Leseprobe_300356

Beurteilung von Schweißbereichen auf Basis einer Prozessdatenanalyse
beim Widerstandspunktschweißen am Beispiel
des 22MnB5+AS150
M. Wohner, N. Mitzschke und S. Jüttner, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Otto-von-Guericke-
Universität Magdeburg
Konventionell werden Schweißbereichsdiagramme zur Bewertung und Optimierung der gewählten
Schweißparameter verwendet. Da dieses Vorgehen mit einem hohen Versuchsaufwand einhergeht, wird
eine Methodik benötigt, die den Aufwand signifikant verringern kann. Anhand einer Prozessdatenanalyse
wurden Kennwerte für den Werkstoff 22MnB5+A150 identifiziert, die eine effiziente Beurteilung des
Schweißbereiches ermöglichen. Zugleich konnte mit dieser Methodik eine systematische und effiziente
Optimierung der Schweißparameter vorgenommen werden.
1 Einleitung
Das Widerstandspunktschweißen (WPS) ist eines der dominierenden Schweißverfahren in der
automobilen Massenproduktion [1]. Wird exemplarisch ein Fahrzeug betrachtet, so sind durchschnittlich
2000 – 5000 Schweißpunkte vorhanden, bei denen Bleche mit unterschiedlicher Beschichtung, Güte bzw.
chemischer Zusammensetzung und Dicke gefügt werden [2, 3]. Hieraus ergeben sich stets neue
Herausforderungen an das Widerstandspunktschweißen, wie beispielsweise das artgleiche Fügen von
pressgehärteten Blechen mit einer Aluminium-Silizium-Beschichtung [4, 5]. Im Vergleich zu den
konventionellen Stählen weisen die pressgehärteten Stähle einen geringeren Schweißbereich auf, das
sich in einer Abnahme der Prozessstabilität widerspiegelt [4, 6].
Einen direkten Einfluss auf den Prozess des Widerstandspunktschweißens werden durch die
Schweißparameter, d. h. Schweißstrom, Schweißzeit und Elektrodenkraft, ausgeübt [7]. Aus diesem
Grund ist es von großer Bedeutung diese Parameter gezielt auf den jeweiligen Werkstoff und dessen
Beschichtung abzustimmen, um somit eine Steigerung der Prozessstabilität zu erzielen. Konventionell
erfolgt die Prozessparametrisierung mithilfe von Schweißbereichsdiagrammen, dessen Parameterfindung
primär auf der Erfahrung des Anwenders basiert und mit einem erhöhten Versuchsumfang einhergeht [8].
Aufgrund der steigenden Ansprüche an Qualität und Wirtschaftlichkeit wird eine effiziente Methode zur
Bewertung und Optimierung der vorgenommenen Parameteranpassungen benötigt. Das Ziel der
nachfolgenden Veröffentlichung liegt in der Entwicklung einer Bewertungsmethodik von
Schweißbereichsdiagrammen auf Basis einer Prozessdatenanalyse. Hierzu werden Prozesskennwerte
zur Abschätzung des erzielten Schweißbereiches abgeleitet, die eine systematische Optimierung der
Prozessparameter ermöglichen und somit den benötigten Versuchsumfang signifikant verringern.
2 Stand der Forschung
2.1 Methodik des Widerstandsschweißens
Die Grundlage des Widerstandspunktschweißens basiert darauf, dass sich stromdurchflossene Fügeteile,
aufgrund des elektrischen Widerstandes, bis zur Schmelztemperatur erwärmen. Bei ausreichender
Erwärmung der Fügestelle unter gleichzeitiger Krafteinwirkung werden die Fügepartner verbunden. Die
freigesetzte Wärmeenergie (Q zu) zwischen den Elektroden lässt sich nach dem jouleschen Gesetz
bestimmen zu [9, 10]:
t=t s
Q ZU = I 2 s (t) ∙ R g (t) ∙ dt .
(1)
t=0
Die zugeführte Wärme Q zu ist eine Funktion des quadratischen Schweißstroms I s und des
Gesamtwiderstandes R g, integriert über die Zeit des Stromflusses t s (Schweißzeit). Einstellbare Parameter
sind die Schweißzeit und der Schweißstrom, wohingegen sich der Gesamtwiderstand aus temperatur- und
kraftabhängigen Einzelwiderständen zusammensetzt [9 bis 11]. Die Beurteilung der gewählten
8 DVS 356