Umfassende Analyse der technischen Eigenschaften und Leistung von Widerstandsschweißtransformatoren

Widerstandsschweißtransformatoren zeichnen sich durch hohe Schweißeffizienz, hohe Geschwindigkeit und stabile Schweißnähte aus, reduzieren die Schweißkosten und eignen sich zum Schweißen verschiedener Materialien. Widerstandsschweißtransformatoren sind für Wechselstrom mit einer Nennfrequenz von 50–60 Hz und einer Spannung unter 1000 V geeignet. Sie werden hauptsächlich in Punktschweißmaschinen, Nahtschweißmaschinen und Stumpfschweißmaschinen eingesetzt.

I. Technische Merkmale

(1) Prozesseigenschaften bei hohen Strömen und niedrigen Spannungen

Beim Widerstandsschweißen wird Widerstandswärme als Wärmequelle genutzt. Das wichtigste technische Merkmal des Schweißtransformators ist die Verwendung von Hochstrom (2000–40000 A) in Kombination mit Niederspannungsschweißen. Da der Werkstückwiderstand üblicherweise unter 100 μΩ liegt, muss für ein effektives Schweißen ausreichend Wärme durch extrem hohen Strom erzeugt werden.

(2) Hochleistungs-Steuersystem

Die Leistung des Schweißinvertertransformators liegt üblicherweise über 50 kVA. Ein spezielles Wicklungsdesign (Einzel- oder Doppelwindung) ermöglicht die Leistungsregelung durch Anpassung der Windungszahl der Primärwicklung. Obwohl dieses Design den Aufbau des Schweißinvertertransformators vereinfacht, schränkt es gleichzeitig die Flexibilität der Leistungsregelung ein.

(3) Kennlinien bei nicht kontinuierlicher Belastung

Der Schweißkreis verfügt über ein einzigartiges Vorschließdesign: Bevor der MFDC-Schweißtransformator eingeschaltet wird, werden Werkstückspannung und Kreisschluss vorab abgeschlossen. Dieser Betriebsmodus eliminiert den Leerlaufenergieverbrauch (mit Ausnahme des Abbrennstumpfschweißens), und das Be- und Entladen, Positionieren, Vorpressen und andere Prozesse im Schweißzyklus werden alle im ausgeschalteten Zustand abgeschlossen.

2. Technische Vorteile

(1) Metallurgische Qualitätssicherung

Der Prozess der Nuggetbildung wird vollständig von einem Kunststoffmetallring umhüllt, der die physikalische Isolierung der Schmelzzone von der Luft ermöglicht, den metallurgischen Reaktionsprozess effektiv vereinfacht und die Stabilität der Schweißqualität gewährleistet.

(2) Hervorragende Wärmeeinflusszonenkontrolle

Die konzentrierten Heizeigenschaften (Heizzeit ≤ 0,1 Sekunden) begrenzen den Wärmeeinflusszonenbereich auf 0,5–2 mm, wodurch Eigenspannungen und Schweißverformungen deutlich reduziert werden. Die meisten Werkstücke benötigen nach dem Schweißen keine Korrektur und Wärmebehandlung.

(3) Hervorragende Wirtschaftlichkeit

Es wird kein Schweißmaterial (Schweißdraht, Schweißstab, Schutzgas usw.) benötigt, und die Schweißkosten werden im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren um etwa 40 % reduziert. Die Anlage verfügt über einen hohen Automatisierungsgrad, und das Schweißvolumen pro Schicht kann 800–1200 Teile erreichen.

(4) Umweltvorteile

Während des gesamten Prozesses gibt es keine offenen Flammen oder Rauchemissionen und der Geräuschwert liegt bei ≤ 65 dB (A), was den industriellen Umweltschutzstandards entspricht. Der Schweißmaschinentransformator eignet sich besonders für die Integration in automatisierte Produktionslinien und ermöglicht einen synchronen Betrieb mehrerer Prozesse.

3. Technische Einschränkungen

(1) Herausforderungen bei der Qualitätsprüfung

Ein ausgereiftes System zur zerstörungsfreien Prüfung ist noch nicht etabliert. Derzeit wird die Qualität hauptsächlich durch zerstörende Prüfungen und Prozessüberwachung sichergestellt, was die Prozesskontrolle erschwert.

(2) Gemeinsame Leistungsbeschränkungen

Punktschweißverbindungen weisen inhärente Strukturfehler auf: Der Winkel um die Schweißlinse herum führt zu Spannungskonzentrationen, die zu einem Abfall der Zugfestigkeit um etwa 15–20 % führen, und die Ermüdungslebensdauer beträgt nur 60–70 % der Lebensdauer von durchgehenden Schweißnähten.

(3) Betriebs- und Wartungskosten der Ausrüstung

Die Anfangsinvestition für Hochleistungsgeräte (typische Konfiguration 400 kVA) ist hoch, und einphasige Wechselstromschweißgeräte neigen zu Netzungleichgewichtsproblemen. Das Präzisionsservosystem erhöht den Wartungsaufwand, und die Kosten für den Austausch wichtiger Komponenten (wie Thyristormodule) übersteigen 25 % des Gesamtgerätepreises.

4. Richtung der Technologieentwicklung

Die neue Generation von Widerstandsschweißgeräten durchbricht die bestehenden Beschränkungen durch die folgenden technologischen Innovationen:

Entwicklung eines Echtzeit-Qualitätsüberwachungssystems auf Basis von Infrarot-Wärmebildgebung

Einführung der Pulsstromtechnologie zur Optimierung der Verbindungsmikrostruktur

Einsatz der Dreiphasengleichrichtungstechnologie zur Verbesserung der Netzverträglichkeit

Design modularer Antriebseinheiten zur Reduzierung der Wartungskosten

Diese Verbesserungen haben dem Widerstandsschweißen breitere Anwendungsaussichten in aufstrebenden Bereichen wie beispielsweise bei Batteriepacks für Fahrzeuge mit neuer Antriebsart und bei der Herstellung von Präzisionsteilen für die Luft- und Raumfahrt ermöglicht.