Die Wärmemenge hängt von der Wärmeleitfähigkeit und dem elektrischen Widerstand des Metalls sowie von der Dauer der Stromzufuhr ab. Sie kann durch folgende Gleichung beschrieben werden:
Q = I²Rt
In dieser Gleichung ist "Q" die Wärmeenergie, "I" der Strom, "R" der elektrische Widerstand und "t" die Zeit, während der der Strom fließt.
Für das Punktschweißen geeignete Materialien
Aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit und des hohen elektrischen Widerstandes lässt sich Stahl vergleichsweise einfach punktschweißen, wobei kohlenstoffarmer Stahl am besten zum Punktschweißen geeignet ist. Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt (Kohlenstoffäquivalent > 0,4 Gew.-%) neigen hingegen zu geringer Bruchzähigkeit oder Rissbildung in den Schweißnähten, da sie zur Bildung harter und spröder Gefüge neigen.
Verzinkter Stahl benötigt zum Schweißen etwas höhere Schweißströme als unbeschichtete Stähle. Zink beeinträchtigt die Oberfläche der Kupferelektroden, was zu einer Verschlechterung der Schweißqualität führt. Beim Punktschweißen von verzinkten Stählen müssen die Elektroden entweder daher häufig gewechselt werden oder die Oberfläche der Elektrodenspitze sollte gerichtet werden, wobei ein Fräser verunreinigtes Material entfernt, um eine saubere Kupferoberfläche freizulegen und die Elektrode neu zu formen.
Andere Materialien, die gut punktschweißbar sind, sind rostfreie Edelstähle (insbesondere austenitische und ferritische Edelstähle), Nickellegierungen und Titan.
Das Punktschweißen von Aluminium ist mit Kupferelektroden möglich, obwohl der elektrische Widerstand und die thermische Leitfähigkeit von Aluminium zwar ähnlich wie die von Kupfer sind, der Schmelzpunkt von Aluminium aber niedriger als der der Kupferelektroden ist. Aufgrund des geringen Widerstandes müssen beim Schweißen von Aluminium sehr hohe Stromstärken (in der Größenordnung des zwei- bis dreifachen Wertes von Stahl gleicher Dicke) verwendet werden.
Darüber hinaus beeinträchtigt Aluminium die Oberfläche von Kupferelektroden bereits nach einer sehr geringen Anzahl von Schweißungen, so dass eine stabile, qualitativ hochwertige Schweißung nur schwer zu erreichen ist. Aus diesem Grund gibt es in der Industrie derzeit nur in Sonderfällen Anwendungen des Aluminium-Punktschweißens. Es gibt verschiedene neue Technologieentwicklungen, die dazu beitragen, eine stabile und qualitativ hochwertige Punktschweißung von Aluminium zu ermöglichen.
Kupfer und seine Legierungen können auch durch Widerstandspunktschweißen verbunden werden, obwohl das Punktschweißen von Kupfer mit herkömmlichen Punktschweißelektroden aus Kupferlegierungen nicht einfach ist, da die Wärmeentwicklung in den Elektroden und im Werkstück sehr ähnlich ist.
Die Lösung für das Schweißen von Kupfer ist die Verwendung von Elektroden aus einer Legierung mit einem Schmelzpunkt, der weit über dem Schmelzpunkt von Kupfer liegt (viel höher als 1080°C). Zu den für das Punktschweißen von Kupfer üblicherweise verwendeten Elektrodenmaterialien gehören Molybdän und Wolfram, obwohl diese einen höheren elektrischen Widerstand als Kupfer haben.
Wo wird das Punktschweißen eingesetzt?
Das Punktschweißen wird in einer Reihe von Industriesektoren eingesetzt, wie z.B. im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt, im Schienenfahrzeugbau, im Hausgerätebau, in der Metallmöbelindustrie, in der Elektronik, in der Medizintechnik und im Bauwesen.
Das Punktschweißen ist seit über 100 Jahren das bevorzugte Fügeverfahren des Karosseriebaus. Da es sich in der Großserienfertigung durch die Kombination von Robotern und Materialhandhabungssystemen leicht automatisieren lässt, ist es das in der Stahlblechverarbeitung des Automobilbaus am häufigsten eingesetzte Schweißverfahren.
Karosserieschweißen in einer Fertigungslinie eines Automobilherstellers