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Werkstofftechnik 2

Warmpressschweißen

Das Warmpressschweißen hat im Gegensatz zum Kaltpressschweißen eine hervorgehobene Wichtigkeit. Die gängigsten Ausprägungen dieser Verfahrensart sind:

  • Widerstandspressschweißen mit dem Widerstandspunktschweißen und dem Abbrennstumpfschweißen
  • Diffusionsschweißen
  • Reibschweißen
  • Ultraschallschweißen

Widerstandspressschweißen

Bei diesem Verfahren wird der elektrische Widerstand zur Erwärmung der Zügezone in der Fügegrenzfläche ausgenutzt. Man überlappt dafür zwei Bleche miteinander und verschweißt sie bei niedrigen Spannungen mit hohen Schweißströmen miteinander. 

Widerstandspunktschweißen

Als wichtigstes Blechschweißverfahren gilt das Widerstandspunktschweißen. Hierbei pressen zwei Elektroden die Blechteile punktuell zusammen. Leitet man nun kurze Stromstöße durch die Elektroden und damit durch die Bleche, wird eine derart hohe Erwärmung an den Fügegrenzflächen der Bleche erzeugt, dass eine Schmelzlinse ensteht. Nach der Abkühlung der Schmelzlinse können die Bleche druckentlastet werden und die Schweißverbindung besteht. 

Widerstandspunktschweißen
Widerstandspunktschweißen
Schweißstelle
Schweißstelle

Abbrennstumpfschweißen

Das Abbrennstumpfschweißen erfordert aufgrund der großen Schweißquerschnitte sehr hohe Stauchkräfte und deshalb besonders massive Schweißmaschinen. Das Schweißvorgang beinhaltet ein Zusammenfügen der Fügeteile in der Kontaktzone. Die Fügeteile stehen dabei unter Spannung. 

Abbrennstumpfschweißen
Abbrennstumpfschweißen

Die Besonderheit bei dieser Schweißart ist, dass an den Kontakten zwischen den Fügeteilen lokale Lichtbogen zünden, welche zu einer Oberflächenanschmelzung und einem anteiligen Verdampfen des Metalls führen. Dadurch kommt es zum einen zu einer Reinigung der Oberfläche [Auflösung der Oxidschicht] der Fügeteile und der Bildung einer Schutzatmosphäre aus Metalldampf. 
Der eigentliche Schweißvorgang beinhaltet das Zusammenschlagen der Fügeteile. Dabei werden auch noch die letzten Verunreinigungen von den Oberflächen entfernt, so dass sich eine Schweißverbindung bildet. Der beim Zusammenschlagen entstehende Grat muss anschließend entfernt werden.  

Diffusionsschweißen

Beim Diffusionsschweißen erfolgt das Verschweißen durch eine thermisch aktivierte Festphasenreaktion. Dabei werden die Fügeteile im Gegensatz zu anderen Verfahren nur geringen Drücken ausgesetzt und in einer Vakuum- oder Reduktionsatmosphäre behandelt. Ähnlich wie bei Sintern ist das Ziel die Reduktion der Grenzflächenenergie. Aufgrund der nur sehr schwach auftretenden Grenzflächenverformung müssen die Schweißflächen besonders gereinigt und passgenau sein. Die Schweißtemperatur und die Schweißdauer hängen dabei von der Abbaugeschwindigkeit der Oxidschichten ab. 
Da es sich um ein besonders aufwändiges Verfahren handelt, wird es nur ein Einzelfällen eingesetzt. 

Reibschweißen

Beim Reibschweißen werden zwei Teile mit erhöhtem Druck in Verbindung gebracht. Dabei ist ein Teil fest eingespannt und das andere Teile wird mit einer Relativbewegung über das feste Teil geführt. Durch diese Vorgänge entsteht derartig viel Wärme, dass es zum Plastifizieren des Materials kommt. Beim Erreichen der Schweißtemperatur wird das rotierende Teil gestoppt und beide Teile mit ausreichend Druckkraft gestaucht. $\Longrightarrow $ Analogie zum Abbrennstumpfschweißen mit dem Unterschied der Wärmeerzeugung. 

Da sich das eine Teil beim Reibschweißen in Bewegung befindet muss zum Abschluss des Vorgang auf eine genaue Positionierung geachtet werden. $\Longrightarrow $ Aus diesem Grund wird das Reibschweißen fast ausschließlich bei rotationssymmetrischen Querschnitten angewandt. 

Sonderfall Reibrührschweißen

Eine besondere Variante des Reibschweißens ist das Reibrührschweißen. Bei dieser Verfahrensart muss nur eines der Teile rotationssymmetrisch sein. Beim Verschweißen von zwei Platten kommt ein Reibstift zum Einsatz, der über den Schweißspalt rotiert und dabei das Material [ausschließlich Aluminiumbleche] beider Platten plastifiziert. Der Reibstift rotiert während des Schweißvorgangs kontinuierlich über den Fügespalt. Um ein eventuell auftretendes Abfließen von flüssigeren Aluminium zu vermeiden, empfiehlt sich die Fixierung auf einer glatten Oberfläche.

Reibrührschweißen
Reibrührschweißen
Schweißnaht nach Reibrührschweißen
Schweißnaht nach Reibrührschweißen

Sonderfall Ultraschallschweißen

Auch das Ultraschallschweißen stellt eine besondere Form des Reibschweißens dar. Das Einsatzgebiet diese Verfahrens ist jedoch stark eingeschränkt. Es werden hauptsächlich Folien oder dünne Bleche miteinander verschweißt. Die notwendige Prozesswärme wird durch hochfrequente mechanische Schwingung erreicht, die zwischen den Bauteilen durch Molekular- und Grenzflächenreibung entsteht. Daher auch die Zugehörigkeit zum Reibschweißen.  
Mit Hilfe eines Generators und eines Konverters werden Ultraschallfrequenzen erzeugt, die auf eine Sonotrode übertragen werden. Die Sonotrode erinnert optisch stark an einen Hammer und überträgt die Schwingungen auf den Schweißbereich. Dabei werden die bestehenden Verunreinigungen und Oxidschichten zerstört, womit sich unter einer Presskraft F eine Schweißnaht bilden kann.