Im Juni 2021 erschien in der Merkblattreihe des DVS (Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.) eine neue, überarbeitete Fassung des Merkblatts 2906-2 „Widerstands-Rollennahtschweißen – Quetschnahtschweißen von Blechen aus Stahl“. Die aktuelle Ausgabe (DVS 2906-2:2021-06) ersetzt die bis dato gültige, im Mai 2001 veröffentlichte Vorgängerversion (DVS 2906-2:2001-05). Der Sinn und Zweck des Merkblatts besteht darin, dem Anwender Hinweise über die Anwendungsmöglichkeiten sowie die besonderen Merkmale des Quetschnahtschweißens zu liefern.
Hinweis
Das Merkblatt DVS 2906-2 wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erarbeitet und ausgestaltet. Es wird empfohlen, den Inhalt des Merkblatts zu beachten und umzusetzen. Zuständig und verantwortlich ist der Ausschuss für Technik im DVS Arbeitsgruppe V 3 „Widerstandsschweißen“, Untergruppe V 3.2 „Punkt-, Buckel- und Rollennahtschweißen“. Die Anwender müssen jeweils prüfen, inwieweit der Inhalt auf ihren speziellen Fall anwendbar ist und ob die ihnen vorliegende Fassung noch gültig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen Auszug. Den vollständigen Beitrag finden Sie in dem Produkt „Die Schweißaufsicht im Betrieb“.
Inhaltsverzeichnis
Das steht drin: Inhalt des Merkblatts DVS 2906-1 im Überblick
Die vom DVS im Juni 2021 veröffentlichte Fassung des Merkblatts umfasst 22 Seiten und ist in insgesamt zehn Kapitel gegliedert. In diesem Beitrag informieren wir Sie über die wesentlichen Inhalte der DVS-Veröffentlichung. Das komplette Inhaltsverzechnis lautet wie folgt:
1 Zweck des Merkblatts
2 Geltungsbereich
3 Verfahrensprinzip
4 Schweißgeeignete Stähle mit und ohne metallische Überzüge
5 Rollenelektroden
6 Vorbereitung der Schweißkanten
7 Nachbehandlung der Schweißnaht
8 Anwendungsbereiche
8.1 Quetschnahtschweißen bei der Blechherstellung
8.2 Quetschnahtschweißen in der Verpackungsindustrie
8.3 Quetschnahtschweißen von Platinen (Tailored Blanks)
8.4 Quetschnahtschweißen in der Hausgeräteindustrie
9 Qualitätssicherung
10 Schrifttum
10.1 Regelwerk
10.2 Literatur
Hinweis
Die im Originaldokument des DVS enthaltenen Bilder können aus urheberrechtlichen Gründen im Rahmen dieses Beitrags keine Verwendung finden. Auf eine Darstellung der Literaturliste wurde verzichtet.
1. Zielsetzung: Information der Anwender über das Quetschnahtschweißen
Wie bereits in der Einleitung dieses Beitrags erwähnt, wollen die Verfasser mit diesem Merkblatt die Anwender über die Anwendungsmöglichkeiten und die besonderen Merkmale des Quetschnahtschweißens informieren.
Hinweis
Die Basics des Rollennahtschweißens erläutert der DVS in seinem Merkblatt DVS 2906-1 „Verfahren und Grundlagen“. Das diesem Beitrag zugrunde liegende Merkblatt stellt eine Ergänzung dieser Ausführungen für das Quetschnahtschweißen dar. In einer der nächsten Ausgaben beleuchten wir ausführlich den Inhalt des Merkblatts DVS 2906-1, das ebenfalls überarbeitet wurde und im Juni 2021 in neuem Gewand erschien.
2. Anwendungsbereich: Hier gilt das Merkblatt DVS 2906-2
Das hier beschriebene Merkblatt DVS 2906-2 ist auf das Quetschnahtschweißen an unlegierten und niedriglegierten Stahlblechen mit oder ohne metallische Überzüge sowie an hochlegierten nichtrostenden Stahlblechen bis zu einer Einzelblechdicke von 3 mm anzuwenden.
3. Verfahrensprinzip: So funktioniert das Quetschnahtschweißen
Im dritten Kapitel des Merkblatts weisen die Autoren des DVS darauf hin, dass es sich beim Widerstandsquetschnahtschweißen um eine besondere Form des Rollennahtschweißens überlappter Bleche handelt.
- Die Rollenelektroden laufen beim Quetschnahtschweißen nicht wie beim Überlappnahtschweißen in einem bestimmten Abstand von den Blechkanten, sondern unmittelbar auf den nur kurz überlappten Blechkanten. Die aufgrund der Wirkung des Stroms bis zum teigigen Zustand erwärmten Blechkanten werden unter der Elektrodenkraft gleichzeitig geschweißt und in der Dicke verringert (verquetscht).
- Von der Überlappnaht unterscheidet sich die Quetschnaht (mit Ausnahme der einseitigen Quetschnaht) dadurch, dass der gesamte überlappte Bereich verschweißt ist.
- Im Vergleich zum Überlappnahtschweißen verursacht das Quetschnahtschweißen glatte, wenig überhöhte Nähte. Für den Fall, dass lediglich eine Seite der Schweißnaht eingeebnet sein muss (beispielsweise um das Emaillieren der Innenseite von Behältern zu ermöglichen oder eine Verbesserung der Lackierbarkeit zu erreichen), kann auch die einseitig verquetschte Naht Verwendung finden (Metal-Finish-Schweißung).
- Damit es nicht zu einem gegenseitigen Verschieben der Bleche durch die Wärmespannungen und den Walzprozess beim Schweißen kommt, muss beim Quetschnahtschweißen das Einhalten der Überlappung durch geeignete Spann- oder Blechführungsvorrichtungen oder durch Vorheften sichergestellt werden.
- Um die Überlappung einzustellen, werden Anschlagnocken oder Anschlagschienen (beispielsweise Z-Schienen) verwendet. Eine andere Option besteht darin, die Bleche auf Spanntische vorzuzentrieren und durch eine kontrollierte Bewegung in die Maschine einzuführen. Die Bleche werden in der Maschine mit der notwendigen Überlappung gespannt. Die sich beim Quetschnahtschweißen entwickelnden Querkräfte können die Überlappung der Bleche reduzieren. Um dies zu kompensieren, erfolgt bei einigen Maschinen ein Einspannen der Bleche mit in Schweißrichtung ansteigender Überlappung oder die Spannvorrichtungen werden nach dem Spannen der Bleche unparallel verschränkt.
4. Das gilt für schweißgeeignete Stähle mit und ohne metallische Überzüge
Grundsätzlich ist die Anwendung des Quetschnahtschweißens auf Stahlbleche beschränkt. Die Erfahrung zeigt, dass sämtliche Stähle mit oder ohne metallische Überzüge, die ohne ein Strom-Kraft-Programm punktgeschweißt werden können, auch quetschnahtgeschweißt werden (können). In der Praxis wird das Verfahren für die nachstehend aufgeführten Bleche erfolgreich eingesetzt:
- Bleche aus nichtrostenden ferritischen und austenitischen Stählen gemäß DIN EN 10088-1:2014-12 „Nichtrostende Stähle – Teil 1: Verzeichnis der nichtrostenden Stähle“
- Elektrolytisch verzinnte Bleche (Weißbleche) gemäß DIN EN 10202:2001-07 „Kaltgewalzte Verpackungsblecherzeugnisse – Elektrolytisch verzinnter und spezialverchromter Stahl“
- Kaltgewalzte Flacherzeugnisse zum Kaltumformen – weiche Stähle zum Kaltumformen gemäß DIN EN 10130:2007-02 „Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus weichen Stählen zum Kaltumformen – Technische Lieferbedingungen“
- höherfeste mikrolegierte Stähle SEW 093
- höherfeste P-legierte Stähle bzw. Bake-Hardening-Stähle SEW 094
- weiche mikrolegierte Stähle SEW 095
- Niedriglegierte Stähle
- Verzinkte Bänder und Bleche
- elektrolytisch verzinkte kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus Stahl gemäß DIN EN 10152:2017-06 „Elektrolytisch verzinkte kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen – Technische Lieferbedingungen“
- kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen gemäß DIN EN 10346:2015-10 „Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen – Technische Lieferbedingungen“
- Warmgewalzte Flacherzeugnisse gemäß DIN EN 10051:2011-02 „Kontinuierlich warmgewalztes Band und Blech abgelängt aus Warmbreitband aus unlegierten und legierten Stählen – Grenzabmaße und Formtoleranzen“ bzw. DIN EN 10149-1:2013-12 „Warmgewalzte Flacherzeugnisse aus Stählen mit hoher Streckgrenze zum Kaltumformen – Teil 1: Allgemeine technische Lieferbedingungen“
Hinweis
Anlauffarben, Chromatierungen, nichtmetallische Beschichtungen, Phosphatierungen und Rost können zu einer Verschlechterung der Schweißeignung führen oder eine Schweißung verhindern. Werden die Bleche leicht geölt, so führt dies in der Regel nicht zu einer Verschlechterung der Schweißneigung (Ausnahme: nichtrostende Stähle).
5. Besondere Anforderungen an Rollenelektroden
Die Rollenelektroden, die beim Quetschnahtschweißen zum Einsatz kommen, unterscheiden sich von den beim Überlappnahtschweißen eingesetzten Rollenelektroden dadurch, dass sie eine größere Breite der flach oder leicht ballig ausgeführten Arbeitsfläche aufweisen. Für die Stromkonzentration an den Schweißkanten der Bleche ist zwangsläufig die Werkstückanordnung und nicht die Form der Elektrodenoberfläche verantwortlich. Die Rollenbreite beträgt in der Regel mindestens das Achtfache der Einzelblechdicke.
Hinweis
Die Verfasser des Merkblatts weisen im Originaldokument darauf hin, dass sich in der Praxis Kupferlegierungen vom Typ A2 und A3 (nach Merkblatt DVS 2903:1998-10 „Elektroden für das Widerstandsschweißen“ und DIN EN ISO 5182:2016-11 „Widerstandsschweißen – Werkstoffe für Elektroden und Hilfseinrichtungen“) als Elektrodenwerkstoffe bewährt haben. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Standlänge bedarf es einer intensiven Kühlung der Rollenelektroden. Üblicherweise werden die Elektrodenringe mit einer Innenkühlung versehen.
Vor dem Hintergrund der besonders hohen Beanspruchung, die die Rollenelektroden durch die Blechkanten erfahren, kann es schon nach einer vergleichsweise kurzen Betriebszeit zu einer Riefenbildung kommen. Um einen ständigen Ausbau der Rollenelektroden zum Nachdrehen des Profils zu vermeiden, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden:
- Die Riefenbildung kann durch schrittweises Verschieben der Nahtachse im Bezug zur Rollenlängsachse zwischen den einzelnen Schweißungen (Oszillation) erheblich verzögert werden.
Hinweis
Das Verschieben der Nahtachse kann entweder durch seitliches Versetzen der Rollenköpfe oder durch Versetzen der Bleche beim Einspannen erfolgen. Der Oszillationsweg beträgt in der Regel 4 bis 6 mm.
- Durch kontinuierliches Schaben der Arbeitsfläche mit federbelasteten oder pneumatisch betätigten Schabstählen kann die Rollenarbeitsfläche konstant gehalten werden.
Hinweis
Durch das Schaben werden weitgehend auch unerwünschte Fremdschichten auf der Rollenkontaktfläche entfernt.
- Mit einem Hilfsantrieb versehene Rollen bzw. angetriebene Rollen können ohne Ausbau in der Maschine durch Drehen oder Fräsen nachgearbeitet werden. Die bei diesem Prozess zwangsläufig entstehenden Späne werden abgesaugt.
Hinweis
Dieser Vorgang erfolgt in modernen, programmierbaren Maschinen in vorgegebenen Zyklen automatisch – einschließlich der Nachstellung der Arbeitshöhe der Rollenköpfe.
- Für den Fall, dass mit einseitiger Rollenelektrode und Schweißdorn (Unterkupfer) geschweißt wird, sollte sichergestellt sein, dass die Elektrodenschiene oder der Schweißdorn einfach ausgewechselt werden können, weil die scharfen Blechkanten zu einer zügigen Riefenbildung führen können und eine Nacharbeit in der Maschine erschwert ist. Die Schienen können auch drehbar und mit mehreren Arbeitsflächen ausgebildet werden.
6. Anforderungen an die Vorbereitung der Schweißkanten
Das sechste Kapitel des Merkblatts DVS 2906-2 haben die Verfasser der Vorbereitung der Schweißkanten gewidmet. Zu Beginn ihrer Ausführungen betonen sie, dass generell ein einfacher Senkrechtschnitt mit einer Tafelschere oder einem Stanzwerkzeug genügt, der aber in bestimmten Toleranzen gerade verlaufen soll. In aller Regel können Bleche mit einer geringeren Geradheitsabweichung als 10 % der Blechdicke problemlos verschweißt werden. Engere Toleranzen müssen erst eingehalten werden, wenn mit sehr kleiner Überlappung geschweißt wird. In bestimmten Fällen erfolgt ein Nachschneiden der Bleche in der Schweißanlage mit einer integrierten Schere.
Schnittgrate über 5 % der Blechdicke reduzieren die Standlänge der Elektrodenrollen und haben eine vermehrte Spritzerbildung beim Schweißen zur Folge.
Bei Blechen mit einer Dicke, die 2 mm übersteigt, kann eine Bearbeitung der Blechkanten von Vorteil sein, wenn beispielsweise in Coilschweißanlagen Schweißnähte mit kleiner Verdickung erreicht werden müssen. In der Regel werden die Kanten entweder durch Fräsen, Walzen oder Schleifen in einem Winkel zwischen 30 und 45 Grad angeschrägt. Um eine ausreichende Werkstoffverquetschung während des Schweißens zu gewährleisten, soll beim Anschrägen der Kanten ein kleiner senkrechter Steg stehenbleiben.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Abflachung in der Maschine vorzunehmen. Zu diesem Zweck erfolgt zunächst ein Vorwalzen der überlappten Bleche mit Quetschrollen aus Stahl oder Hartmetall. In der Folge werden die vorgewalzten Bleche zur Reduzierung der Überlappung geringfügig auseinandergezogen und schließlich geschweißt (sog. Preplap-Verfahren).
Aufgrund der Dicken- bzw. Werkstoffunterschiede kann das Schweißen von Blechkombinationen wegen der Bleche bzw. der unterschiedlichen Oberflächen erschwert sein. Hier kann eine Verbesserung der Schweißbarkeit herbeigeführt werden, indem die Dicke der Schweißkante des dickeren Blechs reduziert und die Oberflächenschichten im Schweißbereich entfernt werden (beispielsweise metallische Überzüge).
Autor: Ernst Schneider
Bildquelle: PJ66431470, Getty Images
Den kompletten Beitrag finden Sie in dem Produkt „Die Schweißaufsicht im Betrieb“.