Punktschweißen ist ein Metallverbindungsverfahren, bei dem Druck und Wärme zum Verbinden überlappender Werkstücke eingesetzt werden. Auch die Bezeichnung Widerstandspunktschweißen ist bei den Herstellern geläufig.
Vielleicht fragen Sie sich, wo der Name „Punktschweißen" kommt. Nun, das Metallschweißen Dieser Ansatz hinterlässt einen kleinen Punkt – eher einen Fleck – an der Schweißstelle.
Der Punktschweißprozess
Punktschweißgerät mit Kupferelektroden
Als Elektroden beim Punktschweißen können verschiedene Metalle und Legierungen verwendet werden, beispielsweise Kupfer, Chrom, Zirkonium und kohlenstoffarmer Stahl. Allerdings ist Kupfer das am häufigsten vorkommende Metall. Hohe Wärmeleitfähigkeit und geringer elektrischer Widerstand machen es ideal für diese Aufgabe. Die Hochspannungsversorgung mit intensivem Druck auf den konzentrierten Bereich schmilzt das Metall und startet die Fusion. Der geringe elektrische Widerstand ermöglicht eine stärkere Wärmeentwicklung in der Schweißposition als in den Elektroden.
Wie funktioniert Punktschweißen?
Der Punktschweißprozess kann in drei Phasen unterteilt werden: Fixieren des Werkstücks, Stromeinbringen und Erstarren.
- Stufe 1: Einrichten der Werkstücke
Im ersten Schritt werden die Werkstücke überlappend in die Schweißmaschine eingelegt. Werkstücke können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialarten bestehen. Anschließend wird die Elektrodenspitze in die Schweißposition gebracht. Darüber hinaus müssen die obere und untere Elektrode vor der Druckausübung genau ausgerichtet werden.
- Stufe 2: Einführung in den Strom
Heizlichtbögen beim Punktschweißen
Nach der korrekten Positionierung der Werkstücke beginnt der Stromfluss durch die Elektroden. Während der Strom von einer anderen Elektrode mit hoher Leistung fließt, entsteht durch den Widerstand des Werkstücks Wärme (H= I2RT) und schmilzt den Schweißbereich. Die Schmelzpunkte der Elektroden sollten höher sein als die des Werkstücks. Der niedrige Schmelzpunkt führt zum Versagen der Verbindung, da diese vor dem Schmelzen des Werkstücks schmilzt.
- Stufe 3: Erstarrung
Die Dauer des Stromflusses im Schweißpunkt hängt von der Dicke und dem Material ab. Nach dem Senden des Stroms für eine bestimmte Zeit erfolgt im nächsten Schritt das Abkühlen der Schweißposition. Die Elektroden verbleiben im Werkstück und dienen als Stütze bis zur vollständigen Erstarrung. Auch hier helfen Elektroden dabei, die Wärme aus dem Gelenk abzuleiten. Nach der Herstellung einer dichten Verbindung werden die Elektroden von den Werkstücken entfernt und an einen anderen Schweißpunkt geführt.
Lassen Sie uns den Prozess des Punktschweißens anhand eines Flussdiagramms verstehen.
Flussdiagramm: Punktschweißprozess
Punktschweißvariablen
Die endgültige Qualität einer Punktschweißung wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Spannung, Strom, Druck und Dicke. Beispielsweise kann eine geringfügige Druckänderung die Qualität einer Schweißnaht drastisch beeinträchtigen.
- Elektrodendruck
Die Kraft wird über die Elektrode auf das Werkstück ausgeübt. Es hilft, sie zu befestigen und eine tragfähige Verbindung zu schaffen. Wenn die Elektrodenkraft zu hoch wird, entsteht ein besserer Kontakt mit der Oberfläche und die Wärmeumwandlung wird aufgrund des verringerten Widerstands verringert. Daher ist ein hoher Strom bei gleichzeitiger Erhöhung des Drucks erforderlich, um die Widerstandsänderung auszugleichen. Für jede Materialart gibt es einen bestimmten Druckbereich; Beispielsweise erfordert das Punktschweißen von Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt 1.5 bis 2 KN pro mm Blechdicke.
- Aktuell
Wärmeerzeugung (H=I2RT) und die Schweißqualität werden direkt von der Strommenge beeinflusst, die dem Schweißpunkt zugeführt wird. Es wird empfohlen, den Strom entsprechend der erforderlichen Schweißtemperatur und dem Widerstand des Werkstücks anzupassen.
- Schweißzeit
Die Dauer der Einwirkung von Druck und Stromfluss auf die Elektroden beeinflusst die Qualität der Schweißnaht. Wenn die Schweißzeit länger als erforderlich ist, wirkt sich dies auf den Verzug, das Durchschmelzen und die Lebensdauer der Elektrode aus. Daher ist es die ideale Option, die Zeit so kurz wie möglich zu begrenzen. Anstatt die Belichtungsdauer zu verlängern, müssen Sie Strom und Druck pulsieren, wenn die Dicke groß ist (<2 mm).
- Spitzendurchmesser der Elektroden
Beim Punktschweißen ist die Verwendung der richtigen Größe der Elektrodenspitze von entscheidender Bedeutung. Eine kleine Spitze kann eine schwache Verbindung verursachen und eine große Spitze kann zu Überhitzung führen – übermäßige Erwärmung führt nach der Erstarrung zur Bildung von Hohlräumen und Gastaschen.
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Vorteile des Punktschweißens
Kupferelektroden erzeugen eine Punktschweißung.
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- Punktschweißen ist in verschiedenen Anwendungen das Rückgrat des Metallverbindungsprozesses. Es eignet sich sowohl für gleichartige als auch ungleichartige Werkstücke und schafft solide und langlebige Verbindungen.
- Das Punktschweißen für leitfähige Metalle und Legierungen bietet mehrere Vorteile. Lassen Sie uns einige der wichtigen Vorteile im Detail besprechen.
- Gleichmäßigkeit der Verbindungen: Beim Punktschweißen entstehen gleichmäßige Verbindungen, während die Werkstücke mit mehreren Schweißpunkten verbunden werden. Der gleiche Druck und Strom durch die Elektrode in jeder Schweißposition führt zu Gleichmäßigkeit. Darüber hinaus kann automatisches oder halbautomatisches Punktschweißen eingesetzt werden, um mögliche menschliche Fehler auszuschließen.
- Fügen unterschiedlicher Materialien: Mit dem herkömmlichen Schweißverfahren ist es nicht immer möglich, qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen inkompatiblen Werkstücken herzustellen. Durch Punktschweißen können starke, hochwertige Verbindungen zwischen unterschiedlichen Materialien ohne Verformung oder Verformung hergestellt werden. Die einzige Voraussetzung besteht darin, dass die Materialien einen höheren elektrischen Widerstand als Schweißelektroden haben müssen.
- Fügen von Leichtbaumaterialien: Das Schweißen von Leichtbauwerkstoffen ist mit herkömmlichen Schweißverfahren schwierig. Übermäßige Hitze könnte das Material an der Schweißstelle verbrennen. Punktschweißen ist die beste Alternative, um dieses Problem zu vermeiden. Durch die Anwendung von Druck und Hitze können hervorragende Verbindungen in einem Leichtgewicht hergestellt werden.
- Kosteneffektiv: Im Gegensatz zu anderen Schweißtechniken sind beim Punktschweißen kein Schutzgas, Füllstoff oder zusätzliches Material erforderlich, wodurch die Kosten für Verbrauchsmaterialien gesenkt und das Schweißen erschwinglicher wird. Darüber hinaus trägt die Energieeffizienz zur Senkung der Schweißkosten bei.
- Schweißgeschwindigkeit: Eine Punktschweißung dauert durchschnittlich zwischen 0.01 und 0.63 Sekunden und zählt damit zu den Schnellschweißtechniken. Obwohl die Dicke der Verbindungskomponente die Schweißgeschwindigkeit beeinflussen kann, handelt es sich im Vergleich zu anderen Schweißtechniken dennoch um einen zügigen Vorgang.
- Wiederholbarkeit: Unabhängig davon, wie viele identische Schweißnähte Sie ausführen müssen, bleibt die hervorragende Maßhaltigkeit erhalten. Beim manuellen Schweißen kann es von der Geschicklichkeit des Bedieners abhängen. Automatisches und halbautomatisches Punktschweißen bietet jedoch eine hervorragende Wiederholgenauigkeit.
- Weniger Wärmeeinflusszone: Beim Punktschweißen kommt es zu einer konzentrischen Erwärmung in der Schweißposition, wodurch die Wärmeübertragung im Werkstück begrenzt wird. Dadurch entstehen im Vergleich zu anderen Schweißverfahren weniger Hitzeschäden.
Nachteile
Das Punktschweißen hat, wie jede andere Technologie auch, einige Nachteile. Das Verständnis der Nachteile trägt dazu bei, das Risiko von Fehlern und Ausfällen zu begrenzen. Lassen Sie uns ausführlicher über einige wesentliche Nachteile sprechen.
Dickenbegrenzung
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- Dickenbeschränkung: Punktschweißen ist für dicke Werkstücke nicht geeignet. Die mit Punktschweißen kompatible Dicke eines Arbeitsblechs liegt zwischen 0.6 und 3 mm (G. Kashiyama, 2013). Daher ist es besser, andere Schweißtechniken zu wählen, wenn Sie Bleche mit einer Dicke von mehr als 3 mm schweißen müssen. Der Schweißvorgang wird umständlich, wenn die Dicke mehr als 3 mm beträgt.
- Begrenzte Werkstückgröße: Punktschweißgeräte sind in der Regel für kleine oder mittelgroße Werkstücke konzipiert und eignen sich möglicherweise nicht für größere oder unregelmäßig geformte Teile.
- Die begrenzte Anzahl von Punkten: Punktschweißen wird normalerweise zum Verbinden zweier Metalloberflächen an einem einzigen Punkt verwendet und eignet sich daher möglicherweise nicht zum Verbinden großer Flächen oder mehrerer Punkte.
- Begrenzte Materialauswahl: Nicht alle Metallarten lassen sich punktschweißen, da bestimmte Metalle wie Aluminium und Kupfer spezielle Anforderungen stellen. verschiedene Schweißtechniken.
- Oberflächenvorbereitung: Die Oberflächenvorbereitung ist beim Punktschweißen wichtig, da Schmutz, Öl oder Farbe auf der Oberfläche die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen können.
- Hoher Stromverbrauch: Punktschweißen erfordert eine hohe elektrische Leistung und kann zu einem Anstieg der Energiekosten führen.
- Erfordert einen erfahrenen Bediener: Beim Punktschweißen ist ein erfahrener Bediener erforderlich, der die Ausrüstung ordnungsgemäß einrichtet und bedient, um die Qualität der Schweißnähte sicherzustellen.
- Begrenzte Tragbarkeit: Punktschweißgeräte sind in der Regel groß und schwer und daher möglicherweise nicht für den Einsatz an Orten geeignet, an denen Mobilität erforderlich ist.
Anwendungen
Mit dem Punktschweißen können nahezu alle Metall- und Legierungsbleche mit einer maximalen Dicke von 3 mm verbunden werden. Im aktuellen Szenario nutzt eine Vielzahl von Branchen automatisiertes und halbautomatisches Punktschweißen, darunter Automobil, Luft- und Raumfahrt, Küchengeräte, Architektur, Elektrotechnik und Bauwesen. Lassen Sie uns auf einige davon näher eingehen.
- Automobilindustrie
Punktschweißen spielt bei der Herstellung von Automobilkarosserien eine bedeutende Rolle. Es wird häufig im Automobilkarosserienbau eingesetzt (Mishra, 2016). Beispielsweise werden Aluminiumbleche durch Punktschweißen zu einer Autokarosserie zusammengefügt. Darüber hinaus werden in der Automobilindustrie ausschließlich automatisierte Punktschweißmaschinen und Roboter eingesetzt.
- Elektronik
Zahlreiche elektrische Teile und Produkte werden in ihrer Konstruktion durch Punktschweißen hergestellt. Es wird häufig zur Herstellung von Leiterplatten, Batterien, Sensoren, Steckverbindern, Solarzellen, Panels und anderen Teilen verwendet. Darüber hinaus bevorzugen manche Batterien Punktschweißen statt Löten.
- Geschirr
Punktschweißen ist bei der Herstellung verschiedener Küchengeräte anwendbar, darunter Pfannenwender, Pizzaschneider, Griffe und Tassen.
- Kieferorthopädie
Vielleicht kennen Sie Zahnspangen. Der Zahnarzt führte früher die Neuausrichtung der Zähne und verschiedene andere kieferorthopädische Behandlungen durch. Eine Punktschweißtechnik (kleine Größe) sorgt für die Verbindung eines Endes mit dem anderen.
- Behebung
Punktschweißen wird bei der Reparatur von Automobilen, Metallmöbeln und Architekturteilen eingesetzt. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Neuformung eines beschädigten Autos.
Letzten Gedanken
Das Punktschweißen ist eine der genauesten und kostengünstigsten Metallverbindungstechniken mit einer Dickenbeschränkung von 3 mm. Es kombiniert die Anwendung von Druck und Wärme. Über Elektroden werden Strom und Druck auf die Schweißstelle ausgeübt.
Die Steuerung der Punktschweißvariablen ist ein komplizierter Prozess, der sich auf die Qualität der Schweißnaht auswirkt. Der geeignete Strom, die Spannung, der Druck, die Schweißzeit und andere Punktschweißvariablen müssen basierend auf der Materialart, der Dicke und den Qualitätsanforderungen festgelegt werden.
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Erfahren Sie mehr: Was ist Blechschweißen?
Häufig gestellte Fragen
Was ist Punktschweißen?
Unter Punktschweißen versteht man das Verbinden von Metall unter Anwendung von Wärme und Druck. Die Arbeitsblätter (max. 3 mm) werden zwischen der Elektrode positioniert, die Druck und elektrischen Strom auf die Schweißposition ausübt. Der elektrische Strom erzeugt die zum Schmelzen erforderliche Wärme und der Druck trägt zur Fusion bei.
Warum Punktschweißen wählen?
Punktschweißen bietet im Vergleich zu anderen Schweißtechniken starke Verbindungen, Genauigkeit, kurze Vorlaufzeiten, Wiederholbarkeit und das Verbinden unterschiedlicher Materialien zu wettbewerbsfähigen Preisen.
Wo wird Punktschweißen eingesetzt?
Punktschweißen findet Anwendung bei der Herstellung von Automobilkarosserien, Küchengeräten, Kieferorthopädie, Reparatur, Elektronik und vielen weiteren Anwendungen.
Was sind die kritischen Variablen beim Punktschweißen?
Zu den wichtigen Punktschweißvariablen gehören Strom, Spannung, Elektrodendruck, Schweißzeit und Haltezeit.
Literaturverzeichnis
- Kashiyama, HM (2013). Simulation des Schweißlinsenbildungsprozesses beim Punktschweißen mit Prozessband. 1. Internationales gemeinsames Symposium zum Fügen und Schweißen. Wissenschaft direkt.
- Mishra, SS (2016). Forschung zum Widerstandspunktschweißen unterschiedlicher Metallbleche: Ein Überblick. Technologischer Fortschritt bei der Herstellung und Verarbeitung neuer Materialien.