Erweiterung der Prozessgrenzen beim Widerstandspressschweißen von Aluminiumlegierungen

1  Herausforderungen beim Widerstandspressschweißen von Aluminiumlegierungen
Abbildung 1 – Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung

Abbildung 1 – Versuchsstand zum Widerstandspunktschweißen mit Bewegungsüberlagerung

Der anhaltende Trend des Leichtbaus, u. a. in der Automobilbranche, erfordert Fügeverfahren für Leichtbauwerkstoffe wie Aluminiumlegierungen, die kostengünstig ein sicheres und zuverlässiges Ergebnis liefern. Einer der wenigen Prozesse, die diese Anforderungen erfüllen, ist das Widerstandspunktschweißen. Für das effektive Erzeugen eines Schweißpunktes ist aufgrund der geringen Stoffwiderstände und der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumlegierungen eine sehr hohe Stromstärke bei kurzer Schweißzeit notwendig.

An der TU Dresden wird deshalb das Widerstandsschweißen mit Mittelfrequenzinvertertechnik (MF) sowie mit Kondensatorentladungstechnik (KE) untersucht. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 2 (Ermittlung von Abminderungsfaktoren)

Abbildung 1: Typischer Kraft/Verschiebungs-Verlauf mit Auswertungskriterien (links) und ermittelte mechanische Kennwerte fehlerfreier Referenzproben (rechts)

Abbildung 1: Typischer Kraft/Verschiebungs-Verlauf mit Auswertungskriterien (links) und ermittelte mechanische Kennwerte fehlerfreier Referenzproben (rechts)

Einleitung

Nachdem im ersten Teil dieser Artikelserie die Identifikation von typischen Fehlern in Klebverbindungen sowie die Klassierung und Abstraktion zu generischen Fehlerformen und deren Implementierung in Laborproben beschrieben wurde, soll in diesem zweiten Teil nun auf die Bewertung dieser Fehlerarten eingegangen werden. Diese Schadensbewertung geschieht vor dem Hintergrund, dass Fertigungsbetriebe und Betreiber von geklebten Strukturen in der Lage versetzt werden sollen die Gefährdung, die von fehler- und schadhaften Klebverbindungen  ausgehen kann, im Rahmen eines Risikomanagements zu beurteilen. Im dritten und letzten Teil der Artikelserie werden dann zerstörungsfreie Prüfverfahren und Methoden vorgestellt, mit denen entsprechende Imperfektion in Klebverbindungen detektiert werden können. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 1 (Schadensidentifikation und Herstellung von Proben mit definierten Schäden)

Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Einleitung

Die Klebtechnik rückt als innovatives Fügeverfahren des 21. Jahrhunderts im Schiffbau zunehmend in den Vordergrund. Seinen Anwendern offeriert sie vielversprechende Vorteile, u.a. die Möglichkeiten, verschiedene Werkstoffe miteinander zu verbinden und Zusatzfunktionen wie Abdichtung, Isolation, Schwingungs- und Geräuschdämpfung elegant durch die Auswahl geeigneter Klebstoffe zu integrieren. Doch warum bleibt der Fügetechnik der große Durchbruch im Schiffbau aktuell noch verwehrt? Weiterlesen

Corona-Krise bringt unterschiedlichste Unternehmen für die Herstellung von Schutzmasken zusammen

Die Masken nach dem Tiefziehen und Verschweißen der Ränder mit Ultraschall.

Die Masken nach dem Tiefziehen und Verschweißen der Ränder mit Ultraschall. (Bildquelle: Weber Ultrasonics AG)

Beim Gedanken an Atemschutz- und OP-Masken, die derzeit überwiegend in Asien produziert werden, fällt einem Ultraschall sicher nicht als erstes ein. Und doch spielt das Ultraschallschweißen bei der Herstellung dieser Produkte eine wichtige Rolle. Als erfahrener Technologieanbieter für Equipment zur Maskenherstellung, fertigt die Weber Ultrasonics AG Masken und Mundschutz jetzt in Deutschland. Möglich machte dies die schnelle und tatkräftige Unterstützung weiterer Unternehmen sowie das große Engagement der eigenen Mitarbeiter. Weiterlesen

Ultraschall-Technologie für Atemschutzmasken

Atemschutzmasken mit einem breiten Anwendungsbereich

Atemschutzmasken mit einem breiten Anwendungsbereich (Bildquelle: TELSONIC AG)

Gesichtsmasken tragen wesentlich dazu bei, Atemwege vor Staub zu schützen sowie virale Ansteckungen zu vermeiden. Um die Ausbreitung von Viren zu verlangsamen, leistet ein wirksamer Mundschutz einen wichtigen Beitrag. Das mehrlagige Filtermaterial wird mittels Ultraschalltechnik zu fertigen Masken konfektioniert. Ebenso können damit zusätzliche Teile wie Nasen-Formbügel, Atemventile und Tragebänder angebracht werden. Weiterlesen

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) mit Metallen fügen – ILK entwickelt multifunktiona­le Schnittstellen

Gemeinsam mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn entwickelt das ILK eine neue vorwettbewerbliche Technologie für schädigungsarme, kraftflussgerechte FKV/Metall-Verbindungen.

Gemeinsam mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn entwickelt das ILK eine neue vorwettbewerbliche Technologie für schädigungsarme, kraftflussgerechte FKV/Metall-Verbindungen.
© TUD/ILK

Gemeinsam mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn entwickelt das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden eine neue vorwettbewerbliche Technologie für schädigungsarme, kraftflussgerechte FKV/Metall-Verbindungen auf Basis etablierter punktueller Fügeverfahren wie Widerstandspunktschweißen (WPS) oder Clinchen. Weiterlesen

Ökologische Klebstoffe aus Pflanzenöl

© Fraunhofer IMWS
Zwei Metallstücke sind mit der nachhaltigen Klebstoffformulierung verbunden. Im Hintergrund: Leinölepoxidproben für die Klebstoffprüfung mit flüssigem (gelb) und pastösem Härter (weiß) sowie mit Organosolv-Lignin (schwarz).

Die Nachfrage nach grünen Produkten steigt. Doch nachhaltig sind Waren erst dann, wenn die verwendeten Klebstoffe und Lacke ebenfalls aus biobasierten Rohstoffen hergestellt werden. Materialkonzepte aus Fraunhofer-Laboren sollen helfen.

Bioprodukte boomen. Denn statt Massentierhaltung und Chemikalien-Cocktails auf den Feldern wünschen sich viele Verbraucher sattgrüne Weiden für die Tiere, möglichst unbehandeltes Obst und Gemüse sowie Textilien aus ökologisch erzeugter Baumwolle. Allerdings ist es nicht damit getan, Kunststoffe durch Materialien wie Holz oder Kork zu ersetzen. Wirklich nachhaltig sind die Produkte nur dann, wenn auch die Klebstoffe und Lacke aus biobasierten Rohstoffen hergestellt werden. Weiterlesen

Laserschweißzelle adé – Fraunhofer und thyssenkrupp entwickeln hocheffiziente Laserschweißzange

© Fraunhofer IWU
Hocheffizientes Laserstrahlschweißen: Die von thyssenkrupp System Engineering und Wissenschaftlern des Fraunhofer IWU entwickelte Laserschweißzange lässt sich außerhalb von Laserschweißzellen einsetzen und funktioniert dank integrierter Absaugfunktion ohne energieintensive Pneumatik.

Eine hocheffiziente Laserschweißzange, die ohne Druckluft und außerhalb der bisher notwendigen, hermetisch geschlossenen Laserschweißzellen einsetzbar ist, und ein funktionsintegriertes Batteriegehäuse, das gleich mehreren Herausforderungen der Elektromobilität begegnet – dies waren die Highlights, die das Fraunhofer IWU vom 16. bis zum 18. Oktober 2018 auf der Internationalen Zuliefererbörse (IZB) in Wolfsburg am ACOD-Gemeinschaftsstand präsentierte. Darüber hinaus zeigte das Fraunhofer IWU u.a. effiziente Lösungen für das Fügen hybrider Leichtbaukomponenten und die wirtschaftliche Fertigung von Blechbauteilen in Kleinserien.

Werden Bauteile per Laser verschweißt, entstehen giftiger Schweißrauch und Schweißspritzer. Letztere können sowohl zur Verschmutzung der Bauteiloberläche führen, als auch die Lebensdauer des Schutzglases der Laserschweißoptik reduzieren. Außerdem wird Strahlung emittiert, die für Haut und Augen gefährlich ist. Abhilfe schafft man in der Industrie bislang, indem die Laserschweißanlagen in hermetisch geschlossenen Räumen untergebracht werden, den Laserschweißzellen. Um die Lebensdauer des Schutzglases zu erhöhen, werden Spritzer und Rauch bei herkömmlichen Systemen mit einem Luftstrahl, dem Crossjet, unter hohem Druck von der Schweißoptik weggeblasen und so im Raum verteilt. Der Rauch wird in der Regel durch großvolumige Raumluftabsaugungen entfernt. Nachteile dieses Vorgehens sind u.a. ein enormer Energieaufwand für die Pneumatik des Crossjets, ein schlechter Flächenausnutzungsgrad in der Fabrik und Verschmutzungen von Optik und Bauteilen trotz der Blasluftreinigung. Weiterlesen

Prozessgrenzen beim Walzplattieren besser verstehen

Abbildung 1: Aufbau des Grundversuchs zur Charakterisierung der Verbindung beim Walzplattieren (oben) ([Autoren] nach [Mik14]) und schematische Versuchsdurchführung (unten)

Stoffschlüssiges Verbinden durch Walzplattieren

Die hohen Anforderungen an moderne Bauteile, zum Beispiel im Bereich des Leichtbaus und der Energieeffizienz, können immer seltener durch monolithische Werkstoffe erfüllt werden. Hier greift das Walzplattieren als ein etabliertes Verfahren für das stoffschlüssige Verbinden verschiedener metallischer Werkstoffe an. Dies ermöglicht anwendungsgerechte Kombinationen physikalischer, chemischer oder mechanischer Werkstoffeigenschaften. In der Praxis werden allerdings Prozessgrenzen in Bezug auf kombinierbare Werkstoffe und realisierbare Schichtdickenverhältnisse beobachtet. So können stark unterschiedliche Festigkeiten der Verbundpartner oder ungünstige Schichtdickenverhältnisse zu stark unterschiedlicher Längung führen. Somit wird eine Verbindungsentstehung erschwert oder verhindert und es kann zu periodischem Aufreißen der schwächeren Schicht kommen. Um diese Zusammenhänge systematisch untersuchen und besser verstehen zu können, wurden am IBF realitätsnahe Simulationsmodelle und ein Grundversuch entwickelt, mit dem die Entstehung der stoffschlüssigen Verbindung entsprechend den Bedingungen im Walzspalt quantitativ nachvollzogen werden kann. Weiterlesen

Energetische, Wirtschaftliche und Arbeitsmedizinische Aspekte zur Schweißtechnik

Abbildung 1: Einfluss der Schweißnahtgeometrie auf die Abkühlzeit t8/5 und den Wärmestrom beim MSG-Schweißen (Parameter: Standardlichtbogen bei v D = 10 m/min; PA-Schweißposition; Zusatzwerkstoff d = 1,2 mm G3Si1; Grundwerkstoff: S235; Schutzgas 15 l/min 82 % Ar, 18 % CO2; Schweißgeschwindigkeit 70 cm/min; Kontaktrohrabstand 18 mm)

Einleitung

Um die Wirtschaftlichkeit beim Schmelzschweißen zu erhöhen können Fülldrahtelektroden eingesetzt werden, welche aber gleichzeitig eine höhere Emission an gesundheitsschädlichen Stoffen beim Schweißen bewirken. Das Schmelzschweißen, als eine Möglichkeit Stahlbauteile zu fügen, spielt nach wie vor eine bedeutende Rolle in heutigen Konstruktionen. Fortlaufend wird an neuen Stahlsorten geforscht und vorhandene in ihren Eigenschaften weiter entwickelt. Das große Ziel ist, Stähle schnell und einfach zu fügen um damit wirtschaftlich Produkte herstellen zu können. Das Schmelzschweißen führt im Werkstoff grundsätzlich und unweigerlich zu einer Änderung des Gefüges. Dies hat wiederum großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung. Für die Charakterisierung des Zeit-Temperatur-Verlaufs kommt dem Bereich zwischen 800 und 500 °C (sogenannte t8/5-Zeit) hohe Bedeutung zu, da dort die Gefahr unzulässiger Aufhärtung bzw. die Verminderung der Streckgrenze besteht. Für ein wirtschaftliches Schweißen müssen diese Kenntnisse vorliegen. Weiterhin besteht für das Personal, welches Schweißarbeiten durchführt, aber auch für Personen die sich in unmittelbarer Nähe des Bereiches der Schweißarbeitsplätze befinden, eine erhebliche Gefahr durch Strahlung und durch die Entstehung von alveolengängigen Schweißrauch. Die Professur Schweißtechnik der Technischen Universität Chemnitz ist mit mehreren Forschungsprojekten in diesen Bereichen aktiv. Einen repräsentativen Einblick aus diesen Projekten bietet der vorliegende Artikel. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen