Pressschweißen

Das Schweißen wird allgemein in drei Gruppen unterteilt: Schmelzschweißen, Pressschweißen und Hartlöten/Weichlöten, die jeweils aus vielen Schweißverfahren bestehen. Auf dieser Seite wird das Pressschweißen vorgestellt.

Arten und Mechanismen des Pressschweißens

Beim Pressschweißen wird durch Reibung oder Sprengung der Fügebereich von metallischen Werkstücken erwärmt und unter Druck verbunden. Das Verfahren wird auch als Festkörperschweißen bezeichnet. Das Pressschweißen ist ein Oberbegriff für Schweißverfahren, die Werkstücke verschweißen, indem sie mechanischen Druck auf den Fügeabschnitt (Schweißstoß) ausüben.
Der Einsatz von mechanischem Druck ermöglicht eine numerische Steuerung des Prozesses. Das Pressschweißen wird seit langem in der FA (Fabrikautomation) eingesetzt.
Zu den wichtigsten Verfahren gehören das Gaspressschweißen, das Reibschweißen, das Widerstandsschweißen, das Diffusionsschweißen, das Ultraschallschweißen und das Sprengschweißen. Das Reibrührschweißen (FSW), eine Variante des Reibschweißens, erfreut sich zunehmender Beliebtheit. Dieser Prozess kann die Stoßfestigkeit verbessern, indem mit einem rotierenden Werkzeug die Grundwerkstoffe mit Rotationsreibung gerührt werden, während gleichzeitig starker Druck auf den Fügeabschnitt ausgeübt wird.

Art des Pressschweißens
Art des Pressschweißens Schweißverfahren
Gaspressschweißen - -
Reibschweißen Reibrührschweißen (FSW) -
Widerstandsschweißen Überlappwiderstandsschweißen Widerstandspunktschweißen
Buckelschweißen
Nahtschweißen
Stumpfwiderstandsschweißen Stauchstumpfschweißen
Hochfrequenz-Induktionsschweißen
Stumpfbuckelschweißen
Abbrennstumpfschweißen
Stumpfnahtschweißen
Diffusionsschweißen - -
Ultraschallschweißen - -
Sprengschweißen - -

Gaspressschweißen

Diese Methode wird häufig zum Fügen von Stahlrahmen für Gebäude verwendet. Die Fügeflächen der Grundwerkstoffe werden gegeneinander gedrückt und der Bereich mit Acetylengas und Sauerstoff erwärmt. Wenn sich die Grundwerkstoffe erwärmen und zu schmelzen beginnen, werden sie weiter gegeneinander gedrückt. Verunreinigungen in den Fügeflächen werden herausgedrückt und die Oberflächen zusammengefügt.

Gaspressschweißen

Reibschweißen

Dieses Verfahren erzeugt mit sehr hoher Geschwindigkeit eine Reibung zwischen den Grundwerkstoffen (Metall oder Kunststoff), um sie mit der durch die Reibung erzeugten Wärme zu erweichen, und übt dann Druck aus, um sie zu fügen. Dies soll ein umweltfreundliches Fügeverfahren sein, da es keine andere Wärmequelle als Reibungswärme benötigt, Schweißstäbe oder Schweißpulver überflüssig macht und im Vergleich zum Lichtbogen- oder Gasschweißen keine Spritzer oder Gase erzeugt.
Das Reibschweißen kann auch basierend auf drei Faktoren Reibschub (Schubkraft), Drehzahl und Zeit durchgeführt werden. Da alle diese Verfahren numerisch gesteuert werden können, lässt sich das Reibschweißen ohne menschlichen Eingriff automatisch steuern und ist in der FA (Fabrikautomation) weit verbreitet.

Das Reibrührschweißen (FSW), eine Variante des Reibschweißens, hat viel Aufmerksamkeit erregt. Das Verfahren dreht ein zylindrisches Werkzeug mit einer Sonde (Überstand) mit hoher Geschwindigkeit und bewegt das Werkzeug so, dass die Sonde mit hohem Druck entlang des Fügeabschnitts gräbt. Das rotierende Werkzeug erweicht die Grundwerkstoffe und rührt den Bereich um die Schweißnaht herum, um eine plastische Verformung und atomare Bindung zwischen den Werkstoffen zu bewirken.

Reibrührschweißen (FSW)
Reibrührschweißen (FSW)
  1. Sonde
  2. Drehung
  3. Schweißzone
  4. Druckbeaufschlagung durch das Werkzeug
  5. Stoßflächen
  6. Plattenbewegung
  7. Schulter

Widerstandspunktschweißen

Die Schweißwerkstoffe werden von oben und unten mit Kupferelektroden zur Erregung zusammengehalten, die an die Schweißstromversorgung angeschlossen sind. Wenn ein Strom durch den zu schweißenden Abschnitt fließt, schmilzt die durch den elektrischen Widerstand (Joule-Wärme) erzeugte Wärme die Werkstoffe und fügt sie zusammen. In der FA (Fabrikautomation) werden automatische Widerstandspunktschweißmaschinen in Fügeprozessen auf Fertigungsstraßen häufig eingesetzt.
Das Nahtschweißen, das eine Reihe von überlappenden Schweißpunkten nutzt, und das Buckelschweißen, das eine konzentrierte Widerstandswärme auf den auf der Fügefläche eines Werkstoffs erzeugten Vorsprüngen erzeugt, sind Varianten des Widerstandspunktschweißens.

Widerstandspunktschweißen
  1. Druckkraft
  2. Elektrischer Stromfluss
  3. Elektroden
  4. Schweißwerkstoffe

Buckelschweißen

Dieses Verfahren wird zum Schweißen von Muttern/Schrauben an Stahlplatten verwendet. Elektroden für das Widerstandspunktschweißen werden auf den/die auf einem der Grundwerkstoffe vorgesehenen Buckel aufgebracht. Die Wärme wird auf den Buckel konzentriert, um den Werkstoff weicher zu machen, und das Schweißen beginnt. Mit fortschreitender Schweißung wird/werden der/die Punkt/e größer. Obwohl dies die Stromdichte verringert, wird der elektrische Widerstand durch die erhöhte Temperatur gesteigert, was eine hohe Wärmeentwicklung gewährleistet, die das Schweißen ermöglicht. Dadurch hat die Schweißnaht eine hohe Qualität im Vergleich zum Schweißen ohne Buckel.

Das Buckelschweißen wird grob in zwei Arten unterteilt: Präge-Buckelschweißen und Massiv-Buckelschweißen.
Beim Präge-Buckelschweißen werden auf dem Grundwerkstoff bearbeitete Buckel verwendet, um den Stromfluss auf die Buckel zu konzentrieren. Die Erstellung mehrerer Buckel ermöglicht das gleichzeitige Schweißen mehrerer Schweißpunkte. Zu den praktischen Anwendungen gehören das Schweißen von Gasbehälterverstärkungen, Stoßdämpferhalterungen und Ölfiltern. Im Gegensatz zum Präge-Buckelschweißen verwendet das Massiv-Buckelschweißen keine auf einer ebenen Platte erzeugten Buckel. Es werden vorhandene Buckel wie die Ecken von Platten oder gekreuzte Rundstäbe verwendet. Praktische Anwendungen sind das Schweißen von Muttern und Schrauben an Platten oder Bremstrommeln.

Präge-Buckelschweißen

Vor dem Schweißen

Präge-Buckelschweißen - Vor dem Schweißen

Nach dem Schweißen

Präge-Buckelschweißen - Nach dem Schweißen
Massiv-Buckelschweißen

Vor dem Schweißen

Massiv-Buckelschweißen - Vor dem Schweißen

Nach dem Schweißen

Massiv-Buckelschweißen - Nach dem Schweißen

Nahtschweißen

Schweißwerkstoffe werden von oben und unten mit runden Elektroden gehalten. Während der Drehung der Elektroden wird ein Strom geführt, und die durch den elektrischen Widerstand erzeugte Wärme fügt die Schweißwerkstoffe kontinuierlich zusammen. Das Verfahren wird auch als Überlappnahtschweißen bezeichnet.
Eine Reihe von sich überlappenden Punktschweißungen sorgt für Dichtheit. Dies ist kostengünstig, da die Schweißgeschwindigkeit schnell ist und kein Gas verwendet wird. Da beim Schweißen keine Funken entstehen, gibt es keine Sicherheitsprobleme und keine Notwendigkeit für Schutzausrüstung.

Praktische Anwendungen sind Schweißteile oder -abschnitte, die eine Dichtheit oder Abdichtung erfordern, wie beispielsweise Kraftstofftanks. Zusätzlich zum Überlappnahtschweißen gibt es Varianten wie das Stumpfnahtschweißen, das die Erwärmung der Stumpfflächen durch Anlegen von Druck und Weiterleiten eines Schweißstroms zum Schweißen der Schweißnaht fortsetzt, und das Rollennahtschweißen, das Rollenelektroden verwendet, um leicht überlappende Kanten der Grundwerkstoffe durch Anlegen eines elektrischen Stroms und von Druck kontinuierlich zu verschweißen.

Nahtschweißen
  1. Rollenelektrode
  2. Schweißen
  3. Stromversorgung für das Schweißen

Bei der Herstellung von kleinen Kristalloszillatoren und Gyroskopsensoren ist es notwendig, deren Deckel im Vakuum zu verschweißen, um die Produktleistung zu verbessern und Leistungseinbußen mit der Zeit zu unterbinden. Dies geschieht mit einem Vakuum-Nahtschweißgerät, das mit Hilfe von Rollenelektroden im Vakuum leckagefrei abdichten kann.

Stauchstumpfschweißen

Dieses Verfahren hält Grundwerkstoffe mit ihren Stoßenden zusammen, übt Druck aus und leitet dann einen Strom durch die Stoßflächen. Die Werkstoffe werden mit der durch den elektrischen Widerstand erzeugten Wärme (Joule-Wärme) zusammengefügt.
Im Gegensatz zum Widerstandspunktschweißen, das zwei überlagerte Grundwerkstoffe mit Elektroden hält, schweißt das Stauchstumpfschweißen die Stoßenden der Materialien. Um die Schweißnaht herum bildet sich eine Stauchung.
Dieses Verfahren wird zum Schweißen von Metalldrähten oder -stäben mit kleinen Querschnittsflächen eingesetzt.

Abbrennstumpfschweißen

Bei diesem Verfahren werden Grundwerkstoffe mit ihren Stoßenden leicht zusammengehalten und dann ein Strom durch die Stoßflächen geleitet. Die Werkstoffe werden mit der durch den elektrischen Widerstand erzeugten Wärme (Joule-Wärme) zusammengefügt. Im Gegensatz zum Stauchstumpfschweißen wird beim Stromfluss kein Druck auf die Grundwerkstoffe ausgeübt. Nachdem der Strom fließt und die erzeugte Joule-Wärme den Werkstoff auf die Fügetemperatur erwärmt hat, wird Druck auf die Werkstoffe ausgeübt.
Ähnlich wie beim Stauchstumpfschweißen eignet sich dieses Verfahren zum Schweißen von Metalldrähten oder -stäben.

Mechanismus des Stauchstumpfschweißens / Abbrennstumpfschweißens
Mechanismus des Stauchstumpfschweißens / Abbrennstumpfschweißens
  1. Druck
  2. Elektrode
  3. Zusammengefügter Abschnitt

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