Schweißen auf Weißblechdosen

1. Einführung

1. Kurze Beschreibung der Bedeutung des Schweißens bei der Herstellung von Dosen.
2. Nennen Sie die Arten von Dosen (zwei oder drei Stück) und ihre Bedeutung in der Konservenindustrie.

Das Schweißen ist ein wesentlicher Prozess bei der Herstellung von Dosen, insbesondere bei dreiteiligen Dosen, die in der Fischkonservenindustrie häufig verwendet werden. Diese Dosen werden aus einem rechteckigen Weißblech hergestellt, das zu einem Zylinder gewalzt und mit einer vertikalen Schweißnaht verbunden wird. Diesem zylindrischen Teil werden zwei Enden hinzugefügt: der Boden oder die Basis und der Deckel. Der Deckel wird nach dem Einfüllen des Inhalts in die Konservenfabrik aufgesetzt. Die Verbindung des Deckels und des Bodens mit dem Dosenkörper erfolgt durch ein Verfahren, das als Doppelsiegelung bezeichnet wird und für die ordnungsgemäße Funktion des Behälters von entscheidender Bedeutung ist, da eine mangelhafte Ausführung dieses Verfahrens dazu führen kann, dass der Behälter seine Luftdichtigkeit verliert und die verpackten Lebensmittel nach der Behandlung möglicherweise verunreinigt werden.

Das in den 1960er Jahren eingeführte Elektroschweißen ist ein Verfahren, bei dem Energie in Form von elektrischem Strom zur Verfügung gestellt wird, um die notwendige Wärme zum Schmelzen der zu verbindenden Metallteile zu erzeugen, ohne dass eine Legierung erforderlich ist. Dieser technologische Durchbruch war entscheidend für die Verbesserung der Produktion von dreiteiligen Dosen, wie sie für Getränke und Konserven verwendet werden, und wurde aufgrund seiner Effizienz schnell von der Industrie angenommen.

Kurz gesagt ist das Verschließen ein grundlegender Schritt bei der Herstellung von Dosen, der die Unversehrtheit und Luftdichtheit des Behälters gewährleistet, den Inhalt vor äußeren Einflüssen schützt und den Verfall verhindert. Dies gilt insbesondere für die Konservenindustrie, wo die Qualität und Sicherheit der Verpackung für die Konservierung von Fisch und anderen Lebensmitteln von größter Bedeutung ist.

• Geschichte und Chronologie

2. Historische Entwicklung des Dosenschweißens, wobei wichtige Meilensteine wie die Einführung des elektrischen Schweißverfahrens in den 1960er Jahren hervorgehoben werden.

Das Dosenschweißen ist ein wichtiger Bestandteil der Metallverpackungsindustrie, und seine Entwicklung hat im Laufe der Geschichte bedeutende technologische Fortschritte gebracht. Einer der wichtigsten Meilensteine in der Entwicklung des Dosenschweißens war die Einführung des elektrischen Schweißens in den 1960er Jahren. Zu dieser Zeit wurden zwei verschiedene unlegierte Schweißverfahren entwickelt, beide mit dem Ziel, die Seitenkanten von dreiteiligen Dosenkörpern zu verbinden.

Das Elektroschweißverfahren basiert auf der Anwendung einer bestimmten Energiemenge in einer bestimmten Zeit auf die zu verbindenden Bereiche. Diese Energie, die in Form von elektrischem Strom zugeführt wird, wird in Wärme umgewandelt, die die zu schweißenden Metallteile zum Schmelzen bringt. Continental Can leistete Pionierarbeit bei der Einführung einer Technik, die als „Conoweld“ bekannt ist.

Ein weiterer bedeutender Durchbruch gelang 1975 mit dem Draht-Mash-Schweißsystem (WIMA). Bei dieser Technik wird ein gezogener und abgeflachter Kupferdraht verwendet, der die Kontaktfläche im Lötbereich vergrößert und eine stärkere und bessere Verbindung mit einer Überlappungsbreite von nur 1 mm ergibt. Soudronic entwickelte die Verwendung dieses Kupferdrahtes als Zwischenelektrode zwischen der Dosennaht und den Kupferschweißrädern, wodurch das Problem der Verunreinigung der Elektrodenoberfläche gelöst und die Schweißqualität verbessert wurde.

Diese Fortschritte ermöglichten es den Dosenherstellern, unlegierte Seitenfalzbehälter für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie und anderen anspruchsvollen Anwendungen herzustellen, was einen bedeutenden Wandel in der Dosenherstellung markierte und die Effizienz und Qualität des Falzverfahrens verbesserte.

Was die Vorteile der einzelnen Technologien betrifft:

Conoweld:

• Vorteile: Es ermöglichte die Herstellung von Dosen mit einem legierungsfreien Lötverfahren, das für die Lebensmittelindustrie und andere anspruchsvolle Anwendungen geeignet war.

WIMA:

• Vorteile: Das Profildrahtschweißen verbessert die Schweißqualität, indem es eine Verunreinigung der Elektrode verhindert und die Kontaktfläche in der Schweißzone vergrößert. Darüber hinaus kann Kupferdrahtschrott recycelt werden, was einen wirtschaftlichen Vorteil darstellt.

Diese Technologien stellten einen bedeutenden Fortschritt in der Dosenherstellung dar und verbesserten die Effizienz und Qualität des Schweißprozesses in der Industrie.

• Grundlagen des Elektroschweißens

3. Physikalische Grundlagen des elektrischen Schweißens.
4. Beschreibung des Prozesses der Energiezufuhr und ihrer Umwandlung in Wärme zum Schmelzen von Metallen.

Das elektrische Widerstandsschweißen ist ein Verfahren zum Verbinden von Metallen durch Schmelzen, das mit oder ohne Zusatzwerkstoff durchgeführt werden kann. Diese Art des Schweißens beruht auf der Erzeugung von Wärme aufgrund des Widerstands der Materialien gegen den Durchgang von elektrischem Strom hoher Intensität.

Die beim Schweißen erzeugte Wärme ist eine Funktion des Widerstands der Materialien und Kontakte (R), der Stromstärke (I) und der Zeit, in der der Strom fließt (t), gemäß dem Joule’schen Gesetz. Die mathematische Formel, die diese Beziehung beschreibt, lautet W = R x I^2 x t, wobei W die abgeleitete Wärmeenergie in Joule, I der Strom in Ampere, R der Widerstand in Ohm und t die Zeit in Sekunden ist.

Die Grundkonfiguration für das Widerstandsschweißen umfasst zwei Elektroden, die eine Kraft (F) auf die zu schweißenden Metalle ausüben. In der Zwischenzeit fließt über einen bestimmten Zeitraum elektrischer Strom durch die Metalle, der die nötige Hitze erzeugt, um die Metalle zu schmelzen und zusammen mit dem ausgeübten Druck schließlich zu verbinden.

Die Schmelztemperatur von Zinn, einem der Bestandteile von Weißblech, liegt bei 232 °C, die von unlegiertem Stahl bei 1200 bis 1300 °C. Beim Löten schmilzt Zinn schnell und kann sich auf den Elektroden ablagern, was den Übergangswiderstand erhöht. Um dieses Problem zu vermeiden und die Effizienz des Prozesses aufrechtzuerhalten, wird ein Kupferdraht zwischen den Scheiben verwendet, um die Hülse zu transportieren, das Zinn zu evakuieren und einen Teil der erzeugten Wärme abzuführen.

• Materialien und Beschichtungen

4. Beschreibung der Materialien, die bei der Herstellung von Dosen verwendet werden, wie Weißblech und verchromter Stahl (TFS).
5. Bedeutung der Passivierung und Gewicht der Zinnbeschichtung.

Weißblech ist ein Material, das traditionell für die Herstellung von Metallverpackungen, insbesondere für Lebensmittel, verwendet wird. Er besteht aus einer Stahlbasis, die mit einer dünnen Zinnschicht überzogen ist. Diese Zinnschicht ist wichtig, weil sie korrosionsbeständig ist und sich zum elektrischen Löten eignet, was für die Herstellung von Dosen unerlässlich ist. Das Gewicht der Zinnbeschichtung schwankt im Allgemeinen zwischen 2,8 und 11,2 g/m2, in Schritten von 2,8 g/m2. Bei ungestrichenen Dosen beträgt das Gewicht in der Regel 8,4 g/m2 oder 11,2 g/m2. Zinn trägt auch zum elektrochemischen Schutz aller freiliegenden Bereiche der Stahlbasis bei.

TFS (zinnfreier Stahl), auch als Chromblech bekannt, entstand als Alternative zu Weißblech als Reaktion auf den steigenden Zinnpreis und die Sorge um die Erschöpfung der Zinnvorkommen. Der TFS hat einen Grundträger aus Stahl und ist durch eine beidseitig aufgebrachte Chrom- und Chromoxidbeschichtung geschützt. Diese Beschichtung wird durch elektrochemische Abscheidung aus Chromsäurelösungen erreicht. Obwohl die Dicke der Überzugsschicht im Vergleich zu Weißblech viel geringer ist, bietet sie eine hohe Gleichmäßigkeit und die Fläche des freiliegenden Eisenmetalls in den Poren ist kleiner als bei Weißblech.

Die Passivierung ist eine wichtige Vorbehandlung, die sowohl bei Weißblech als auch bei TFS angewendet wird, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Bei diesem Verfahren wird eine Schutzschicht erzeugt, die die Reaktivität des Metalls und damit seine Korrosionsneigung vermindert. Bei Weißblech wird die Passivierung mit einer Passivierungsschicht erreicht, während bei TFS eine Mischbeschichtung aus Chrom und Chromoxid verwendet wird.

Ein weiteres Verfahren zur Verringerung des Korrosionsrisikos ist die Lackierung dieser Materialien. Die Verwendung lackierter Beschichtungen ist jedoch nicht immer durchführbar oder kosteneffizient, und ihre Anwendung hängt von dem Produkt ab, das die Dose enthalten soll, sowie von den Lagerungsbedingungen, denen sie ausgesetzt sein wird.

5. Ausrüstung und Maschinen
   • Ersteinstellung und Wartung der Geräte zur Gewährleistung der Schweißqualität.

Beim Schweißen ist eine ordnungsgemäße Einstellung und Wartung der Geräte unerlässlich, um die Qualität der Schweißnähte zu gewährleisten. Dazu gehören:

1. Stellen Sie den Schweißstrom und die Schweißkraft so ein, dass eine ordnungsgemäße Metallschmelze erreicht wird, ohne Verbrennungen oder Einstiche zu verursachen.
2. Halten Sie alle Teile des Schweißplatzes sauber, da die Ansammlung von Schmutz oder Ablagerungen die Qualität des Prozesses beeinträchtigen kann. Dazu gehören die Reinigung von elektrostatischem Staub, die Reinigung des Lackspenders und die Reinigung der Schweißräder.
3. Prüfen und korrigieren Sie die Schweißnahtgeometrie, z. B. die Überlappung, und schleifen Sie das Profil der Schweißscheiben, um eine gleichmäßige und feste Verbindung zu gewährleisten.
4. Sicherstellung einer effektiven Linienfreigabe bei Änderungen von Produktionsaufträgen oder Schichtwechseln.

• Probleme und Lösungen beim Schweißen

6. Diskussion über häufige Schweißprobleme.
7. Strategien zur Vermeidung und Lösung dieser Probleme.

Beim Widerstandsschweißen, einem in der metallverarbeitenden Industrie weit verbreiteten Verfahren, können eine Reihe von Problemen auftreten, die die Qualität der Schweißnaht beeinträchtigen. Im Folgenden werden einige der wichtigsten Schweißfehler und ihre möglichen Ursachen erörtert:

1. Kalte Schweißung: Dieser Fehler tritt auf, wenn die Hitze nicht ausreicht, um die Materialien richtig zu schmelzen, was zu einer schwachen Verbindung führt. Ursachen hierfür können eine zu geringe Stromstärke, eine unzureichende Elektrodenkraft oder eine zu kurze Schweißzeit sein.
2. Heißes Schweißen: Tritt auf, wenn die Hitzeentwicklung zu hoch ist, was zu Verformungen oder Löchern im Material führen kann. Dies kann die Folge eines zu hohen Stroms, einer zu langen Schweißzeit oder eines falschen Elektrodendrucks sein.
3. Unregelmäßiges Strangpressen: Dies bezieht sich auf eine ungleichmäßige Form der Schweißnaht, die durch eine schlechte Geometrie der Schweißscheiben oder ungleichmäßigen Druck während des Prozesses verursacht werden kann.
4. Konische Überlappung: Ein Fehler, der sich in einer ungleichmäßigen Überlappung der Bogenkanten äußert, die durch eine falsche Maschineneinstellung oder eine unzureichende Zuführung der Körper in die Rollen verursacht werden kann.
5. Geknicktes Ende: Bezieht sich auf eine Verformung am Ende der Schweißnaht, die das Ergebnis einer nicht ordnungsgemäß eingestellten Kalibrierkrone sein kann.
6. Kurzschluss mit dem Draht: Dieses Problem tritt auf, wenn es zu einem unerwünschten Kontakt zwischen dem Draht und einem Teil der Maschine kommt, was eine Unterbrechung des Schweißvorgangs verursachen kann.
7. Verunreinigung der Schweißnaht: Das Vorhandensein von Schmutz oder Fremdkörpern in der Schweißzone kann zu einer qualitativ schlechten Verbindung führen.
8. Fischschwanz und Zwillingshülsen: Dies sind spezifische Fehler, die mit der Position und der Geschwindigkeit des Auslaufbandes oder mit falschen Einstellungen im Schweißprozess zusammenhängen können.
9. Kalte Punktschweißraupe: Weist auf Bereiche hin, in denen das Schweißen nicht korrekt ausgeführt wurde, möglicherweise aufgrund eines zu geringen Stroms oder eines zu hohen Übergangswiderstands.
10. Oxidation in der Schweißnaht: Kann durch übermäßige Luftzufuhr während des Schweißvorgangs verursacht werden, was zur Bildung von Rost in der Schweißnaht führt.

7. Schutz beim Schweißen
   • Methoden zum Schutz der Schweißnaht, sowohl intern als auch extern, gegen Angriffe durch das enthaltene Produkt und die Umwelt.
   • Übergang vom Auftragen von Flüssiglacken zu moderneren und umweltfreundlicheren Techniken.

Um das Schweißen von Metallbehältern sowohl von innen als auch von außen vor Angriffen durch das enthaltene Produkt und die Umwelt zu schützen, wurde zunächst eine Technik entwickelt, die auf dem Auftragen eines Flüssiglacks unmittelbar nach dem Schweißen beruht. Dieser Lack wurde mit einer imprägnierten Filzrolle oder durch Zerstäubung mit einer kleinen Spritzpistole aufgetragen und anschließend in einem Linearofen ausgehärtet. Bei dieser Technik musste der Lack jedoch mit einem Lösungsmittel verdünnt werden, um die richtige Viskosität zu erreichen, und es waren Zusatzgeräte erforderlich, um die Umweltverschmutzung zu verringern, was nicht immer effizient gelang.

Im Laufe der Zeit wurde diese Technik durch modernere und weniger umweltschädliche Methoden ersetzt. Einer der Fortschritte auf diesem Gebiet ist die Verwendung von elektrostatischem Pulver, das eine kontrolliertere Anwendung ermöglicht und die Umweltverschmutzung reduziert. Das elektrostatische Pulver wird durch ein Verfahren mit elektrischer Aufladung des Pulvers an die Schweißnaht gebunden, wodurch die Auftragseffizienz verbessert und der Materialabfall minimiert wird. Außerdem wird empfohlen, die Schweißnaht vor und nach dem Auftragen des Lacks abzukühlen, um die Haftung zu verbessern bzw. die Flexibilität des Lacks zu erhöhen, was für die Bördel- und Sickenarbeiten erforderlich ist.

Zum äußeren Schutz der Schweißnaht werden Lacke zum Schutz vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen aufgetragen, und es werden Kontrollprüfungen durchgeführt, um die Qualität der Anwendung zu gewährleisten, wie z. B. die Wasseraufnahmeprüfung.