter Bleche im Automobilbau. Eine kurze Übersicht zeigt die zukünftige Entwicklung und den heutigen Stand gemischt organisch/metallischer Korrosionsschutzsysteme wie Bonazinc 3000 und Granocoat ZE. Aus der Sicht des Widerstandschweißers werden Fragen zum praktischen Einsatz mit konkreten Angaben aus der Produktion beantwortet. Zu auftretenden Schwierigkeiten und Besonderheiten im Vergleich zur Schweißung blanker Bleche werden mögliche Erklärungen gegeben. Es wird deutlich, dass trotz verbesserter Punktschweißeignung beim derzeitigen Entwicklungsstand das Fräsen der Elektrodenkappen (Arbeitsfläche und Flanken) unbedingt erforderlich ist, um eine tragbare Elektrodenstandmenge zu erreichen. Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Standmenge besteht im Einsatz eines Stromprogramms (Stromanstieg). Leider gibt es noch kein einfaches, schnelles Prüfverfahren, um die Schweißeignung dieser Werkstoffe bezüglich Schweißbereich und Elektrodenstandmenge zu ermitteln. 10. Pöll, K. ui. U. Matuschek Vorteile der Datenspeicherung auf Schweißzangen Das intelligente Schweißzangenidentifikationssystem MASDAT Informiert wird über die Vorteile der Datenspeicherung auf Schweißzangen mit Hilfe des intelligenten Schweißzangen-Identifikationssystems MASDAT der Firma Matuschek-Meßtechnik, mit dem zangenspezifische Herstellerdaten, Schweißprozessdaten und Wartungsdaten direkt in der Schweißzange hinterlegt werden. 11. Schmid, G.; M. Korte u. U. Walther Punktschweißkleben im Automobilbau Mit der Zielstellung Leichtbau kommt es zu vermehrtem Einsatz hoch- und höherfester Werkstoffe. Hiermit gewinnt das Punktschweißkleben wieder zunehmend an Bedeutung. Es wird ein umfassender Überblick gegeben über die 3

4 Anforderungen an die Klebstoffe, die zu wählenden Schweißparameter, die erreichbaren Festigkeitseigenschaften, die Anlagenverfügbarkeit und zu Fragen des Gesundheitsschutzes. Berichtet wird, dass auch ohne Arbeitsplatzabsaugung keine Grenzwertüberschreitungen bei Gasen und Rauchen festgestellt wurden. Durch zusätzliches Kleben wird die statische und dynamische Torsions- und Biegesteifigkeit um ca. 15 % erhöht. Die durch den Klebstoffeinsatz verursachten Mehrkosten werden durch Reduzierung der Punktanzahl kompensiert. Zu allen wesentlichen Fragestellungen gibt es wichtige tendenzielle Aussagen sowie konkrete ergänzende Angaben zu Betriebswerten. 12. Schreiber, S.; S. Göklü u. R. Winkler Hochfeste Stahlwerkstoffe Übersicht und Hinweise zum Widerstandspunktschweißen Beschrieben werden die seit einiger Zeit für den Fahrzeugbau entwickelten Multiphasen-Stähle, ihre mechanischen Eigenschaften und die mit der Legierungszusammensetzung einher gehenden Auswirkungen auf die Punktschweißeignung. Anhand von Anwendungsbeispielen wird aufgezeigt, dass bei Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften dieser Stahlbleche ein neues Potential für Leichtbau-Konstruktionen besteht. Es wird darauf hingewiesen, dass der in der betrieblichen Praxis gewünschte Ausknöpfbruch bei der Prüfung von Punktschweißverbindungen durch Verwendung von Mehrimpuls-Schweißen erreicht wird. Höhere Elektrodenkräfte sind notwendig, insbesondere wenn Passungenauigkeiten kompensiert werden sollen. Die im Vergleich zu bekannten Tiefziehstählen höhere Grundwerkstoffhärte führt zu einer entsprechend hohen Härte in der Schweißlinse, die die etablierte Grenze von 350 HV deutlich überschreiten kann. In den DVS-Merkblättern wird dies inzwischen berücksichtigt, indem für diese Stähle eine grundwerkstoffbezogene zulässige maximale Schweißlinsenhärtestaffelung erstellt wurde (DVS-Merkblatt 2905). 13. Schwab, J. Entwicklung von Fertigungsprozessen und Produktionsanlagen im Automobilrohbau mit Hilfe von integrierten Simulationswerkzeugen Beleuchtet wird die Entwicklung von Fertigungsprozessen und Produktionsanlagen im Automobilrohbau mit Hilfe von integrierten Simulationswerkzeugen. Immer kürzer werdende Produktentwicklungszyklen zwingen zum Einsatz durchgängiger Simulationstechniken und Data Management Systemen. Auf dem Weg zur Digitalen Fabrik müssen Werkzeuge wie 3D-Entwurf von Produkt und Fertigungseinrichtung, Prozessplanungssoftware, Toleranz-, Montage-, Werkzeug-, Roboter-, Ergonomie-, Ablauf- und Materialfluss-Simulation vorhanden sein und zu einem Gesamtsystem integriert werden. Neben den Problemen der datentechnischen Integration dieser Werkzeuge erfordert und bewirkt ihr Einsatz auch drastische Veränderungen in der etablierten Planungs- und Entwicklungsarbeit. Entwickler müssen plötzlich mit vollkommen neuen und ungewohnten Werkzeugen umgehen. Der Weg zur Digitalen Fabrik erfordert viel Zeit und hohen Aufwand. Viele grundlegende Dinge aus den Bereichen Organisation / Prozesse müssen angepasst werden und verändern sich einschneidend. Der Weg ist aufwendig und kann nur in kleinen Schritten gegangen werden. Die Automobilindustrie ist in dieser Hinsicht Vorreiter. 4

5 14. Sitte, G. u. K. Koppe Punktförmiges Widerstandslöten oberflächenschonende Prozesse für Überlappverbindungen Das punktförmige Widerstandslöten eignet sich zum Verbinden überlappt angeordneter Bleche mit üblichen Punktschweißmaschinen, die mit großflächigen Punktschweißelektroden ausgerüstet sind. In einem der beiden Stahlbleche erzeugt man vor dem eigentlichen Löten an der späteren Verbindungsstelle ein Lotdepot. Das Lot, meist Cu, wird ohne Flussmittel geschmolzen, der Grundwerkstoff schmilzt nicht. Auf den Oberflächen der überlappt geschweißten Stahlfeinbleche entsteht kein sichtbarer Eindruck. Die Festigkeit der Verbindungen ist bei statischer Scherzugbelastung der von Punktschweißungen vergleichbar, bei schwingender Beanspruchung jedoch höher, weil die Kerbwirkung durch die Lötung geringer ist. Das Verfahren ist bisher für Al-Bleche nur geeignet, wenn lotplattierte Bleche eingesetzt werden. Erörtert wird die Gestaltung der Lotdepots, ihre Lagesicherung und Fragen zur Löslichkeit und Schmelzbereich von Lot und Grundwerkstoff. 15. Stecher, R. u. K. Thomas Abbrennstumpfschweißen von Eisenbahnschienen Seit etwa 50 Jahren hat dieses Widerstandsschweißverfahren für den lückenlosen Gleisbau eine große Bedeutung, da es die hochwertigsten Verbindungen ermöglicht. Nach einem detaillierten Überblick über die derzeit verwendeten, zum Teil neu entwickelten Schienenstähle, einer Übersicht über die Vielzahl der möglichen Schienenprofile und einem Verfahrensvergleich mit konkurrierenden Schweißverfahren wie Thermit- und Schmelzschweißen, werden die einzelnen Prozessphasen beim Abbrennstumpfschweißen und ihre Bedeutung für Erfüllung der gestiegenen Anforderungen an die Maßhaltigkeit der geschweißten Schienen aufgezeigt. Für die verschiedensten Aufgaben des Schienenschweißens stehen Abbrennstumpfschweißanlagen in angepasster Bauform zur Verfügung. Von besonderem Interesse sind hierbei die mobilen Anlagen, mit denen man Schienenabschnitte in bereits verlegte Gleise einfügt. Die Entwicklung solcher Anlagen führte dazu, dass immer häufiger im Gleis geschweißt wird. 16. Straube, A. u. B. Winzen Fuzzy basierende Überwachungssysteme für Punkt- und Buckelschweißanwendungen, Möglichkeiten und praktische Anwendungen Berichtet wird über neue Möglichkeiten zur Prozessüberwachung beim Widerstandspunkt- und Buckelschweißen. Mit Hilfe einer Fuzzy Musteranalyse werden die Signalverläufe der Elektrodenspannung und des Schweißstromes zur Qualitätsbewertung herangezogen. Nach jeder Schweißung wird aus den Signalverläufen ein spezifisches Muster gebildet. Zunächst wird das System mit den Schweißergebnissen, z. B. der zerstörenden Prüfung, angelernt, indem diese Muster mit der erzielten Schweißqualität korreliert werden. Nach der Trainingsphase werden die bei jeder Schweißung neu aufgenommenen Signalverläufe mit den Fuzzy Methoden bewertet. Konstante Prozessveränderungen wie z.b. Stromstepper können nachgelernt werden. Eine Dokumentation der Ergebnisse ist ebenfalls möglich. Mit Hilfe des Systems lassen sich Änderungen der Schweißparameter und Bauteilschwankungen (Material, Blechdicke, Passung) meist gut detektieren, wie ein Praxistest an Roboterschweißstationen im Automobilbau ergab. Das System wird für den Serieneinsatz weiter entwickelt. 5

6 17. Thomas, K. u. K. Grobelin Widerstandspreßschweißen von Aluminiumdruckguß Berichtet wird über die Widerstandspressschweißeignung von Aluminium-Druckguss-Werkstoffen. Druckguss-Werkstoffe wurden lange Zeit als nicht schweißgeeignet eingestuft, da sie mit Wasserstoff, Methan, Kohlenmonoxid und Stickstoff gefüllte Poren enthielten. Erst in den letzten Jahren ist es gelungen, Druckguss- Legierungen darzustellen, die bei angepasster Druckgusstechnik poren- und gasarm sowie eigenschaftshomogen zum Bauteil vergossen werden können und deren Oberfläche ein reproduzierbares Widerstandsschweißen ermöglicht. Empfohlen wird die Verwendung der weiterentwickelten gasarmen Druckgussteile, da hier das Risiko von im Pressbereich quasi kalt verformten Poren minimiert ist, die Ausgangspunkt von Anrissen darstellen könnten. Durch den Einsatz von Trennmitteln im Druckguss-Prozess, die beim Schweißen kein oder sehr wenig Gas freisetzen, lassen sich gute Ergebnisse beim Punkt- und Buckelschweißen im Hinblick auf die Elektroden-Standmenge erreichen. Gleichermaßen ist das Abbrenn- und Gleichstrom-Pressstumpfschweißen mit gutem Erfolg an diesen Werkstoffen untersucht worden. 18. Uhlig, G. Widerstandspunktschweißen von Mischverbindungen aus ferritischen nichtrostenden und unlegierten Stählen Dieser Beitrag befasst sich mit dem Widerstandspunktschweißen von Mischverbindungen aus ferritischen nichtrostenden und unlegierten verzinkten Stählen. Trotz ihrer sich stark voneinander unterscheidenden physikalischen Eigenschaften zeigt sich, dass Verbindungen dieser Werkstoffe miteinander möglich sind. Die Kenntnisse beim Punktschweißen artgleicher Werkstoffe sind allerdings nicht unmittelbar auf solche Mischverbindungen übertragbar. Für die untersuchten Werkstoffverbunde wurde die Existenz eines ausreichend großen Arbeitsbereiches nachgewiesen. Die metallografischen Untersuchungen zeigten eine für artgleiche Verbindungen unübliche Schweißlinsen-Ausbildung mit grobkristalliner Erstarrungsstruktur auf der Seite des Edelstahls. Schwingfestigkeitsuntersuchungen an Einpunktproben ergaben, dass hohe Lastamplituden bei hoher Lastwechselzahl übertragen werden können. Bezüglich der Korrosionsbeständigkeit derartiger Verbindungen wird auf positive Untersuchungen nach automobiltypischen Bedingungen verwiesen. 19. Weber, G.; M. Ramussen; R. Widmer u. W. Tischlinger Schweißbereichsdiagramme Instrumente zur Qualitätssicherung beim Widerstandspunktschweißen Aufgezeigt wird eine Möglichkeit zur Qualitätssicherung beim Widerstandspunktschweißen mit Hilfe von Schweißbereichsdiagrammen. Dargelegt wird die praktische Bedeutung der theoretischen Grundlagen für die Beurteilung der Prozesssicherheit ebenso wie der Einfluss von Schweißzeit, -strom, -stromart, Elektrodenkraft und -geometrie auf die Punktschweißqualität. Die gegenseitige Abhängigkeit dieser Größen zeigen 2- und 3-dimensionale Schweißbereichsdiagramme 20. Winkler, T.; H. Mecke u. R. Döbbelin Erfassung und Bewertung der elektromagnetischen Störemissionen von Widerstandsschweißmaschinen 6

7 Dieses Thema ist beim Widerstandsschweißen bedingt durch die hohen Leistungsparameter und die überwiegend intermittierende Betriebsweise von besonderer Bedeutung. Insbesondere die Hersteller von Widerstandsschweißeinrichtungen sind von der Gesetzgebung zur Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) betroffen. Aufgezeigt wird, wie die in vielen Normen beschriebenen EMV- Messmethoden so verbessert werden können, dass die an Widerstandsschweißmaschinen vorliegenden Besonderheiten bezüglich Messumfeld und Messbedingungen berücksichtigt werden. Auf verschiedenen Wegen wird nachgewiesen, dass die Leistungshalbleiter im Zusammenwirken mit ihren Ansteuer- und Schutzschaltungen wesentlich die auftretenden Störungen beeinflussen. Entsprechende Gegenmaßnahmen werden beschrieben. 21. Xu, P.; H.-J. Krause u. G. Weber Vereinheitlichung von gefügten Dünnblechproben für Schwingversuche im Zeitfestigkeitsbereich Berichtet wird über die Vereinheitlichung von Mehrpunktproben für Schwingversuche im Zeitfestigkeitsbereich. Diskutiert wird die Übertragbarkeit der an diesen Proben ermittelten Kennwerte auf die Lebensdauer schwingend belasteter realer Bauteile. Zusammenfassend können die wichtigsten Geltungsbereiche und grenzen der vier untersuchten Proben wie folgt angegeben werden: H-Probe: geeignet für die Bestimmung von Kennwerten für Berechnungen, eingeschränkt für Untersuchungen von Werkstoffen und Blechkombinationen KS-II-Probe: geeignet zur Beurteilung des Tragverhaltens unter Scher- und Kopfzugbeanspruchung, nicht geeignet zur Untersuchung von Bauteilgeometrien, von Punktanordnungen und Schweißstoßvarianten Flachprobe: Massenprobe für Orientierungsversuche, nicht geeignet für die Bestimmung von Kennwerten und Punktanordnungen Doppelhutprobe: geeignet zur Beurteilung des Tragverhaltens des gesamten Profils (Werkstoff, Blechdicken, Schweißstoß, Punktanordnung und Bauteilgeometrie), nicht geeignet zur Beurteilung des Tragverhaltens einzelner Punkte. 7