Abstract No.:
6877

 Scheduled at:
Friday, September 17, 2021, Saal Essen 3:15 PM
Neue Entwicklungen beim Kondensatorentladungsschweißen


 Title:
Einfluss der Magnetfeldverteilung auf die Schweißnahtausbildung beim Kondensatorentladungsschweißen von Getriebebauteilen

 Authors:
Julius Lindenmaier* / Mercedes-Benz AG, Deutschland
Pradeep Bachker / Mercedes-Benz AG, Indien
Dirk Lindenau/ Mercedes-Benz AG, Deutschland
Uwe Füssel/ TU Dresden, Deutschland

 Abstract:
Das Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen) gehört zur Gruppe der Widerstandsschweißverfahren und wird heutzutage hauptsächlich in Form des Buckelschweißens angewendet. Rotationssymmetrische Getriebebauteile können miteinander verschweißt werden, indem mindestens einer der Fügepartner eine ringförmige Buckelkontur zur Stromdichtekonzentration an der Fügestelle besitzt. Beim KE-Schweißen von Getriebebauteilen wird die Fügestelle in weniger als 20 Millisekunden durch einen impulsartigen Schweißstrom von mehreren hundert Kiloampere auf die benötigte Fügetemperatur gebracht.
Durch die sehr hohen Stromstärken und sehr steilen Stromanstiege bildet sich ein gepulstes Magnetfeld von mehreren Tesla im Arbeitsraum der Schweißmaschinen aus. Es zeigt sich, dass die gängige Portalbauweise der KE-Schweißmaschinen zu einer symmetrischen Ungleichverteilung der magnetischen Flussdichte über den Umfang der Schweißnaht führt. Die daraus resultierende, lokal variierende Lorentzkraft stört die homogene Stromdichteverteilung und damit die homogene Wärmeeinbringung in der Fügeebene. Es kommt zur Bildung von „Hot-“ bzw. „Cold-Spots“ entlang der Schweißnaht, die im Extremfall zu örtlich begrenzten Fehlstellen durch eine unvollständige Anbindung (Cold-Spots) oder einen Kontaktverlust durch Überhitzung (Hot-Spots) führen.
Weiterhin begünstigt die symmetrische Ungleichverteilung der magnetischen Flussdichte die verfrühte Bildung von makroskopischen Schweißspritzern. Aufgeschmolzene und aus der Fügeebene verdrängte Phasen (sog. Schweißwulst) werden weg von den Stromzuführungen und hin zu den offenen Seiten des Portalgestells entlang der Ringnaht beschleunigt. Beim Aufeinandertreffen der gegensinnig beschleunigten, schmelzflüssigen Phasen wird die Oberflächenspannung gebrochen und makroskopische Schweißspritzer entstehen. Eine mögliche Beschädigung von Funktionsflächen (z. B. Zahnflanken, Lagerflächen) an den meist fertigbearbeiteten Bauteilen ist die Folge.
Bei einer Parameterwahl mit sehr kurzen Stromzeiten und sehr hohen Stromstärken sowie für Bauteile mit vergleichsweise großem Durchmesser sind die beschriebenen Prozessphänomene besonders stark. Abschließend werden mögliche Abminderungen der beschriebenen Phänomene im Schweißprozess diskutiert.


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