Kategorie: Verbindungstechnik

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

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

Abbildung 1: Versuchsaufbau zur Messung des Einkoppelgrades mithilfe einer Ulbrichtkugel

Anhand innovativer Systemtechnik soll die Prozesseffizienz und die Schweißnahtqualität beim Laserstrahlschweißen von Kupferwerkstoffen gesteigert werden. Hierzu wird im Rahmen des Forschungsprojektes ProLasKu von der TRUMPF Laser GmbH eine neuartige Strahlquelle entwickelt. Diese emittiert im grünen Wellenlängenbereich mit einer Ausgangsleistung von bis zu 1,5 kW. Um die Vorteile von grüner Laserstrahlung darzulegen, wurden am iwb Methoden zur Beurteilung der Effizienz und der Stabilität des Schweißprozesses entwickelt. Weiterlesen

Autoren:
Dipl.-Ing. Christopher Pommer, SKZ, Würzburg
Dr. Benjamin Baudrit, SKZ, Würzburg
M.Sc. Heinrich Leicht, SKZ, Würzburg
Dr.-Ing. Peter Heidemeyer, SKZ, Würzburg
Prof. Dr.-Ing. Martin Bastian, SKZ, Würzburg

Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojektes wurde die Einsatzmöglichkeit der passiven Thermographie im Bereich des Schweißens von Kunststoffen untersucht. Während diverser Fügeprozesse wurde die entstehende Temperatur mithilfe einer Wärmebildkamera protokolliert und zeitgleich von einer eigens entwickelten Software ausgewertet. Durch die Bestimmung der thermischen Eigenschaften und der Emissionskoeffizienten der untersuchten Materialien konnten in den Aufnahmen korrekte absolute Temperaturen angezeigt werden. Die passive Thermographie wurde an vier verschiedenen Schweißverfahren geprüft. Industrielle Anwendungen der passiven Thermographie als zerstörungsfreie Prüfmethode (ZfP) bzw. als Prozessüberwachungswerkzeug zeigen bereits den Erfolg und die vielversprechenden Möglichkeiten im Bereich des Kunststoffschweißens. Weiterlesen

Abbildung 1: Querschliff eines laserstrahlgeschweißten Folienstapels aus korrosionsbeständigen Stählen

Autor: Vincent Mann, M.Sc., SFI

Moderne Produkte enthalten heutzutage eine Vielzahl an Kontaktstellen, durch die einzelne Komponenten miteinander verbunden sind. Neben form- und reibschlüssigen Fügeverfahren, wie beispielsweise dem Verschrauben, spielen stoffschlüssige Verbindungen eine wichtige Rolle. Insbesondere im Kontext des Leichtbaus oder steigender Anforderungen an die Baugruppen kann durch den Einsatz stoffschlüssiger Fügeverfahren das Gewicht durch den Wegfall von Verbindungselementen wie Schrauben oder Nieten reduziert oder zumindest konstant gehalten werden. Dabei stellt das Schweißen neben dem Hart- und Weichlöten die bedeutendste Fügetechnologie dar. Diese untergliedert sich wiederum in eine Vielzahl verschiedener Verfahren, deren Eignung für den jeweiligen Anwendungsfall geprüft werden muss. Aktuell kommen im Stahl- und Kranbau hauptsächlich konventionelle Verfahren, wie das MSG-, WIG- und E-Hand-Schweißen zum Einsatz, da die Stückzahlen gering sind und der Schweißprozess meist durch Fachpersonal manuell durchgeführt werden muss. Weiterlesen

Motivation und Zielsetzung

Leichtbau ist Gegenstand der Forschung mit dem Ziel eines verantwortungsvollen Umgangs mit Ressourcen. Hierbei sind Gewichts-, aber auch Materialeinsparungen als Vorteile zu nennen. Bei auftretender Biegebeanspruchung werden diese Vorteile wirkungsvoll durch den Einsatz von Sandwichstrukturen umgesetzt. Sandwichstrukturen erhalten ihre hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit, indem dehnsteife Materialien in den hochbelasteten Außenschichten der Struktur angeordnet werden. Der für ein hohes Biegewiderstandsmoment nötige Abstand der Deckbleche kann durch Abstandshalter oder Füllstoffe erreicht werden. Bei der vorliegenden Sandwichstruktur (Abbildung 1 a) wird der Deckschichtabstand durch kragengezogene Verbindungselemente (Abbildung 1 b) eingestellt. Mit der vorliegenden Bauweise kann ohne zusätzlichen Werkstoff die ertragbare Maximalkraft im 3-Punkt-Biegeversuch mehr als verdoppelt werden. Weiterlesen