Niederlassung SLV Duisburg
RP-LIPO Zusammenfassung
AiF 16.334N
Möglichkeiten zur Beeinflussung der Linseneindringtiefe sowie der Linsenposition beim Widerstandspunktschweißen asymmetrischer Mehrblechkombinationen mit normal- und höherfesten Stahlblechen "LIPO"
Ziel des Forschungsprojektes war es Methoden zu entwickeln und zu testen, die Fertigungssicherheit beim Widerstandspunktschweißen asymmetrischer Kombinationen mit höherfesten Stahlblechen zu erhöhen.
Als Ergebnis der Arbeit soll geklärt sein, inwieweit die Linsenbildung und die Linseneinschmelztiefe in das sich als am kritischsten erweisende Blech der jeweiligen Anordnung durch Schweißparameter, spezielle Strom- und Kraftprogramme sowie Anlagentechnik bzw. Elektroden beeinflusst werden kann.
Im ersten Schritt wurden die Möglichkeiten untersucht, die durch einfache Änderungen an den Anlagen- bzw. Steuerungseinstellungen gegeben sind.
Hierzu zählt die Variation der Elektrodenkraft und der Schweißzeit. Die Durchführung von Versuchen, bei denen die Schweißzeit nach kurzer Zeit abgebrochen wurde, ergab hier bereits Hinweise wie die Linse sich zeitlich entwickelt. Zusätzliche Informationen wurden aus der Simulation ausgewählter Schweißungen gewonnen. Bereits in diesem Schritt wurden einfach umsetzbare Möglichkeiten gefunden, die Schweißung auch im Falle sehr kritischer Anordnungen positiv zu beeinflussen. Bei bestimmten Kombinationen konnte auch ein Einfluss der Polarität der Elektroden zum Bauteil festgestellt werden. Beim Einsatz von Wechselstrom erwies sich eine höhere Trafostufe als vorteilhaft. Weiterhin wurde der Einfluss einer teilisolierenden Schicht, in diesem Falle Klebstoff, untersucht und hierbei ein positiver Effekt auf die Linsenbildung festgestellt.
In einem weiteren Schritt wurden die Möglichkeiten erkundet, die bei Variation der Elektroden gegeben sind. Dabei wurden einerseits die Elektrodengeometrien variiert, insbesondere unterschiedliche Kombinationen, andererseits aber auch die Verwendung verschiedener Elektrodenwerkstoffe, sowohl artgleich als auch in Kombination, untersucht.
Bezüglich der Elektrodengeometriekombinationen wurde klar nachgewiesen, welche Kombination hier zielführend ist, was in Literaturstellen z.T. falsch beschrieben wurde. Die Anwendung unterschiedlicher Elektrodenwerkstoffe zeigt bei geeigneter Auswahl einen sehr positiven Effekt auf die Einschmelztiefe. Übertroffen wird dieses Ergebnis noch von der Verwendung von Bandzwischenelektroden, die allerdings eine spezielle Anlagentechnik voraussetzen.
Im Zusammenhang mit der Untersuchung zu den Elektroden wurde auch ein für die Fertigung bemerkenswerte Effekt festgestellt, der im Zusammenhang mit pressgehärteten Stählen auftreten kann. Kommt die normalerweise auf dem pressgehärteten Werkstoff anliegende Elektrode während der Punktfolge an einem Bauteil auf der Seite des kritischen anzubindenden Blechs zum Einsatz, so erfolgt auf Grund des Elektrodenbelags eine stärkere Erwärmung und damit Verbesserung der Linseneinschmelztiefe. Der umgekehrte Fall tritt auf, wenn die Elektroden kupferblank gefräst wurden und die ersten Punkte, noch ohne Anlegierungsschicht auf der Kontaktfläche, geschweißt werden.
Ein weiterer Abschnitt befasste sich mit der Anwendung spezieller Schweißprogramme.
Dabei wurden sowohl Stromprogramme in verschiedenster Art als auch Kraft- bzw. Kraft-Strom-Programme eingesetzt. Um diese überhaupt anwenden zu können, war die für die Versuche zur Verfügung stehende servomotorische Punktschweißanlage zwingende Voraussetzung. Entgegen Informationen, die den Einsatz konventioneller Stromprogramme zur Lösung von Anbindungsproblemen empfehlen, konnte sowohl in Simulationsrechnungen als auch im realen Versuchen hier in Bezug auf die Einschmelztiefe am kritischen Blech nur nachteilige Ergebnisse ermittelt werden. Als erfolgreich einsetzbare Stromprogramme wurden solche mit einem hohen ersten Impuls getestet. Dabei muss dieser erste Impuls ausreichend sein, um die Anschmelzung in der kritischen Ebene zu gewährleisten. Sowohl bei sehr kritischen asymmetrischen Zwei- als auch Dreiblechverbindungen war dieser Weg erfolgreich. Als noch etwas besser erwies sich die Anwendung von Strom-Kraft-Programmen, bei denen im Prinzip die gleiche Idee zu Grunde liegt. Allerdings soll hier die Erstaufschmelzung durch eine geringe Startkraft unterstützt werden, die Aufschmelzung der kompletten Verbindung erfolgt dann bei einer höheren, für die Gesamtverbindung angemessenen, Elektrodenkraft.
Im Verlauf der Untersuchungen und Simulationsrechnungen stellte sich heraus, dass die Werkstoffeigenschaften und deren Kombinationen sowie die Einstellparameter sehr starke Auswirkungen auf das Schweißergebnis haben. Da die relevanten Werkstoffeigenschaften nicht sicher bekannt sind wurden Messmethoden angepasst und beschrieben, um insbesondere die Widerstandskennwerte der Werkstoffe mit vertretbarem Aufwand ermitteln zu können. Einige Werte sind tabellarisch aufgeführt und können so direkt verwendet werden, um beim Schweißen zu erwartende Effekte abschätzen zu können.
Insgesamt zeigte die Untersuchung, dass es auch bei stark asymmetrischen Kombinationen möglich ist die Schweißlinse ausreichend im kritischen Blech (in der Regel ein dünnes verzinktes Außenblech) einschmelzen zu lassen.
Inwieweit die vorgeschlagenen Maßnahmen in der Praxis umgesetzt werden können muss abhängig von den Möglichkeiten der Anlagentechnik und z.B. der Vertauschungssicherheit bei Elektrodenkombinationen im Einzelfall entschieden werden.
Bearbeiter des FV RP-LIPO:
Stefan Schreiber