DVS 2929-1-2014 Method for determing the transitition resistance - Basics measurement methods and set-up.pdf

1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Widerstandsschweien“Nachdruck und Kopie,auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des HerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: DVS Media GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 1

2、5 91- 150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zur Beachtung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorl

3、iegende Fassung noch gltig ist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Method for determining the transition resistance basics, measurement methods and set-upThis document specifies the procedure and the experimental set-up for determining th

4、e transition resistance of single or two over-lapping sheets of Aluminium or steel with or without surface treatment, and with or without surface coating.Inhalt:1 Zweck des Merkblattes 2 Geltungsbereich 3 Grundlagen 4 Messaufbau und Durchfhrung der Messung 4.1 Messaufbau4.2 Probenentnahme und Vorber

5、eitung der Messung4.3 Durchfhrung der Messung bei konstantem Messstrom inAnlehnung an DIN EN ISO 18594 (Methode 1)4.4 Durchfhrung der Messung mit ansteigendem Strom(Methode 2)4.5 Empfindlichkeit des Messverfahrens5 Formelzeichen und Abkrzungen6 Prfprotokoll 7 Schrifttum Anhang A: Prfprotokoll1 Zweck

6、 des Merkblattes In diesem Merkblatt werden Durchfhrungshinweise fr das Er-mitteln des bergangswiderstands an metallischen Werkstoffen (hier: Stahl-, Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe) gegeben, siehe auch DIN EN ISO 18594. Ziel der Messung ist die Bestimmung des bergangswiderstands unter Wiederholbedi

7、ngungen.Zweck des Merkblattes ist ein Vergleich von Blechhalbzeugen im Sinne einer Fertigungsberwachung oder Eingangskontrolle bzw.die Erfassung von Vernderungen der bergangswiderstnde unterfertigungsnahen Bedingungen.Detaillierte Ausfhrungen zur Messung des bergangswiderstandssind enthalten in Merk

8、blatt DVS 2929-2Messung des bergangswiderstands Anwendung bei Alu-minium und Aluminiumlegierungen“ (in Vorbereitung), Merkblatt DVS 2929-3Messung des bergangswiderstands Anwendung bei Sthlen“, Merkblatt DVS 2929-4Messung des bergangswiderstands Anwendung bei Kupferund Kupferlegierungen“ (in Vorberei

9、tung).2 Geltungsbereich Dieses Merkblatt gilt fr Messungen des bergangswiderstands am Einzelblech oder an zwei berlappenden Blechen aus Stahl-, Kupfer- oder Aluminiumwerkstoffen ohne oder mit Oberflchen-vorbehandlung sowie ohne oder mit Oberflchenveredelung. 3 Grundlagen Die Widerstnde im Bereich de

10、r Fgestelle am Beispiel des Wider-standspunktschweiens sind in Bild 1 schematisch dargestellt. Dasich die Kontaktwiderstnde messtechnisch nicht direkt erfassen lassen, wird im vorliegenden Merkblatt eine Methode beschrie-ben, mit der die Widerstandsverhltnisse an den Kontaktstellen beurteilt werden

11、knnen.Legende: FEElektrodenkraftISSchweistromR1Stoffwiderstand der oberen ElektrodeR2Kontaktwiderstand obere Elektrode oberes BlechR3Stoffwiderstand des oberen BlechsR4Kontaktwiderstand Blech BlechR5Stoffwiderstand des unteren BlechsR6Kontaktwiderstand unteres Blech untere ElektrodeR7Stoffwiderstand

12、 der unteren ElektrodeBild 1. Widerstnde beim Widerstandspunktschweien (schematisch) 1.Fr die Anwendung dieses Merkblatts gelten in Anlehnung an DIN EN ISO 18594 die folgenden Begriffe: Kontaktwiderstand (contact resistance)Die elektrische Eigenschaft einer Berhrungsflche zwischen zwei Krpern (z. B.

13、 Berhrungsflchen zwischen Elektrode/Elektrode, Elektrode/Blech oder Blech/Blech) die dem Flieen eines konstanten elektrischen Stroms einen Widerstand entge-gensetzen. Stoffwiderstand (bulk resistance)Ohmscher Widerstand eines metallischen Werkstoffs.Messung des bergangswiderstands Grundlagen, Messme

14、thodenund -einrichtungenAugust 2014MerkblattDVS 2929-1Ersetzt Ausgabe Dezember 2007B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2929-1 Gesamtwiderstand R (total resistance)Zwischen den Abgriffe

15、n gemessener elektrischer Widerstand (enthlt Kontakt- und Stoffwiderstnde), siehe Bild 1 und Bild 3. Systemwiderstand Rs(set-up resistance)Widerstand der Messeinrichtung zwischen den Abgriffen, wennsich ein Referenzblech zwischen den beiden Elektroden befin-det, Bild 3a. bergangswiderstand Rt(transi

16、tion resistance)Gesamtwiderstand abzglich Systemwiderstand (R t= R Rs).Jede technische Oberflche weist eine von der Art der Herstellungabhngige unebene, raue Oberflchenstruktur auf. Bei unbe-schichteten metallischen Werkstoffen bildet unter idealen Bedin-gungen eine Oxidhaut die uere Oberflchenschic

17、ht. Bei tech-nischen Werkstoffen, wie Blechhalbzeugen knnen gezielte Ober-flchenmodifikationen hinzukommen. Im Hinblick auf eine bessereKorrosionsbestndigkeit von metallischen Werkstoffen wurde eineReihe von Oberflchenberzgen entwickelt. Die Art und Ausfhrung der Blechoberflche (u. a. berzugswerk-st

18、off(e), einseitige/beidseitige Beschichtung, Texturierung, Reini-gungsprozess, Vorbehandlung, Applikation von Schmierstoffen) knnen einen signifikanten Einfluss auf die Kontaktwiderstnde der Blechteile haben und sind somit beim Widerstandsschweien von Bedeutung fr die Gre des Schweibereichs, die Ele

19、ktroden-standmenge und das Schweiergebnis.4 Messaufbau und Durchfhrung der MessungDie beschriebenen Messmethoden mit konstantem Messstrom (Methode 1) oder mit ansteigendem Strom (Methode 2) sind fr eine vergleichende Beurteilung von Blechhalbzeugen anwendbar. Die Methode 1 (vgl. Abschnitt 4.3) ist d

20、urch einen einfachen und robusten Messaufbau gekennzeichnet, mit dessen Hilfe ein Ver-gleich von Blechhalbzeugen im Sinne einer Fertigungsberwa-chung oder Eingangskontrolle durchgefhrt wird. Dies gilt im We-sentlichen fr die Einzelblechmessung.Die Methode 2 (vgl. Abschnitt 4.4) mit ansteigendem Stro

21、m soll dazu dienen, das Verhalten von Blechhalbzeugen hinsichtlich der Vernderung von bergangswiderstnden unter fertigungsnahen Bedingungen zu erfassen. Infolge der hheren Strme und der gewhlten Stromanstiegszeit erfolgt bei dieser Messmethode eineAnnherung an den Schweiprozess.4.1 MessaufbauBiId 2a

22、 zeigt schematisch den Messaufbau zur Ermittlung des bergangswiderstands mit einem Blech zwischen den Elektroden.Bei der Durchfhrung der Messung werden die Probenbleche zwischen die Messelektroden gelegt, die Elektrodenkraft aufge-baut und ein Gleichstrom von einer externen Quelle ber die Elek-trode

23、n durch die Bleche geleitet. Der Spannungsabfall zwischen den Abgriffen wird gemessen und der Gesamtwiderstand R wie folgt berechnet:(1)Dabei istR Gesamtwiderstand in ,U Spannung in V,I Messstrom in A.Der Widerstand der Messeinrichtung, der Systemwiderstand Rs, wird ebenfalls ber den Spannungsabfall

24、 zwischen den Abgriffen an den Elektroden ermittelt. Dabei wird ein 0,4 bis 0,6 mm dickes Referenzblech aus weichem Elektrolytkupfer (z. B. Cu-ETP, R220)mit einem beidseitigen, elektrolytisch aufgebrachten berzug ausFeingold (99,9% Au) zwischen den Prfelektroden positioniert, siehe Bild 3a. Der Syst

25、emwiderstand Rssetzt sich dabei aus dem Stoffwiderstand der Elektroden zwischen den Abgriffen (R1, R7), den Kontaktwiderstnden (R2, R6) und dem Stoffwiderstand des Referenzblechs (R3) zusammen.Bild 2a. Messaufbau zur Ermittlung des bergangswiderstands (Skizze; Einzelblechmessung).Bei der Einzelblech

26、messung setzt sich der Gesamtwiderstand R zusammen aus dem Stoffwiderstand der Elektroden zwischen den Abgriffen (R1, R7), den Kontaktwiderstnden (R2, R6) und dem Stoffwiderstand des Blechs (R3), Bild 3b. Der Gesamtwiderstand R fr eine Zweiblechmessung setzt sich zusammen aus dem Stoffwiderstand der

27、 Elektroden zwischen den Abgriffen (R1, R7), den Kontaktwiderstnden (R2, R4, R6) und den Stoffwiderstnden der Bleche (R3, R5), Bild 3c. 4.1.1 Messaufbau zur Ermittlung der Gesamtwiderstands-anteile bei der ZweiblechmessungBild 2b zeigt schematisch den Messaufbau zur Ermittlung der Gesamtwiderstandsa

28、nteile zwischen Elektrode und Blech (REB) und zwischen den Blechen (RBB) bei der Zweiblechmessung. Die Probenbleche werden mithilfe einer Probenhalterung so positio-niert, dass sie sich zwischen den Prfelektroden berlappen. Der Messstrom und die Spannungen zwischen den Abgriffen an Elektroden und Bl

29、echenden werden gemessen und die Gesamt-widerstandsanteile wie folgt berechnet:Dabei istREBuWiderstandsanteil zwischen unterer Elektrode und unte-rem Blech in Ohm,REBoWiderstandsanteil zwischen oberer Elektrode und obe-rem Blech in Ohm,RBBWiderstandsanteil zwischen den Blechen in Ohm,U1Spannungsabfa

30、ll zwischen unterem Blech und unterer Elektrode in Volt,U2Spannungsabfall zwischen oberem Blech und unterer Elektrode in Volt,U3Spannungsabfall zwischen oberer und unterer Elektrode in Volt,I Messstrom in Ampere.Die Gesamtwiderstandsanteile (REBu, REBo, RBB) setzen sich dabei aus den Stoffwiderstnde

31、n der Elektroden zwischen den Abgriffen (R1, R7), den Kontaktwiderstnden (R2, R4, R6) und den Stoffwiderstnden der Probenbleche (R3, R5) gem Bild 3c wie folgt zusammen:REbo= R1+ R2+ R3REbu= R7+ R6+ R5RBB= R3+ R4+ R5RUI-=Legende:1 Elektrode2Blech3 Spannungsmessgert 4 GleichstromquelleREBuU1I-= REBoU3

32、U2I-=RBBU2U1I-=B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2929-14.2 Probenentnahme und Vorbereitung der MessungVon jeder zu untersuchenden Charge werden Proben (mgliche Probenabmessungen z. B

33、. 50 mm 100 mm, Bild 5) entnom-men. Da der Kontaktwiderstand innerhalb einer Blechtafel, eines Coils oder eines Bauteils lokal unterschiedlich sein kann, sollten fr eine hinreichende Aussage mindestens 5 Proben an unter-schiedlichen Stellen entnommen werden (z. B. Bandanfang/Band-ende, ber der Bandb

34、reite oder Bauteillnge).Oberflchenzustnde, die nicht mit den Herstellungszustnden bereinstimmen (z. B. Verunreinigungen, Kratzer, Fingerabdrcke)sind im Bereich der Messstelle (Ort der Messung) nicht zulssig. bliche Oberflchenzustnde (z. B. gelt, phosphatiert, konver-sionsbeschichtet) sind im Prfprot

35、okoll festzuhalten. Bevor die Messungen vorgenommen werden knnen, mssen die Proben im Temperaturgleichgewicht mit der Umgebung sein. Fr die Zweiblechmessung mssen die Proben eben sein. Grate in der Blech-Blech-Ebene sind nicht zulssig. Fr die Zweiblech-messungen wird empfohlen, die Ober- und Unterse

36、ite jedes Ble-ches mit A“ bzw. mit B“ zu kennzeichnen. Es wird auch empfoh-len die Messreihen jeweils mit den folgenden Kombinationen durchzufhren: A-B/B-A, B-A/A-B und A-B/A-B. Whrend einer Messreihe darf die Anordnung (Lage) der Oberflchen der zu prfenden Bleche zueinander nicht verndert werden.4.

37、3 Durchfhrung der Messung bei konstantem Messstrom in Anlehnung an DIN EN ISO 18594 (Methode 1)4.3.1 Bestimmung des Systemwiderstands RsVerwendet wird der Messaufbau nach Bild 2a. Der Systemwider-stand wird gemessen wie unter Abschnitt 4.1 beschrieben, nach-dem das Referenzblech zwischen den Prfelek

38、troden positioniert und die Elektrodenkraft aufgebracht wurde, Bild 3a. Die Aufsetz-geschwindigkeit der Elektroden darf 15 mm/s nicht berschreiten.Die Elektrodenkraft beim Aufsetzen darf nicht hher sein als die eingestellte Sollprfkraft. Vor der Messung werden die Elektrodenarbeitsflchen mit Schleif

39、-vlies der Krnung 1000 abgerieben. Anschlieend wird anhaften-der Staub mit einem sauberen, mit Ethanol getrnkten Zellstoff-tuch entfernt, zuerst von der Arbeitsflche der oberen und dann von der der unteren Elektrode. Danach wird der Systemwider-stand wie oben beschrieben gemessen.Da sich der Systemw

40、iderstand whrend einer Messreihe durch Fremdstoffe auf den Elektrodenarbeitsflchen verndern kann, ist eine solche Messung vor und nach jeder Messreihe durchzu-fhren. Als Systemwiderstand fr die Messreihe gilt der arithmeti-sche Mittelwert dieser zwei Messwerte.Bild 2b. Messaufbau zur Ermittlung der

41、Gesamtwiderstandsanteile bei der Zweiblechmessung (schematisch).Bild 3. Widerstnde bei der Messung des Systemwiderstands Rs(a) bzw. des Gesamtwiderstands R bei Einzel- und Zweiblechmessung (b und c).a) Messung des Systemwiderstands RsMessung des Gesamtwiderstands Rb) Einzelblechmessung c) Zweiblechm

42、essungLegende:FEElektrodenkraftI MessstromR1; R3; R7StoffwiderstndeR2; R6KontaktwiderstndeLegende:FEElektrodenkraftI MessstromR1; R3; R7StoffwiderstndeR2; R6KontaktwiderstndeLegende:FEElektrodenkraftI MessstromR1; R3; R5; R7StoffwiderstndeR2; R4; R6KontaktwiderstndeB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2

43、C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2929-14.3.2 Messung des Gesamtwiderstands RJe Messreihe mssen mindestens 7 Messungen an unterschied-lichen Stellen einer oder mehrerer Proben durchgefhrt werden. Bei Messreihen zur E

44、rmittlung der Gesamtwiderstandsanteile wird je Blechpaar eine Messung durchgefhrt. Vor jeder der 7 Messungen mssen die Elektrodenarbeitsflchen wie oben be-schrieben gereinigt werden. Anschlieend wird gemessen wie unter Abschnitt 4.1 beschrieben. Die Aufsetzgeschwindigkeit der Elektroden darf 15 mm/s

45、 nicht berschreiten. Die Elektrodenkraft beim Aufsetzen darf nicht hher sein als die eingestellte Sollprf-kraft. Nach Erreichen der Sollprfkraft wird die Gleichstromquelle eingeschaltet und der Spannungsabfall nach (15 1) s gemessen,Bild 4. Whrend dieser Messung mit konstantem Strom zeigt der zeitli

46、che Verlauf des gemessenen Widerstands eine stetige Ab-nahme. Nach dem bisherigen Kenntnisstand sind fr diese Abnahme des Widerstands rtliche Flievorgnge im Bereich der mikroskopisch kleinen Berhrstellen im Bereich der Kontaktflchenurschlich. Hinzu kommen abhngig vom Werkstoff auch Ver-nderungen der

47、 Oberflchenmorphologie infolge lokal begrenzter,konduktiver Erwrmung. Bild 4. Messung des Gesamtwiderstands R zeitlicher Verlauf des Wider-stands (Prinzipbild).Die Messstellen sind so zu whlen, dass deren Abstand zueinanderund der Abstand zu einer Kante 15 mm nicht unterschreitet, Bild 5.Die Proben

48、mssen senkrecht zu der Elektrodenachse positio-niert werden. Eine Relativbewegung zwischen den Arbeitsflchender Elektroden und der Probenoberflchen, Vibration, Drehen oderZiehen ist nicht zulssig. Der Gesamtwiderstand einer Messreihe ergibt sich aus dem arithmetischen Mittelwert von mindestens 7 Messungen.Bild 5. Beispiel fr die Anordnung der Messstellen fr ein Probenblech der Abmessungen 100 x 50 x t.4.3.3 Bestimmung des bergangswiderstands RtDer bergangswiderstand einer Messreihe wird aus der Differenzvon Gesamtwiderstand R und Systemwiderstand Rsermittelt.Der Mittelwert, die S