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Monday, September 11, 2023, Berlin 9:30 AM Moderne Fügeverfahren - Schutzgasschweißen |
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Potentiale der Pulstechnologie in der Fügetechnik |
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André Hälsig* / Technische Universität Chemnitz
Institut für Füge- und Montagetechnik
Professur Schweißtechnik, D Björn John / TU Chemnitz, Deutschland Holger Letsch/ TU Chemnitz, Deutschland Tim Eßbach/ TU Chemnitz, Deutschland Jonas Hensel/ TU Chemnitz, Deutschland |
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Pulsprozesse verbessern die Bereiche des Beschichtens, Schweißens und Sinterns. Dabei werden die Pulstechnologien in die Kategorien Kraft, Strom, Gas und Licht gegliedert. Kraft: Durch die Verwendung einer frequenzüberlagerten Druckkrafterzeugung können beim Diffusionsschweißen die Anforderungen an die Oberflächenvorbereitung der Bauteile, bei konstanten Schweißtemperaturen und Schweißzeiten, von geschliffen (Ra < 0,2 µm) auf gedreht/gefräst (3 µm < Ra < 8 µm) gesenkt werden. Andererseits kann bei konstanter Oberflächengüte die Prozesszeit durch die forcierte Fügeflächenannäherung um ca. 30 % reduziert werden. Ebenso belegen Untersuchungen von Sinterprozessen pulverförmiger Werkstoffe, dass instationäre Sinterdrücke (pd = 10 N/mm², f = 10 Hz) bei konstanter Prozesszeit die Porosität um mehr als 30 % senken. Strom: Der Einsatz gepulster Ströme (I = 40 %...100 %, f = 50 Hz…500 Hz) beim Sintern pulverförmiger Ausgangswerkstoffe mittels konduktive Erwärmung bewirkte eine Reduzierung der Porosität um 15 % sowie die Steigerung der Reproduzierbarkeit um Faktor zwei. Gas: Durch die Integration einer externen Technologie zur Erzeugung gepulster Gasströme stehen dem Anwender die Pulsfrequenz oder unterschiedliche Volumenströme in definierten Puls-/Grundstromphasen zur Verfügung, um den Fügeprozess positiv zu beeinflussen. Hauptforschungsgebiet ist neben der Lichtbogentechnik die laserstrahlbasierte Materialbearbeitung, um beispielsweise die Einschweißeigenschaften gezielt zu verändern. In Folge sind die Nähte bei gleichbleibender Leistung und Geschwindigkeit beim Laserstrahlschweißen um bis zu 10 % schlanker und tiefer. Auch beim Plasmastichlochschweißen konnte durch den Einsatz gepulster Plasmagasströme die Einschweißtiefe um durchschnittlich 20 % gesteigert werden. Der tiefere Einbrand kann direkt in höhere Schweißgeschwindigkeit (+15 %...+40 %) umgesetzt oder für das Schweißen dickerer Bleche genutzt werden. Licht: Die Verwendung gepulster (pw) Laserstrahlquellen ermöglicht das stapelweise Fügen von Folienstrukturen mit Materialdicken kleiner 100 µm (z. B. Herstellung von Bipolarplatten). Durch die gezielte zeitlich terminierte Energieeinbringung gelingt das Durchschweißen gestapelter feiner Strukturen ohne eine Beschädigung einzelner Folien. Die Potentiale der unterschiedlichen Pulstechnologien in der Fügetechnik werden anhand praxisrelevanter Demonstratoren verdeutlicht. |