Das Werkstofftechnische Kolloquium WTK am 2. und 3. April an der TU Chemnitz bot auch in diesem Jahr einen ausgezeichneten Überblick über die wissenschaftlichen Arbeiten verschiedener Fachrichtungen auf dem Gebiet der Werkstofftechnik, Verbindungstechnik oder den unterschiedlichen Arten der Oberflächenbearbeitung. Der vorliegende Beitrag stellt die Inhalte von einigen der Vorträge auf den Gebieten der additiven Fertigung – auch unter der Bezeichnung 3D-Druck bekannt – sowie verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Verbindungen durch Löten oder Schweißen vor. Bei den additiven Verfahren kommen in großem Umfang die Verfahren unter Einsatz von Lasern zur Anwendung. Des Weiteren wird an der Herstellung von Bauteilen aus besonderen Werkstoffen oder Werkstoffkombinationen gearbeitet, die besondere Eigenschaften im Hinblick auf Korrosion und Verschleiß aufweisen. Anwendung finden die daraus hergestellten Bauteile zum Beispiel in Fahrzeugen oder in der Luft- und Raumfahrt, wo ein geringes Gewicht bei hoher Festigkeit gefragt ist.
Additive Fertigungstechniken
Plasma-Lichtbogenschweißen von Titan mit multidirektionaler gerichteter Energieabscheidung
Das Plasmaschweißen eignet sich gut für die gerichtete Energieabscheidung (Directed Energy Deposition, DED) von Titanlegierungen. Durch den multidirektionalen Lagenaufbau, der durch industrielle 6-Achs-Roboter ermöglicht wird, werden Stützstrukturen umgangen. Dadurch wird die Materialausnutzung erhöht und der erforderliche Bearbeitungsaufwand wird reduziert. Durch die reine Objektmanipulation wird eine flache Schweißposition unabhängig von der Aufbaurichtung aufrechterhalten.
Im Rahmen des Projekts Robot Operating System wurde ein einheitliches Überwachungs- und Steuerungssystem für gerichtete Energieabscheidung entwickelt. Dieses System verwendet Sensordaten, um iterativ Bahnplanungseinstellungen und Schweißparameter zu definieren. Für dünnwandige Teile mit geschlossenen Konturen wurde ein Schweißenden-Parametersatz entwickelt, um eine kontinuierliche Abscheidung mit gleichbleibender Schweißnahtgeometrie in überlappenden Raupen zu gewährleisten. Die Eignung der entsprechenden Schweißparametereinstellung wurde an einem 100-lagigen Hohlzylinder aufgezeigt.
Die erfassten Scandaten des Laserprofils lassen einen kreisförmigen Oberflächenquerschnitt der Schweißraupe erkennen. Zur Bestimmung eines Drehpunkts für die multidirektionale Schichtung wurde ein Kreis in den Querschnitt der Sickenoberfläche eingepasst. Die Drehung um den Mittelpunkt dieses angepassten Kreises ermöglichte die erfolgreiche multidirektionale Herstellung einer düsenförmigen Geometrie mit zunehmenden Neigungswinkeln. Die stabile Abscheidung der verkippten Schichten wurde durch die Reduzierung des Stroms und des Abstands von der Düse zum Werkstück erreicht. Durch das Anpassen der Schweißparameter wurde der Materialtransfermodus von intermittierend auf kontinuierlich umgestellt. Es wurde eine materialabscheidungsstabilisierende Wirkung der Oberflächenspannung zwischen Draht und Schmelze beobachtet. Der vorgeschlagene Ansatz der raupenoberflächenbasierten Bahnplanung kann auf DED mit anderen Schweißverfahren und mit verschiedenen Schweißraupengeometrien angewendet werden.
Vortrag von Max Dominik Mierzwa, RWTH Aachen
Produktionsroute von Hartmetall-Fräswerkzeugen durch 3D-Druck
Hartmetall zählt durch seine hohe Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit als der am meisten verwendete Werkstoff für Fräswerkzeuge. Herkömmliche Hartmetallwerkzeuge sind jedoch aufgrund der langwierigen Schleifprozesse und langen Umrüstzeiten teuer in der Herstellung. Additiv gedruckte Werkzeuge versprechen hier Verbesserungen, waren allerdings bisher aufgrund auftretender Mikrorisse, hoher Eigenspannungen und spröder Phasen nur bedingt einsetzbar.
Im Rahmen einer Studie wurde das FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) entwickelt, um rissfreie und spannungsarme Fräswerkzeuge aus Hartmetall (Wolframkarbid) zu drucken. Dafür wurden hochgefüllte Filamente mit 94 Gew.-% Wolframcarbid eingesetzt und dafür die Auswirkungen der Prozessparameter, des Entbinderns und des Sinterns auf die Porosität an der Oberfläche der Schneidkanten untersucht. Die Härte der Produkte wurde deutlich auf 1700 HV erhöht, verglichen mit dem Stand der Technik, der bei 1400 HV liegt.
Vortrag von Ying Zheng, Neue Materialien Bayreuth
Verschleiß- und Korrosionseigenschaften gesinterter CF/Cu-Verbundwerkstoffe
Im Rahmen einer Studie wurde der Einfluss des Fasergehalts, der Verteilung und der Grenzflächenbindung von kurzen Kohlefasern (Cf) in Kupferverbundwerkstoffen, die mit der Rapid Field Assisted Sintering Method (FAST) hergestellt wurden, auf deren thermische und mechanische Eigenschaften sowie gegen Verschleiß untersucht. Um einheitliche Kompositausgangsstoffe zu erhalten, wurde gaszerstäubtes reines Kupferpulver mit zusätzlich 40 Vol.-% und 60 Vol.-% Kohlefasern mit einem 3D-Mischer hergestellt. Anschließend wurden die Mischungen im feldgestützten Sinterverfahren bei Temperaturen von 900 °C bis 940 °C gesintert. Mikroskopische Betrachtungen lassen erkennen, dass kurze Kohlenstofffasern eine zufällige Verteilung innerhalb der Matrix aufweisen, die eine kompatible Bindung mit der Kupfermatrix herstellt.
Ein erhöhter Volumenanteil von kurzen Carbonfasern führt zu einer signifikanten Verringerung sowohl der Wärmeleitfähigkeit als auch des Wärmeausdehnungskoeffizienten innerhalb der Verbundwerkstoffe, wie thermische Messungen mittels Dilatometer belegen. Die gesinterten Cf/Cu-Verbundwerkstoffe, die sowohl niedrigen (6 N) als auch hohen (20 N) Belastungen ausgesetzt waren, wiesen signifikant niedrigere Reibungskoeffizienten auf, wobei der niedrigste bei 0,2 lag, verglichen mit reinem Kupfer, das einen Koeffizienten von 0,45 aufwies. Die Verschleißraten stiegen jedoch im Gegensatz zu reinem Kupfermaterial nur bei hohen Lasten (20 N) und unter Kugel-auf-Scheiben-Bedingungen an. Die Abnahme der Tragfähigkeit von Carbonfasern mit zunehmender Verschleißbelastung hängt den Untersuchungen zufolge damit zusammen, dass der Verbundwerkstoff im Vergleich zu reinem Kupfer eine geringere Zugfestigkeit aufweist.
Reines Kupfer entwickelt lokalisierte oberflächennahe Gruben, während Komposite, insbesondere die 60 Vol.-% Kohlefaserverbundwerkstoffe, Korrosion erkennen lassen, die an der Faser-Matrix-Grenzfläche beginnt, mit der geringsten Korrosionsrate bei 25 °C. Der hergestellte und getestete Cf/Cu-Verbundwerkstoff zeigt Potenzial für den Einsatz unter Gleitverschleißbedingungen in Lagern oder Linearantrieben.
Vortrag von Dr. Ismail Özdemir, Chemnitz University of Technology, IWW
Nutzung der WAAM-Abscheidung bei Sphäroguss für die Wiederaufbereitung
Die Wiederaufbereitung ist in der Kreislaufwirtschaft von entscheidender Bedeutung, um Abfall zu reduzieren, zukünftige Werte zu schaffen und den Lebenszyklus der Produkte zu verlängern. In diesem Rahmen bietet die hohe Flexibilität additiver Fertigungsverfahren, insbesondere der Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), eine vielversprechende Möglichkeit. Dieses Verfahren bietet im Vergleich zu anderen Technologien hohe Abscheideraten, einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Investitionskosten. WAAM wird als direktes Energieabscheidungsverfahren auf der Grundlage des Schweißens klassifiziert, bei dem die schichtweise Abscheidung von Schweißnähten die Zugabe von unterschiedlichen Materialien zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Die Wiederaufbereitung von Bauteilen durch WAAM bringt jedoch neue Herausforderungen mit sich.
Da das Substrat Teil des additiv wiederaufbereiteten Bauteils ist, muss seine Schnittstelle die Anforderungen an eine tragfähige Schweißverbindung erfüllen. In diesem Zusammenhang hat die Überlappung der Schweißnähte während der WAAM-Abscheidung einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften des additiv gefertigten Bauteils hinsichtlich Rissbildung, Schmelzmangel und geometrischer Genauigkeit. Dieser Effekt wurde bisher nicht für Substrate mit schlechter Schweißbarkeit, wie zum Beispiel Sphäroguss, untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Überlappungsfaktor einer Eisen-
Nickel-Wulstschicht auf einem Gusseisensubstrat und einer durch WAAM abgeschiedenen Deckschicht aus hochlegiertem Stahl untersucht. Die Ergebnisse zeigten die erfolgreiche Abscheidung eines fehlerfreien, additiv gefertigten Multimaterialbauteils, das die Wiederaufbereitung von Sphärogussteilen ermöglicht.
Vortrag von Jorge Eduardo Tapia-Cabrera, Munich University of Technology
In-situ Herstellung von Dünnschichten auf Basis von Aluminium und Zink
Erarbeitet wurde eine Strategie für die prozessintegrierte Abscheidung von metallischen Sinter- oder Auftragslötschichten durch Blecherwärmung unter silandotiertem Argon. Zu diesem Zweck wurden korrosionsschützende Beschichtungen auf Basis von Aluminium und Zink entwickelt, die für eine Kurzzeiterwärmung auf dem eingesetzten Blechmaterial geeignet sind. Um eine sauerstofffreie Atmosphäre aufrechtzuerhalten, wurde zunächst ein Prüfstand entwickelt, der kontinuierlich mit Schutzgas geflutet werden kann.
Die eingesetzte Argonatmosphäre ermöglicht die Reduzierung der Blechoberfläche während des Erhitzens als Voraussetzung für die metallurgische Verbindung des aufgetragenen Materials. Im ersten Schritt wurde das Blech mit einer Aluminiumfolie überzogen, die nach dem Schmelzen eine geschlossene Schicht auf der Oberfläche bildete, bevor im zweiten Schritt die gewünschte Interdiffusion zwischen Substrat und Schicht erfolgte. Um die Kinetik der Schichtbildung zu bestimmen, wurde der Temperatur-Zeit-Verlauf der Wärmebehandlung variiert und die erfolgte Diffusion durch Untersuchungen mittels Mikroskopie bestätigt.
Vortrag von Alexander Schnettger, University Hannover
Prozesssteuerung für das Ultraschall-Metallschweißen von Aluminiumdrähten für Fahrzeuge
Das Ultraschall-Metallschweißen (USMW) ist eine Technologie zur Herstellung von massiven Verbindungen für elektrische Steckverbinder, wie zum Beispiel Drähte und Klemmen. Mit der fortschreitenden Substitution von Kupfer durch Aluminium in Leitern zur Gewichtseinsparung in Fahrzeugen eignet sich das Ultraschall-Metallschweißen für Anwendungen unter anderem in der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrt; allerdings fehlt dafür eine geeignete Prozessüberwachung. Derzeit stützt sich die industrielle Prozessüberwachung auf probenbasierte zerstörende Prüfungen. Die Überwachung von allen Verbindungen und die Vermeidung von Fehlalarmen ist mit dieser Methode nicht möglich, was zu erheblichem Pseudoausschuss und unentdeckten fehlerhaften Schweißnähten führt.
Zur Verbesserung der Situation wurde die Entwicklung eines Systems zur Prozessüberwachung mit Hilfe von maschinellem Lernen (ML) zur Analyse von USMW-Maschinendaten durchgeführt. Hierbei wird die Schweißqualität auf Grundlage von Daten klassifiziert und so werden Ausschuss- und Pseudoausschussraten reduziert. Die Arbeit umfasst die Generierung von Trainingsdaten für Schweißfehler, die Konfiguration einer Ultraschallschweißmaschine für die Datenerfassung und die Bewertung von Methoden des maschinellen Lernens für eine genaue Klassifizierung. Vorläufige Ergebnisse deuten auf eine Genauigkeit von 99,8 % hin, was die Zuverlässigkeit und Effizienz des Ultraschallschweißens erhöht.
Vortrag von Dr. Andreas Gester, Chemnitz University of Technology, IWW
Wärmebehandelbarkeit von AlSi10Mg nach additiver Fertigung durch pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laserstrahl
Die Aluminiumlegierung AlSi10Mg ist durch ihre guten Verarbeitungseigenschaften ein Standardwerkstoff für die additive Fertigung durch pulverbettbasiertes Schmelzen mittels Laserstrahl (PBF-LB/M). Ihre chemische Zusammensetzung im Zustandsdiagramm Al-Si-Mg erlaubt eine Festigkeitssteigerung durch das Wärmebehandlungsverfahren Ausscheidungshärten, das aus den Teilschritten Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern besteht. Dadurch werden nanoskalige Ausscheidungen erzeugt, die das Versetzungsgleiten behindern (Teilchenverfestigung). Die rasche Erstarrung während PBF-LB/M ermöglicht im Prinzip ein direktes Warmauslagern ohne erneutes Lösungsglühen und Abschrecken. Bei genauerer Betrachtung wird die thermische Historie eines PBF-LB/M-Bauteils und damit seine Wärmebehandelbarkeit aber durch zahlreiche Prozessparameter beeinflusst.
Vortrag von Prof. Olaf Keßler, Rostock University
Titanaluminid durch In-situ-Legierung mittels Laserauftragsschweißen
Titanwerkstoffe zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, moderate Dichte, hohe Festigkeit und Materialhärte aus. Die hohen Materialpreise in Kombination mit der Verfügbarkeit von Titan haben in der Vergangenheit zur Entwicklung neuer Titan-Eisen-Legierungen geführt um die Materialkosten zu senken und gleichzeitig die guten Eigenschaften von Titanwerkstoffen zu erhalten. Ein neu entwickeltes drahtbasiertes Laserauftragschweißen (DED-LB-w) eignet sich für die In-situ Herstellung unter Vakuum von großformatigen Bauteilen aus Titan-Eisen.
Mit dem entwickelten Verfahren wurden hohe Aufbauraten von bis zu 1 kg/h für die additive Fertigung verschiedener Titan-Eisen-Legierungen erreicht. Das neue Verfahren wurde unter Vorvakuum (< 10-3 mbar) durchgeführt, um die Sauerstoffaufnahme zu minimieren. Der Sauerstoffgehalt in den gedruckten Bauteilen liegt unter 200 ppm. Das Verfahren wird mit dem Vorwärmen der Drähte und dem Erhitzen des Substrats auf bis zu 800 °C kombiniert, um Rissbildung zu vermeiden.
Vortrag von Jonas Wölfel, Neue Materialien Bayreuth
Mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur additiv gefertigter hochfester Stahlbauteile
Hochfeste Feinkornbaustähle bieten großes Potenzial für gewichtsoptimierte, effiziente Strukturen im Stahlbau. Durch den Einsatz von Stählen mit erhöhten Streckgrenzen (≥ 690 MPa) können Wanddicken reduziert und damit Gewicht und Kosten eingespart werden. Die Nutzung bionischer Bauweisen ermöglicht eine weitere Effizienzsteigerung und führt oft zu komplexen Geometrien, die mit additiven Fertigungstechniken wie DED-Arc wirtschaftlicher realisiert werden können. Durch endkonturnahe Herstellung entfallen zudem kostenintensive Bearbeitungsschritte. Trotz der Verfügbarkeit hochfester Zusatzwerkstoffe fehlt es jedoch an quantitativen Erkenntnissen zu den schweißbedingten Beanspruchungen und zur Bauteilsicherheit, was den industriellen Einsatz limitiert.
Speziell prozessbedingte Einflüsse, hohe Zugeigenspannungen und die Gefahr von Kaltrissen erfordern ein fundiertes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Schweißprozess und Metallurgie, um Bauteilversagen zu vermeiden. Daher wurden in einer Studie die mechanisch- technologischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von additiv gefertigten Wänden untersucht. Die Wände wurden aus einem modifizierten hochfesten Zusatzwerkstoff G79 mittels DED-Arc gefertigt. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften wurden durch Zugversuche und Kerbschlagbiegeprüfung, der Härte nach Vickers und das Gefüge durch Lichtmikroskopie, REM und EBSD bestimmt.
Es zeigte sich eine feine martensitische Mikrostruktur. Die Zugversuche wurden an Proben in Schweißrichtung und in Aufbaurichtung durchgeführt. Es wurde keine signifikante Abhängigkeit der Zugfestigkeit und der Dehngrenze von der Prüfrichtung festgestellt. Der Kerbschlagbiegeversuch zeigte eine rein plastische Verformung der Proben bei -60 °C.
Vortrag von Karsten Wandtke, BAM Berlin
Adaptive additive Fertigung
Die Verfügbarkeit hybrider Fertigungsanlagen, welche sowohl einen additiven Prozessschritt, wie beispielsweise MSG-Schweißen, als auch einen subtraktiven Prozessschritt wie Fräsen in einer Aufspannung durchführen können, ermöglicht eine Korrektur von geometrischen Abweichungen additiv gefertigter Bauteile während des Bauprozesses. In der lichtbogenbasierten additiven Fertigung (DED-arc) findet diese Korrektur derzeit präventiv in einer statischen Abfolge von additiven und subtraktiven Prozessschritten Anwendung. Eine Überwachung des Baufortschritts durch die Fertigungsanlage selbst und somit eine vom Ist-Zustand abhängige Korrektur erfolgt dabei nicht.
Durch die Einführung von Gütekriterien in Kombination mit einem überwachten Fertigungsprozess soll eine Bewertungsgrundlage geschaffen werden, um den Fertigungsprozess adaptiv gestalten zu können. Das Ziel besteht darin, den subtraktiven Prozessschritt selektiv einzusetzen und nur im Bedarfsfall an den erforderlichen Stellen einen Materialabtrag vorzunehmen. Dazu wird nach jeder aufgetragenen Lage durch Vermessung der Oberfläche eine 3D-Punktwolke erzeugt und anhand dieser entschieden, ob und an welchen Stellen subtraktiv eingegriffen werden muss. Verbesserungen sollen durch die Integration eines 3D-Oberflächenmesssystems in eine hybride Fertigungsanlage auf Basis eines Pentapods ermöglicht werden sowie durch die Erzeugung und Auswertung der damit generierten Punktwolke.
Vortrag von Matthias Schäfer, Dresden University
Schweißen und Löten
Beurteilung der Schweißeignung hochfester Feinkornbaustähle unter Berücksichtigung der Herstellrouten
Ein Schweißprozess führt zwangsläufig zu einer thermischen Beeinflussung des Grundmaterials im Bereich der Schweißnaht. Bei hochfesten Feinkornbaustählen kann dies zu kritischen Zuständen der mechanisch-technologischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs führen. In der Praxis wird zur Bewertung der Schweißeignung von unlegierten und niedriglegierten Stählen das Kohlenstoffäquivalent (CE) genutzt, das jedoch wichtige Faktoren wie Mikrolegierungskonzepte und spezifische Herstellungsrouten vernachlässigt. Da unterschiedliche Verfestigungsmechanismen nach einem Wärmeeintrag variabel erhalten bleiben, ist der CE-Wert für hochfeste Feinkornbaustähle nur begrenzt aussagekräftig.
Zur Untersuchung dieser Einflüsse wurden thermophysikalische Simulationen am Dilatometer Bähr DIL 805 A/D/T für niedriglegierte vergütete (Q-Stähle) und thermomechanisch gewalzte Stähle (M-Stähle) mit Streckgrenzen von 500 MPa bis 1300 MPa durchgeführt. Auf Basis des Thermoprofils beim MSG-Schweißen wurden Temperatur-Zeit-Zyklen für typische Mikrostrukturbereiche der Wärmeeinflusszone mit Maximaltemperaturen von 1200 °C, 1000 °C und 800 °C und Abkühlzeiten (t8/5) zwischen 5 s und 25 s nachgebildet. Die Bewertung von Eigenschaftsveränderungen wurde anhand von Zugversuchen, Härtemessungen und mikroskopischen Untersuchungen durchgeführt.
Die Ergebnisse belegen den signifikanten Einfluss des Wärmeeintrags auf die mechanischen und strukturellen Eigenschaften und zeigen herstellungsbedingte Unterschiede der Stahltypen (Q & M) auf. Festigkeitsverluste bis zu 30 % und Härtezunahmen bis zu 40 % beeinflussen das Eigenschaftsprofil je nach Abkühlbedingung erheblich und führten teils zu Unterschreitungen der Mindestfestigkeit und Überschreitungen der Grenzhärte. Für hochfeste Feinkornbaustähle wurde daher ein neuer Bewertungsansatz entwickelt, der die spezifischen Herstellungsrouten einbezieht, um deren Schweißeignung zuverlässiger zu bewerten.
Vortrag von Martin Neumann, Chemnitz University of Technology, Welding Engineering Group
Einfluss von Prozesskraft und Zwischenschichten auf die Festigkeit von Diffusionsverbindungen
Der Fügemechanismus beim Diffusionsschweißen beruht auf der Bewegung von Atomen über die Kontaktflächen der Fügepartner bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur. Die Bindung wird im festen Zustand unter dem Einfluss einer Prozesskraft über einen definierten Zeitraum gebildet, in der Regel in einer inerten Atmosphäre. Je nach Werkstoff wird die erzielbare Verbindungsfestigkeit neben den Standardparametern Fügetemperatur, Haltezeit und Prozesskraft auch durch die Oberflächenbeschaffenheit und mögliche Zwischenschichten entscheidend beeinflusst.
Bei der Entwicklung geeigneter Verfahrenstechnologien zum Fügen von Werkstoffen oder Werkstoffkombinationen geht es darum, ein gewünschtes Eigenschaftsprofil der Verbindung zu erzeugen, die Prozessstabilität und die Reproduzierbarkeit zu gewährleisten sowie eine Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Vor diesem Hintergrund zielen die Weiterentwicklungen im diffusionsbasierten Fügen darauf ab, mit niedrigen Prozesszeiten, Temperaturen und Kräften zu arbeiten, um die Werkstoffe mit minimaler Schädigung zu bearbeiten und Verbindungsfestigkeiten zu erreichen, die mit denen konventioneller Verfahren vergleichbar sind. Mit diesem Ziel wurde ein Engineering-Konzept für die Aufbringung von dynamisch modulierten Prozesskräften erarbeitet.
Der Einfluss einer pulsierenden Prozesskraft und mikro- und nanoskaliger Zwischenschichten auf die Fügefestigkeit wird am Beispiel des unlegierten Vergütungsstahls C45 (1.0503) und des austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahls X2CrNiMo17-12-2 (1.4404) demonstriert. Die höchsten Zugfestigkeitswerte wurden bei einer Fügetemperatur von 950 °C, einer Flächenpressung von 10 N/mm2 und einer Haltezeit von 600 Sekunden erreicht, mit einem Prozentwert von mehr als 90 % im Vergleich zum wärmebehandelten Grundwerkstoff. Durch den Einsatz einer dynamisch modulierten Prozesskraft können Zugfestigkeiten von mehr als 80 % des Grundwerkstoffs bei einer auf 750 °C reduzierten Fügetemperatur, einer Flächenpressung von 30 N/mm2 und einer identischen Haltezeit erreicht werden. Dies führte zu deutlich erhöhten Werten im Vergleich zu denen, die mit einer statisch aufgebrachten Prozesskraft erzielt wurden.
Vortrag von Holger Letsch, Chemnitz University of Technology, Welding Engineering Group
Einfluss von Verschmutzung und Passivierung auf die Ultraschallschweißleistung von Aluminiumlitzen
Das Ultraschall-Metallschweißen (USMW) ist eine Technologie des Festkörperschweißens, die vor allem in elektrischen und elektronischen Anwendungen eingesetzt wird, unter anderem für die Verbindungen von Aluminiumdrähten für Automobile. Von der Herstellung bis zum Schweißprozess sind Aluminiumlitzen zahlreichen potentiellen Einflüssen ausgesetzt, die sich auf ihren Endzustand und ihre Schweißqualität auswirken, wie zum Beispiel die zeitabhängige Bildung von Oxidschichten und Verschmutzungen während der Herstellung, des Transports und der Lagerung. Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf den Einfluss von Verschmutzungen und Oxidschichteigenschaften auf die Ultraschallschweißqualität von Aluminiumlitzen nach EN AW-1070.
Für durchgeführte Untersuchungen werden die Drähte systematisch unter verschiedenen Umgebungsbedingungen gelagert, um den Einfluss von Kontaminationsquellen (Temperatur, Feuchtigkeit, Degradation der Isolationsmaterialien) auf die Schweißqualität zu untersuchen. Der Schlupf zwischen den einzelnen Litzen in der Anfangsschweißstufe führt dazu, dass die Litzen in der Ebene parallel zur Schwingungsrichtung nicht mehr verbunden werden und damit die mechanischen Eigenschaften nach dem Schweißen gering sind. Signifikante Unterschiede in den Schweißkurven nach der Lagerung wurden bei Proben mit geringen mechanischen Eigenschaften erzielt. Studien haben gezeigt, dass Feuchtigkeit und Lagertemperatur entscheidende Faktoren für die Eigenschaften nach dem Schweißen sind.
Vortrag von Dr. Jiyong Kim, Fraunhofer IAP, Potsdam
Eisenaluminide für den Verschleißschutz
Eine Vielzahl von Verschleißschutzbeschichtungen beinhalten Nickel und Kobalt. Es wird nötig, den Einsatz von Kobalt und Nickel aufgrund steigender Kosten und begrenzter Verfügbarkeit möglichst zu vermeiden. Das Ziel besteht in der Entwicklung einer Verschleißschutzbeschichtung, welche keine Bestandteile an Nickel und Kobalt aufweist. Die genannten Elemente sollen durch kostengünstigere wie Eisen und Aluminium ersetzt werden.
Eisenaluminide weisen das Potenzial auf, einen ausreichenden Verschleißschutz zu ermöglichen. Unter Einsatz des Plasma-Pulverauftragsschweißens ist es möglich, eine Verschleißbeschichtung aus Eisenaluminid auf Stahl aufzubringen. Durch die genaue Steuerung der Vorwärmtemperatur und des Abkühlprozesses kann eine rissfreie Verschleißschutzschicht gewährleistet werden. Die Elemente Eisen und Aluminium sind für sich genommen nicht ausreichend, um eine qualitativ hochwertige Verschleißschutzbeschichtung zu erhalten. Daher ist auf den Einfluss von zusätzlichen Legierungselementen neben Eisen und Aluminium auf die Mikrostruktur sowie die Prozessierbarkeit und die Verschleißeigenschaften zu achten.
Vortrag von Kai Treutler, Chemnitz University of Technology, Lightweight Structures / Polymer Technology Group
