Diese Masterarbeit befasst sich mit Untersuchungen des Effektes einer variablen Elektrodenkraft auf die Schweißqualität beim Widerstandspunktschweißen. Die meisten Veröffentlichungen fokussieren sich nur auf die Variation von Schweißzeit und Schweißstrom bei einer konstanten Elektrodenkraft. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Konzeption eines Schweißprozessverlaufes mit variabler Elektrodenkraft zur Verbesserung der Schweißbarkeit bei gleichzeitig gesteigerter Verbindungsqualität. Es werden daher Schweißbereiche beim artgleichen Fügen von 22MnB5 bestimmt und mögliche Ansätze zur Erweiterung der Schweißbereiche durch einen optimierten Kraftverlauf aufgezeigt. Grundlage hierfür soll die Identifizierung von signifikanten Kennwerten aus den gewonnenen Prozessdaten bilden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik und Forschung
2.1 Wirkprinzip des Widerstandspunktschweißens
2.1.1 Grundlagen und Begriffe
2.1.2 Prozessablauf und –parameter
2.2 Beschreibung der Punktausbildung
2.2.1 Schweißlinsenbildung
2.2.2 Entstehung von Spritzern
2.3 Einflussfaktoren beim Widerstandspunktschweißen
2.3.1 Einfluss von Schweißstrom und –zeit
2.3.2 Einfluss der Elektrodenkraft
2.3.3 Einfluss von Kraftprofilen
2.4 Prozessüberwachung und –regelung
2.4.1 Führungsgrößen zur Prozessüberwachung und –regelung
2.4.2 Prozessregelungen
2.5 Besonderheiten beim Schweißen von pressgehärteten Stählen
2.5.1 Verfahren des Presshärtens
2.5.2 22MnB5 und dessen Beschichtungen
2.5.3 Widerstandspunktschweißen von 22MnB5+AS150
3 Präzisierung der Aufgabenstellung
4 Versuchsplanung und Rahmenbedingugen
4.1 Versuchsplanung
4.1.1 Definieren des Prozessmodels
4.1.2 Ableiten des Versuchs- und Prüfplanes
4.2 Versuchswerkstoff
4.3 Verwendeter Versuchsstand
4.3.1 Mittelfrequenzinverter-Schweißanlage
4.3.2 Elektromagnetische Krafterzeugung
4.4 Messtechnik für die Prozessdatenerfassung
4.4.1 Messaufbau zur Prozessdatenerfassung
4.4.2 Überprüfung der internen Anlagenmesssignale
4.5 Verwendete Prüfverfahren
4.5.1 Ermittlung des Schweißbereiches
4.5.2 Quasistatische Prüfung
4.5.3 Metallografische Untersuchung
4.5.4 Ermittlung des Elektrodeneindruckes
4.5.5 Messung des Übergangswiderstandes
4.5.6 Verwendete Probengeometrien
5 Versuchsdurchführung
5.1 Verwendete Versuchsparameter
5.2 Untersuchung des Ausgangszustandes
5.2.1 Ermittlung des Referenzschweißbereiches nach SEP 1220-2
5.2.2 Variation der Ofentemperatur beim Presshärteprozess
5.2.3 Variation der konstanten Elektrodenkraft
5.3 Prozessdatenanalyse
5.3.1 Informationsgehalt der Prozessgrößen
5.3.2 Beschreibung des Linsenwachstums anhand der Prozessgrößen
5.3.3 Identifikation von signifikanten Kennwerten
6 Ergebnisse und Diskussion
6.1 Variation der Ofentemperatur beim Presshärten
6.1.1 Einfluss auf die Zielgrößen/Qualitätsgrößen
6.1.2 Analyse des Versuchswerkstoffes und der Schweißprozessdaten
6.1.3 Analyse der Schweißprozessdaten
6.1.4 Festlegung der nachfolgend zu verwendenden Ofentemperatur
6.2 Variation der konstanten Elektrodenkraft
6.2.1 Einfluss auf die Zielgrößen/Qualitätsgrößen
6.2.2 Einfluss der Elektrodenkraft auf die Grenzen des Referenzbereiches
6.2.3 Analyse der Schweißprozessdaten
6.3 Zusammenfassung der Untersuchungen des Ausgangszustandes
6.4 Konzeption von Kraftprofilen
6.4.1 Identifikation geeigneter Führungsgrößen
6.4.2 Theoretischer Ansatz für die Modellierung eines Kraftprofiles
6.5 Prozessanpassung durch die Anwendung einer variablen Elektrodenkraft
6.5.1 Modulation von Kraftprofilen
6.5.2 Einfluss auf die Zielgrößen/Qualitätsgrößen
6.5.3 Analyse der Schweißprozessdaten
7 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Masterarbeit untersucht den Effekt einer variablen Elektrodenkraft auf die Qualität von Widerstandspunktschweißungen bei pressgehärteten Bor-Mangan-Stählen (22MnB5) mit Aluminium-Silizium-Beschichtung. Ziel ist die Konzeption eines optimierten Schweißprozessverlaufes durch ein variables Kraftprofil, um die Schweißeignung zu verbessern und gleichzeitig die Verbindungsqualität zu erhöhen, basierend auf der Identifizierung signifikanter Prozesskennwerte.
- Untersuchung des Einflusses der Ofentemperatur beim Presshärten auf die Schweißqualität.
- Analyse des Effektes konstanter Elektrodenkräfte auf Schweißbereiche und Prozessstabilität.
- Identifikation und Auswertung relevanter Prozessdaten zur Linsenbildung.
- Entwicklung und Erprobung eines variablen Elektrodenkraftprofils zur Prozessoptimierung.
- Validierung der Ergebnisse durch zerstörende Prüfverfahren (Scherzugprüfung, Schliffanalyse).
Auszug aus dem Buch
2.3.2 Einfluss der Elektrodenkraft
Eine weitere wichtige Stellgröße in der Prozessführung ist die Elektrodenkraft [10, 82–84]. Die Funktionen sind:
- eine gleichmäßige und sichere Einleitung des Schweißstromes in die Bleche,
- die Kompensation eines Spaltes zwischen den Werkstücken,
- eine Veränderung der Widerstandsverhältnisse im Schweißprozess und somit die ge zielte Beeinflussung der Wärmeerzeugung und Linsenbildung,
- die Wärmeableitung an der Elektrodenarbeitsfläche,
- die Einflussnahme auf die Stromdichte,
- die Reduzierung der Spritzerwahrscheinlichkeit infolge der Schmelzlinsenkomprimierung,
- in der Nachhaltezeit die definierte Erstarrung und Abkühlung der Linse unter Druck.
[7, 10, 68, 75, 84, 85]
Die gewählte Elektrodenkraft beeinflusst die einzelnen Widerstände im Schweißprozess und somit die erzeugte Wärmemenge [84]. Die Abbildung 15 zeigt den Einfluss der Elektrodenkraft auf den Kontaktwiderstand zu Beginn des Schweißprozesses.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Motivation und Zielsetzung der Arbeit im Kontext aktueller Anforderungen in der automatisierten Schweißtechnik.
2 Stand der Technik und Forschung: Zusammenfassung der physikalischen Grundlagen des Widerstandspunktschweißens, relevanter Einflussfaktoren und bestehender Forschungsansätze zur Prozessüberwachung.
3 Präzisierung der Aufgabenstellung: Ableitung der Forschungsziele aus den identifizierten Unklarheiten im Stand der Technik.
4 Versuchsplanung und Rahmenbedingugen: Beschreibung des gewählten Prozessmodells, des Versuchsstandes, der verwendeten Materialien sowie der angewandten Mess- und Prüfmethoden.
5 Versuchsdurchführung: Dokumentation der durchgeführten Versuche zur Untersuchung des Ausgangszustandes und der Prozessdatenanalyse.
6 Ergebnisse und Diskussion: Detaillierte Darstellung der Ergebnisse zur Variation der Ofentemperatur, der Elektrodenkraft sowie die Konzeption und Anwendung der entwickelten Kraftprofile.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Fazit der Arbeit und Aufzeigen potenzieller zukünftiger Forschungsansätze.
Schlüsselwörter
Widerstandspunktschweißen, Elektrodenkraft, Schweißqualität, 22MnB5, Presshärten, Kraftprofil, Schweißlinse, Prozessüberwachung, Spritzerbildung, Schweißbereich, Widerstandsverlauf, Elektrodenbewegung, Prozesssicherheit, Automatisierung, Industrie 4.0.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung des Widerstandspunktschweißens von pressgehärteten Stählen durch den Einsatz einer variablen Elektrodenkraft während des Schweißvorgangs.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Felder umfassen das Widerstandspunktschweißen von 22MnB5+AS150, die Analyse der Linsenbildung, die Auswirkungen der Elektrodenkraft sowie die Entwicklung von Kraftprofilen zur Prozessverbesserung.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist die Entwicklung eines optimierten Schweißprozessverlaufs mittels eines variablen Kraftprofils, um die Schweißeignung und Verbindungsqualität zu steigern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein experimenteller Ansatz verfolgt, der durch Prozessdatenanalyse, metallografische Untersuchungen (Schliffanalysen) und mechanische Prüfverfahren (Scherzugprüfung) gestützt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden zunächst der Ausgangszustand (Einfluss von Ofentemperatur und konstanter Elektrodenkraft) untersucht und anschließend die Konzeption, Anwendung und Validierung eines variablen Elektrodenkraftprofils diskutiert.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Widerstandspunktschweißen, Elektrodenkraft, Schweißqualität, 22MnB5, Kraftprofil und Prozessüberwachung charakterisiert.
Welchen Einfluss hat die Ofentemperatur beim Presshärten?
Es konnte gezeigt werden, dass die Ofentemperatur einen signifikanten Einfluss auf die Spannweite des Schweißbereiches hat und dass eine Temperatur von 900 °C einen guten Kompromiss für die Prozessstabilität bietet.
Warum ist eine variable Elektrodenkraft vorteilhaft?
Eine variable Elektrodenkraft ermöglicht es, das Einsinken der Elektroden gezielt zu steuern, die Spritzerbildung zu reduzieren und den Schweißbereich gegenüber konstanten Kraftverläufen zu erweitern.
- Citar trabajo
- Maximilian Wohner (Autor), 2017, Untersuchung des Effektes einer variablen Elektrodenkraft auf die Schweißqualität beim Widerstandspunktschweißen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/459489
