TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Pokhmurska, Hanna A1 - Lampke, Thomas A1 - Pelz, Andreas A1 - Pfeiffer, Frank T1 - Study on abrasion wear resistance of arc sprayed iron based composite coatings with oxide ceramic particles T2 - ITSC 2014 - International Thermal Spray Conference & Exposition, Barcelona, 2014 N2 - In the present paper the results of the investigations on the improvement of the wettability between the oxide ceramic particles (SiO2 and AlZrO2) and the iron-based matrix are presented. As a possible way to overcome this problem, the deposition of thin metal bonding layer (for example, Ti) on the surface of the ceramic particles by means of PVD-method was suggested. For this purpose, novel technical solutions for deposition of the PVD-coating on the loose ceramic particles have been elaborated. The cored wires with the diameter of 1.6 mm in low alloyed steel sheath have been fabricated utilizing the PVD-coated hard particles as filling powders. Arc-spraying was carried out with the optimized spraying parameters. The microstructure and worn surface morphologies of the coatings were observed by means of optical and scanning electron microscopy. The coatings demonstrated the excellent abrasive wear resistance. Wear mechanisms have been discussed as well. KW - arc sprayed iron based composite coatings KW - oxide ceramic particles KW - wear resistance Y1 - 2014 UR - https://www.dvs-ev.de/call4papers/abstract.cfm?pid=3883&vid=69&show=poster UR - https://www.dvs-ev.de/call4papers/postersessionsITSC2014.cfm?vid=69 ER - TY - CHAP A1 - Rosert, Reinhard A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Herrmann, Jörg T1 - Fülldrahtelektroden - Stand des technischen Wissens - T2 - 10. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Halle (Saale), 25. - 26. Juni 2014 N2 - Dieser Beitrag liefert einen Überblick über die Ergebnisse von Arbeiten, welche von den Mitgliedern der Arbeitsgruppe V2.7 des DVS e.V. mit dem Ziel geleistet wurden, Fülldrähte als Zusatzwerkstoffe für die Herstellung von Verbindungen und Beschichtungen sicher und erfolgreich nutzen zu können. Hierzu gehören Arbeiten zur Verdeutlichung des Aufbaus, der Klassifikation sowie der Verarbeitbarkeit von Fülldrähten. Es werden Kenntnisse der Hersteller, der Anwender und von Forschungseinrichtungen zusammengefasst dargestellt. Ein breites Anwendungsgebiet der Fülldrahtelektroden betrifft die Herstellung verschleißbeständiger Beschichtungen. Fülldrahtelektroden sind sowohl für das Spritzen als auch für das Auftragsschweißen geeignet. Es wurden Merkblätter mit dem Ziel erarbeitet, dem Anwender Unterstützung für die Wahl eines für die konkrete Anwendung geeigneten Fülldrahtes zu liefern. Erarbeitete Merkblätter und Normen zur Nutzung von Fülldrähten werden präsentiert. Ausbildungsunterlagen zum Verbindungsschweißen von un- und niedrig legierten Werkstoffen mittels Fülldrahtelektroden sind erarbeitet, Diese Ausbildungsunterlagen werden weiterführend durch die Unterlagen zum Auftragsschweißen mit Fülldrahtelektroden ergänzt. Y1 - 2014 SP - 18 EP - 25 PB - DVS-Verl. CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Franz, Roland ED - Wielage, Bernhard T1 - Vergleichende Verschleißuntersuchungen von dynamisch und gleitend beanspruchten, eisenbasierten Verbundschichtungen mit eingelagerten keramischen Hartstoffen T2 - Werkstoffe und Werkstofftechnische Anwendungen, Tagungsband zum 17. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2014 N2 - Die Integration von Hartstoffen in Verschleißschutzschichten wird herkömmlich dann vorgenommen, wenn die Größe angreifender Abrasive die Geometrie in situ gebildeter Hartphasen überschreitet. Es wird davon ausgegangen, dass die Verschleißspur vom Hartstoff unterbrochen wird. Dies gelingt, wenn die Härte des Hartstoffs größer ist als die Härte des angreifenden Abrasivs. Unbeachtet bleiben bei diesen Betrachtungen die Art der Einbettung des Hartstoffes und seine Zähigkeit. Beide Aspekte können durch eine dynamische Beanspruchung der Schicht gut beurteilt werden. Vergleichende Verschleißuntersuchungen liefern bei Variation der Beanspruchung, des Hartstoffgehaltes, der Hartstoffart und der Eigenschaften der Verbindung zwischen Matrix und Hartstoff Hinweise auf die Eignung partikelverstärkter Verschleißschutzschichten. Alternativ zu konventionellen Hartstoffen auf WxCy-Basis werden in den Beschichtungen Oxide als Hartstoffe eingebettet und der Verschleißwiderstand bei Variation der Beanspruchungsart bestimmt. Eine Oberflächenanalyse gestattet es, die Wirkungen der eingebetteten Hartstoffe infolge der Verschleißbeanspruchung zu beurteilen. Es werden Schlussfolgerungen zur Eignung eisenbasierter Verbundschichten mit eingelagerten keramischen Hartstoffen bei dynamischer Belastung abgeleitet. KW - Hartstoffe KW - partikelverstärkte Verschleißschutzschichten KW - Verschleißuntersuchungen Y1 - 2014 SN - 978-3-00-046877-3 SP - 113 EP - 121 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Rentrop, Sebastian A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Metallschutzgas-Löten beschichteter Stahl-Feinbleche mit Al-Basis-Zusatzwerkstoffen T1 - Brazing of coated thin steel sheets under a metal inert protective gas with the use of Al based filler metal T2 - Tagungsband zum 18. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz, 10. und 11. März 2016 N2 - Auf der Grundlage chemisch-metallurgischer Untersuchungen sowie technologischer Entwicklungen wurde ein Aluminium-Basis-Schweißzusatzwerkstoff mit dem Ziel entwickelt, ihn für die Herstellung von Stahl-Stahl-Verbindungen zu nutzen. Die gegenüber der Anwendung konventioneller Cu-Basis-Lote deutlich geringeren Fügetemperaturen und die sich daraus ableitenden Vorteile hinsichtlich der Bauteilgeometrie und dem Verzug werden vorgestellt. Hinzu kommt eine deutlich geringere Masse in der Fügezone, womit die Ambitionen nach Leichtbau unterstützt werden. Die in der Fügezone zu erwartenden spröden Phasen, infolge der Kontaktierung des flüssigen Al-Zusatzwerkstoffes mit dem Stahlteil, sind durch die Anwendung geregelter Kurzlichtbogenprozesse in einer Kombination mit der Wechselstromtechnologie zu begrenzen. Metallografische Untersuchungen bestätigen dies. Die Lötparameter sind für die üblichen Blechdicken bis 1,5 mm und die üblichen Beschichtungsvarianten ermittelt. Es werden Ergebnisse zur Spaltüberbrückbarkeit und dem Versatz vorgestellt. Die Lötgeschwindigkeiten sind abhängig von den gewünschten Verbindungseigenschaften und liegen im Bereich von 0,30 bis 1,2 m/min. Eine teilmechanisierte Verbindungsherstellung ist zu empfehlen. Die Untersuchungen zur Anwendung des entwickelten Zusatzwerkstoffes sind komplettiert durch die Herstellung von Aluminium-Aluminium-Verbindungen sowie von Mischverbindungen Aluminium-Stahl. Die Beurteilung der neu entwickelten Legierung für die Herstellung von Aluminium-Aluminium-Schweißverbindungen erfolgt vergleichend zu konventionell am Markt erhältlichen Qualitäten - wie dem AlSi5 (A) und dem AlMg5 Cr (A). Als Beurteilungskriterien fungieren, neben der Prozessstabilität, auch die einstellbaren mechanischen Verbindungseigenschaften. Besondere Aufmerksamkeit kommt der schlagartigen Belastung von Verbindungen zu. Die Anwendbarkeit der entwickelten Al-Basis-Legierung für die Herstellung von Mischverbindungen Aluminium-Stahl wurde geprüft und beurteilt. Die für ihre Anwendung geeigneten technologischen Parameter werden vorgestellt. Es werden Scherzugfestigkeiten bis ca. 200 MPa registriert. N2 - On the base of chemical-metallurgical studies and technological development an aluminium-based filler metal was designed with the objective of using it for construction of steel-steel connections. The, adverse to conventional CU-based filler metal, considerably lower joining temperature and the resulting advantages considering construction element geometry and distortion are presented. Additionally, a marked lower mass in the joining zone, whereby the ambitions in lightweight construction is supported, results. The brittle phases in the joining zone which are to be expected due to contact of liquid Al-filler metal with steel, are to be limited by regulated short arc processes in combination with alternating current technology. Metallographic examinations confirm that. Brazing parameters are determined for common sheet thicknesses up to 1,5 mm and common coating variants. Results on bridging and misalignment are presented. Brazing speed is dependent on the desired characteristics of the joint and is in the range of 0,30 to 1,2 m/min. A partially mechanized establishment of a junction is recommended. Investigations of employment of the developed filler metal are completed by construction of Aluminium-Aluminium-Joints and mixed joints Aluminium-Steel. Assessment of the newly developed alloy for the production of Aluminium-Aluminium- welded connections is performed in comparison to conventionally commercial off-the-shelf qualities like AlSi5(A) and AlMg5Cr(A). As assessment criteria, besides process stability, serve mechanically adjustable joint characteristics. Special attention is drawn to abrupt stress on the joints. Applicability of the developed Al-basis-alloy for production of mixed joints Aluminium-Steel was tested and assessed. Technological parameters for their implementation are presented. Shear tensile strength up to ca. 200 MPa is registered. KW - Metallschutzgas-Löten KW - Aluminium-Basis-Schweißzusatzwerkstoff KW - Mischverbindungen Y1 - 2016 SN - 978-3-00-052212-3 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Werkstoffwissenschaft und Wertstofftechnik CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Rosert, Reinhard A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Herrmann, Jörg A1 - Stenzel, Peter T1 - Fülldrahtelektroden - Anwendungsempfehlungen für Beschichtungen T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, 11. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Halle (Saale), 2016 N2 - Dieser Beitrag liefert einen Überblick über die Ergebnisse von Arbeiten, welche von den Mitgliedern der Arbeitsgruppe AG V 2.7 des Ausschuss für Technik (AfT) im Deutschen Verband für Schweißen und verwandte Verfahren (DVS e.V.) geleistet wurden. Es werden Informationen zum Aufbau, der Kennzeichnung, der chemischen Konfiguration und der Anwendung von Fülldrahtelektroden, die für das Auftragschweißen, das Puffern, das formgebende Schweißen oder auch für die additive Fertigung benutzt werden, vorgestellt. Die Ausführungen betreffen selbstschützende Fülldrahtelektroden. Die Herstellung und Nutzung dieser Fülldrahtelektroden steht im Fokus dieser Arbeit. Hinzu kommen Ausführungen zu Unregelmäßigkeiten, die den Praktiker dabei unterstützen sollen, eine Beurteilung von auftraggeschweißten Beschichtungen durchzuführen. Hinweise zur Vermeidung von Unregelmäßigkeiten helfen dem Beschichter, die Qualität zu verbessern. Die hier vorgestellten Ergebnisse sind in den DVS-Merkblättern 0941-6 und 0945-2 berücksichtigt. Es handelt sich um grundlegendes Wissen. Erst auf dieser Basis wird es möglich, Beschichtungen auf hohem technischen Niveau herzustellen. Um das erlangte Niveau kontinuierlich zu verbessern, bedarf es der Verbreitung des vorhandenen Wissens und der Erkenntniserweiterung. Hierzu gehören auch die weiteren Aktivitäten der Mitglieder der AG V 2.7, wie die Erstellung von Ausbildungsunterlagen KW - Fülldrahtelektroden KW - Auftragschweißen Y1 - 2016 SP - 18 EP - 26 PB - DVS-Verlag CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Krüger, David A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin T1 - Punktuelle Faserverbund-Metall-Verbindungen und deren Prüfung T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Der konsequente Leichtbau bedingt die Anwendung von Werkstoffen differierender Eigenschaften, es ergeben sich Multimaterialkonzepte. Die Umsetzung dieser Konzepte erfordert allerdings tragfähige Verbindungen. Gute Voraussetzungen hierfür bietet die mechanische Fügetechnik, da z.B. differierende thermische Eigenschaften der Grundwerkstoffe gut kompensiert werden können. Allerdings setzt ihre Anwendung eine Verformbarkeit der zu verbindenden Teile in der Fügestelle voraus. Die Verformbarkeit ist bei den Faserverbundwerkstoffen nur begrenzt gegeben. Aus diesem Grund wurden Möglichkeiten der thermischen und thermo-mechanischen Vorbehandlung der Fügestelle mit dem Ziel untersucht, hoch belastbare punktuelle Verbindungen herzustellen. Neben konventionellen Energiequellen, wie erwärmte Gase, der Induktion und der Widerstandserwärmung, wurden bei den durchgeführten Untersuchungen Laser berücksichtigt. Auch Varianten der mechanischen und thermische Verfahren wie das thermisch unterstützte Vorlochen wurden hinsichtlich der Erzielung hoher Verbindungsfestigkeiten untersucht. Durch die thermo-mechanische Vorbehandlung der Fügestelle konnte eine Verdopplung der für die Zerstörung der Verbindung notwendigen Scherzugkräfte gegenüber den konventionellen stanzgenieteten Verbindungen erzielt werden. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Verbindungen wurden mit dem Ziel der Beurteilung der benutzten Verbindungstechnologie bestimmt. Metallografische Untersuchungen helfen, das Ergebnis der mechanischen Prüfungen besser zu verstehen. Schlussendlich wurden Korrosionsuntersuchungen durchgeführt. Zur Anwendung kamen dabei auch beschichtete Verbindungselemente. Neben der visuellen Prüfung der Korrosionsbeständigkeit wurden in der Beurteilung auch Veränderungen der mechanischen Verbindungseigenschaften berücksichtigt. Das Ergebnis der durchgeführten Untersuchungen ist eine Technologie, mit welcher reproduzierbar Verbindungen hergestellt werden können. KW - Faserverbundwerkstoffe KW - Faserverbund-Metall-Verbindungen KW - Verbindungstechnologie Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 469 EP - 476 PB - Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Krüger, David A1 - Schütte, Philipp A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Werkstoffe und Werkstoffkombinationen für das punktuelle Verbinden von Aluminium T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Die Herstellung punktueller Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium (Al) mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Diffusionsprozesse beeinflussen die Oberflächen der Elektroden, was wiederum eine Änderung der Schweißpunkteigenschaften bedeutet, so dass bereits nach der Herstellung weniger Verbindungen Nacharbeiten an der Elektrode notwendig werden. Eine Möglichkeit diese Reaktionen zu reduzieren, wird in der Berücksichtigung von Elektrodenwerkstoffen erwartet, deren Affinität zu Al gering ist. Neben diesem Kriterium müssen jedoch auch die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Werkstoffe bei der Auswahl berücksichtigt werden. Hinzu kommt, dass eine sichere und effektiv herzustellende Verbindung zum Elektrodenwerkstoff Kupfer erforderlich ist. Als Ergebnis der Überprüfung und Wichtung der elektrischen und thermischen Eigenschaften technisch interessanter Werkstoffe unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte wurden in den durchgeführten Untersuchungen die Werkstoffe Grafit, Wolfram und Molybdän berücksichtigt. Zusätzlich erfolgte die Überprüfung PVD-beschichteter Cu-Elektroden. Mittels Langzeituntersuchungen sind Angaben zur Eignung der Werkstoffe realisiert. Eine sehr große Herausforderung betraf die Herstellung von Verbindungen zwischen den nicht bzw. kaum mit Al reagierenden Werkstoffen und dem Cu der Punktschweißelektroden. Das Kondensatorentladungsschweißen konnte hierfür qualifiziert werden. Es wurden die Parameter ermittelt, mit denen sichere Verbindungen innerhalb extrem kurzer Zeit hergestellt werden können. Im Gegensatz zum Löten oder Umgießen handelt es sich um einen sehr effektiven Prozess mit hohem Potenzial für die Massenfertigung. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen sind eine gute Voraussetzung dafür, eine Vervielfachung der Anzahl gleichartiger Punkte setzen zu können und somit die Leichtbaubestrebungen zu unterstützen. KW - Widerstandspunktschweißen KW - Elektrodenwerkstoffe KW - Wolfram Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 258 EP - 269 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Kilian, Andrè A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Löten von Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Der konsequente Leichtbau ist eine zwingende Voraussetzung, um den wachsenden gesellschaftlichen Erwartungen an Energieeffizienz, Klimaschutz, Kraftstoffverbrauch, Komfort und Nachhaltigkeit zu entsprechen. Mit den entwickelten Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen existieren neue Werkstoffe, welche ein hohes Leichtbaupotenzial aufweisen. Diese Werkstoffe gestatten es dem Endanwender – der Mobilität produzierenden Industrie –, mit vorgefertigten Leichtbauverbundwerkstoffen zu arbeiten. Diese neuen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe intelligent zu nutzen, erfordert geeignete Fügetechnologien. Das tragfähige Verbinden von Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen unter Beibehaltung des Multimaterialkonzeptes wird zum zentralen Baustein der Realisierung von Leichtbau. Werden zusätzlich Ziele wie Fügegeschwindigkeiten von 4 m/min, unmittelbare Weiterverarbeitung der gefügten Teile, keine negative Beeinflussung des Stahl-Kunststoff-Verbundes, metallische und dichte Verbindungen, Prozesssicherheit und höchste ästhetische Zielstellungen formuliert, bedarf es der Entwicklung einer neuen Fügetechnologie. Konventionelle thermische Verfahren wurden überprüft und als nur begrenzt anwendbar beurteilt. Es ist notwendig, die z. Zt. minimale thermische Prozessenergie um ca. 2/3 zu reduzieren. Dies gelingt durch die energetische Trennung des Lotaufschmelzprozesses vom Bauteilaktivierungsprozess. Unabhängig davon muss mit niedrig schmelzenden Loten auf Sn-Zn-Basis gearbeitet werden. Die Aktivierung der Oberfläche der zu verbindenden Substrate kann mit Flussmitteln, aber auch mittels Laserstrahlung erfolgen. Auch Lichtbögen wurden untersucht. Diese können jedoch in dem angestrebten Geschwindigkeitsbereich nicht prozesssicher benutzt werden. Am Beispiel der Herstellung von Bördelnähten wird die Anwendbarkeit des Flüssigkeitsstrahllötens mit Laserunterstützung vorgestellt. Werden die Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe an massive Teile gelötet, muss zusätzlich die differierende Wärmeleitung berücksichtigt werden. Dieser Einfluss wird bei der Positionierung der beiden Energiequellen beachtet. Die Eigenschaften der hergestellten Verbindungen wurden physikalisch und metallografisch bewertet. Eine Methode der Beurteilung von Delaminationen war zu entwickeln. KW - Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoff KW - Flüssigkeitsstrahllöten Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 247 EP - 257 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Punktuelle Magnesium-Aluminium-Verbindungen T2 - Tagungsband zum 19. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz 16.03.-17.03.2017, Chemnitz 2017 N2 - Leichtbau mit Multimaterialsystemen erfordert stets ein tragfähiges Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe. Die Auswahl eines Fügeverfahrens erfolgt dabei vordergründig auf der Basis der Werkstoff- und der angestrebten Verbindungseigenschaften. Die begrenzte Mischbarkeit der Werkstoffe Aluminium und Magnesium im schmelzflüssigen Zustand verursacht technologische Schwierigkeiten bei der Anwendung der thermischen Fügetechnik. Aus diesem Grund wurde für die Herstellung punktueller Verbindungen von Magnesium mit Aluminium ein thermo-mechanisches Fügeverfahren entwickelt. Basierend auf dem Verfahren Clinchen sind die notwendigen thermischen Bedingungen erarbeitet worden, um belastbare punktuelle Verbindungen zu erzeugen. Während viele Aluminiumsorten -begründet durch die Gitterstruktur - sehr gut umformbar und somit für die Herstellung von Verbindungen mittels Clinchen gut geeignet sind, ist dies bei Magnesium nicht so. Die hexagonale Gitterstruktur erfordert eine ausreichende Erwärmung der Verbindungsstelle vor dem Fügen. Dies allein genügt jedoch nicht, da die sehr gute Wärmeleitung des Fügewerkzeuges die zugeführte Energie sehr schnell wieder abführt. Somit ist zusätzlich eine Vorwärmung der Werkzeuge zwingend. Die thermischen Bedingungen wurden zunächst mit dem Ziel der Reduzierung des Versuchsaufwandes simuliert. Das Modell ist versuchstechnisch validiert. Die thermischen Bedingungen am Bauteil und am Werkzeug wurden mit dem Ziel der Einstellung hoher Verbindungsfestigkeiten variiert. Als Optimierungskriterium wurde die Scherzugfestigkeit definiert. Um die Erwärmung der beiden Werkstoffe sowie des Werkzeuges reproduzierbar zu gestalten, erwies sich eine Kombination von joulescher- und induktiver Erwärmung als sinnvoll. Die messtechnische Erfassung der Bauteiltemperatur erfolgte, um schlussendlich die zeitliche Wirkung der Induktorleistung bei definierter Position zum Bauteil als Kriterium der zugeführten thermischen Energie nutzen zu können. Eine Anpassung der Werkzeuggeometrie und der Bewegungsparameter führte zu reproduzierbaren hoch festen Verbindungen. KW - Aluminium KW - Magnesium KW - thermomechanisches Fügeverfahren KW - Clinchen Y1 - 2017 SN - 978-3-00-055705-7 SP - 217 EP - 224 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Ring, Uwe A1 - Fischer, Peter A1 - Jost, Gregor A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Expositionsreduzierte Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Das Lichtbogen-Draht-Spritzen mit Zink (Zn)-Basis-Werkstoffen ist eine gängige Technologie zur Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen. Die hergestellten Schichten haben sich bei einer Vielzahl moderater korrosiver Beanspruchungen bewährt. Weniger positiv wird die Technologie hinsichtlich der Overspray-Verluste und der Belastung der Ausführenden sowie der Umwelt durch Zink-Rauch beurteilt. Um diese Nachteile zu reduzieren und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen zu erhöhen, wurden das Flüssigkeitsspritzen entwickelt und neue Werkstoffe qualifiziert. Es galt, eine geeignete Apparatur zu konzipieren, zu konstruieren, zu fertigen und zu erproben. Die Prozesstemperatur war unterhalb der Sublimationstemperatur des Zusatzwerkstoffes einzustellen. Es wurden Spritzparameter bestimmt, die zu hoch duktilen, sehr dichten und korrosionsbeständigen Schichten führten. Die Overspray-Verluste liegen deutlich unter 20 % und die Emission von Zink-Rauch ist extrem gering. Dieses Verfahren bietet sehr gute Voraussetzungen dafür, auch nicht zu Drähten verarbeitbare Werkstoffe für die Herstellung gespritzter Schichten nutzen zu können. Somit wird die Palette spritzbarer Werkstoffe deutlich erweitert und den Forderungen nach höherer Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung besser entsprochen. KW - Zinkbeschichtung KW - Expositionsreduziert KW - Korrosionsschutz Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 84 EP - 94 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Kilian, Andrè A1 - Rogovits, Rainer A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Dichte, flächige, punktuell verstärkte Verbindungen an beschichteten Bauteilen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Das thermische Fügen aber auch das Kleben von Bauteilen führt zu einer bzw. erfordert eine Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Es wird in diesem Bereich ein Nachbeschichten notwendig. Dieser Prozess ist eine technische Herausforderung, da die häufig existierende Forderung nach optisch einwandfreien Oberflächen kaum garantiert werden kann. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Dieser Beitrag stellt eine Möglichkeit vor, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Es wurde eine Beschichtung entwickelt, welche außer den üblichen Aufgaben, wie Korrosionsschutz, Design usw., selbst die Basis für eine Verbindungsherstellung ist und somit eine weitere Funktion übernimmt. Die Anregung, eine Verbindung einzugehen, erfolgt durch thermo-mechanische Energie. Auf Klebstoffe wird komplett verzichtet. Es sind dichte, flächige Verbindungen herstellbar, welche punktuell unterstützt werden können. Die Qualifizierung des Clinchens für die Herstellung von punktuellen Verbindungen erfordert neben der Werkzeuganpassung auch eine hohe Dehnbarkeit der Beschichtung. Verfahrensparameter werden ebenso wie die Verbindungseigenschaften, einschließlich deren Veränderungen, infolge korrosiver Beanspruchung vorgestellt. KW - Pulverbeschichten KW - Wirbelsintern KW - Induktion KW - Linienförmige Verbindungen KW - Clinchen Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 284 EP - 294 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Krüger, David A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Punktuelles, thermo-mechanisches Fügen von Aluminiumbauteilen unter Berücksichtigung von Barriereschichten T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz 2018 N2 - Die Herstellung punktueller Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und Magnesium mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Adhäsions- und Diffusionsprozesse bewirken Veränderungen an der Elektrodenoberfläche und beeinflussen die Eigenschaften der Verbindung, sodass bereits nach wenigen Punkten Nacharbeiten an der Elektrode notwendig werden. Die Intensität der Reaktionen ist abhängig von der Polarität der Elektrode, dem Elektrodenwerkstoff, dem zu fügenden Aluminiumwerkstoff, den Fügeparametern und ggf. vorgesehenen Barriereschichten. Untersucht wurden die Veränderungen infolge der Verbindungsherstellung an konventionellen Cu-Basis-Elektroden sowie die Wirkung von Barriereschichten. Die Nutzung von Barriereschichten erfordert eine Parameteranpassung, dies erfolgte in Vorversuchen. Langzeituntersuchungen bestätigen eine sehr deutliche Erhöhung der Anzahl von Schweißpunkten bei der Existenz von Barriereschichten. Zu begründen ist dies durch die Beeinflussung der Kontaktierung zwischen Elektrode und dem zu fügenden Bauteil. KW - Widerstandspunktschweißen KW - Elektrodenkappen KW - Barriereschichten KW - Standzeiterhöhung Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 295 EP - 305 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Wilden, Johannes A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Korrosions- und Verschleißschutz - Trends und Anwendungsbereiche durch den Einsatz des MSG-Schweißens und seiner Varianten T2 - DVS Berichte, DVS Congress - Große Schweißtechnische Tagung - DVS-Studentenkongress, Düsseldorf 26.-29.9.2017 N2 - Durch Verschleiß und Korrosion an Maschinen und Bauteilkomponenten des Anlagenbaus, z. B. bei Anlagen im Bergbau oder zur Erzaufbereitung werden erhebliche volkswirtschaftliche Verluste verursacht. Eine wirtschaftliche und effektive Schutzmaßnahme technischer Funktionsoberflächen stellt nach wie vor das Auftragschweißen dar. Insbesondere Hochleistungsverfahren, wie Plasma-Pulver-(PTA)- und Laser-Pulver-(LPA) Auftragschweißen, wer-den aufgrund ihrer mittlerweile hohen Abschmelzleistungen verbunden mit einer hohen Schichtqualität vermehrt eingesetzt und verdrängen zunehmend das klassische Metall-Schutzgas-(MSG)-Auftragschweißen. Innovative Verfahrensvarianten des MSG-Schweißens, wie das Schweißen mit geregelten Kurzlichtbögen oder das AC-MSG-Schweißen, wurden in den letzten Jahren speziell für das Auftragschweißen untersucht und können eine wirtschaftliche Alternative zu Plasma- und Laserprozessen darstellen. Anwendungsorientiert werden im Rahmen des Beitrags am Beispiel des Einsatzes typischer Verschleißschutzlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis die MSG-Varianten vorgestellt und Laser- sowie Plasma-Pulver-Auftragschweißungen gegenübergestellt. KW - Korrosions- und Verschleißschutz KW - MSG-Schweißen KW - Auftragschweißen KW - Beschichtungen Y1 - 2017 SN - 978-3-96144-008-5 SP - 257 EP - 263 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Punktuelles, thermo-mechanisches Fügen von Aluminiumbauteilen unter Berücksichtigung von Barriereschichten T1 - Punctual, thermo-mechanical joining of aluminum components in consideration of barrier layers T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die Herstellung von punktuellen Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium und Magnesium mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Adhäsions- und Diffusionsprozesse bewirken Veränderungen an der Elektrodenoberfläche und beeinflussen die Eigenschaften der Verbindung, sodass bereits nach wenigen Punkten Nacharbeiten an der Elektrode notwendig werden. Die Intensität der Reaktionen ist abhängig von der Polarität der Elektrode, dem Elektrodenwerkstoff, dem zu fügenden Aluminiumwerkstoff, den Fügeparametern und gegebenenfalls von vorgesehenen Barriereschichten. Untersucht wurden die Veränderungen infolge der Verbindungsherstellung an konventionellen Kupfer-Basis-Elektroden sowie die Wirkung von Barriereschichten. Die Nutzung von Barriereschichten erfordert eine Parameteranpassung, die in Vorversuchen durchgeführt wurde. Langzeituntersuchungen bestätigen eine sehr deutliche Erhöhung der Anzahl von Schweißpunkten bei der Existenz von Barriereschichten. Zu begründen ist dies durch die Beeinflussung der Kontaktierung zwischen Elektrode und dem zu fügenden Bauteil. N2 - The production of punctual connections on lightweight materials such as aluminum and magnesium using conventional resistance spot welding leads to very intense reactions between the electrode and the substrate material. Adhesion and diffusion processes cause changes at the electrode surface and influence the properties of the connection, so that a rework of the electrode becomes necessary after just a few points. The intensity of the reactions depends on the polarity of the electrode, the electrode material, the aluminum material to be joined, the joining parameters and, if applicable, the designated barrier layers. Changes due to the production of connections with conventional copper-based electrodes and the effect of barrier layers were examined. The use of barrier layers requires an adjustment of parameters which was conducted in preliminary experiments. Long-term studies confirm a very significant increase of the number of spot welds due to the existence of barrier layers. The reason for that is the influence of the contacting between electrode and the components to be joined. KW - Punktschweißen KW - Aluminium KW - Barriereschichten Y1 - 2018 SN - 2195-5905 VL - 7 IS - S. 5 SP - 4 ER - TY - GEN A1 - Scheibe, Karsten A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Quantitative Analyse der Reaktionen von WxCy-Hartstoffen in auftragsgeschweißten metallischen Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Die tribologischen Merkmale der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus den Eigenschaften der Grund- und Zusatzwerkstoffe, den Beschichtungsparametern sowie deren Wechselwirkungen. Veränderungen dieser Parameter werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Merkmale verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu beurteilen, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die beurteilte Beanspruchungssituation gelten. Metallografische Untersuchungen sollen helfen, Erklärungen für die registrierten Verschleißraten einschließlich deren Veränderungen zu finden. Sie sollten daher ebenfalls vergleichbare Angaben liefern. Bei Metall-Matrix-Compositen (MMC) können verschiedene Kriterien (z.B. Auflösung der Hartstoffe, Struktur der Auflösung, Einbettung, Saum des Hartstoffs, sich bildende neue Gefüge und deren Eigenschaften) genutzt werden, um tribologische Merkmale zu quantifizieren. Ziel der durchgeführten Untersuchungen ist es, einen Beitrag zur Objektivierung metallografischer Untersuchungen zu liefern. Es sollen im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, Bildanalyse und Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißwerten abgeleitet werden. Hierfür ist einer qualitativ hochwertigen Bildanalyse erforderlich. In diesem Beitrag werden die entwickelten Verfahren zur Klassifizierung Bildanalytischer Merkmale beschrieben, deren Grenzen diskutiert aber auch Lösungen und Alternativen beschrieben. Es werden Ergebnisse der Verschleißuntersuchung mit denen der Bildanalyse ergänzt. KW - Quantitative Gefügeanalyse KW - Metall-Matrix-Composite KW - Bildanalytik Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 254 EP - 267 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Auftragschweißen verschleißbeständiger Beschichtungen: Zusatzwerkstoffe und ihre Verarbeitungstechnologie T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Im Bereich des Verschleiß- und Korrosionsschutzes durch Auftragschweißen werden verschiedene Schweißverfahren eingesetzt. Dazu zählen technologisch weniger anspruchsvolle Anwendungen wie das Acetylen-Sauerstoff-Schweißen oder das E-Hand- Schweißen mit Stabelektroden, über klassische Verfahren wie das MIG/MAG- oder WIG-Schweißen bis hin zu jüngeren Verfahren wie dem Plasma-Pulver-Auftragschweißen oder dem Laser-Auftragschweißen. Allen Verfahren ist gemein, dass die charakteristischen Eigenschaften wie z.B. die erzeugte Schichtqualität, die Abschmelzleistung oder die Wirtschaftlichkeit erheblich von den einzusetzenden Schweißzusätzen in Form von Stäben, Schnüren, Füll- und Massivdrähten oder Metall- und Mischpulvern abhängen. Im Rahmen dieses Beitrages soll anhand der europäischen Norm EN 14700 auf die Besonderheiten bei der Auswahl der Schweißzusätze und deren Besonderheiten aus industrieller Sicht eingegangen werden. KW - Auftragschweißen KW - Verschleißschutz KW - Korrosionsschutz KW - Schweißverfahren KW - Schweißzusätze Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 268 EP - 279 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Kilian, Andrè A1 - Rogovits, Rainer T1 - Punktuelle und flächige Verbindungen an beschichteten Bauteilen T2 - JOT - Journal für Oberflächentechnik N2 - Das thermische Fügen aber auch das Kleben von Bauteilen führt zu einer bzw. erfordert eine Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Es wird in diesem Bereich ein Nachbeschichten notwendig. Dieser Prozess ist eine technische Herausforderung, da die häufig existierende Forderung nach optisch einwandfreien Oberflächen kaum garantiert werden kann. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Dieser Beitrag stellt eine Möglichkeit vor, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Es wurde eine Beschichtung entwickelt, welche außer den üblichen Aufgaben, wie Korrosionsschutz, Design usw., selbst die Basis für eine Verbindungsherstellung ist und somit eine weitere Funktion übernimmt. Die Anregung, eine Verbindung einzugehen, erfolgt durch thermo-mechanische Energie. Auf Klebstoffe wird komplett verzichtet. Es sind dichte, flächige Verbindungen herstellbar, welche punktuell unterstützt werden können. Die Qualifizierung des Clinchens für die Herstellung von punktuellen Verbindungen erfordert neben der Werkzeuganpassung auch eine hohe Dehnbarkeit der Beschichtung. Verfahrensparameter werden ebenso wie die Verbindungseigenschaften, einschließlich deren Veränderungen, infolge korrosiver Beanspruchung vorgestellt. KW - Fügen KW - Beschichtung KW - Verbindung KW - Thermoplastisch KW - Thermomechanisch Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1007/s35144-019-0286-z SN - 0940-8789 SN - 2192-869X VL - 59 IS - 9 SP - 56 EP - 63 ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Laserstrahl-Pulver-Heißdraht-Auftragschweißen mit Fülldrähten zur Herstellung verschleißbeständiger Beschichtungen T2 - DVS Congress 2019 : große Schweißtechnische Tagung : DVS Studentenkongress N2 - Der Laserstrahl hat sich seit langem als Bearbeitungswerkzeug für viele Applikationen (z. B. Schneiden, Schweißen) bewährt. Auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik konnte das Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA) durch den Einsatz der Diodentechnik weltweit Anwendungsbereiche erobern, die vorher dem klassischen Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) vorbehalten waren [1-2]. Industriell kommen als Schweißzusatz für die Herstellung von korrosions- und/oder verschleißbeständigen Schutzschichten vor allem pulverförmige Werkstoffe auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis zum Einsatz. Die einstellbaren kleinen Schmelzbäder sind eine gute Basis für die Herstellung von Beschichtungen mit thermisch sensiblen Wolframkarbid-Hartstoffen, sogenannten Metal-Matrix-Composite-(MMC)-Schichten. Die pulverförmigen Matrixwerkstoffe werden in der Regel in großen Mengen gasverdüst. Modifikationen oder Sonderchargen sind nur bedingt verfügbar bzw. sehr kostenintensiv. Der Einsatz von Fülldrähten ist hierfür eine wirtschaftliche Alternative. Kleinstmengen und Sonderchargen sind kurzfristig verfügbar. Durch die zusätzliche Zugabe an Legierungselementen mittels prozessseitiger zusätzlicher Pulverzufuhr lassen sich maßgeschneiderte Beschichtungen herstellen. Im Rahmen dieses Beitrages wird über den Einsatz des einstufigen Beschichtungsverfahrens Laser-Pulver-Heißdraht-Auftragschweißen (LPHD) zum Verschleißschutz berichtet. Es werden die Prozessvarianten mit seitlicher Heißdrahtzufuhr in Kombination mit zusätzlicher Pulverzufuhr vorgestellt. Die entwickelte Laser-Pulver-Heißdraht-Beschichtungsanlage wird beschrieben. Mittels metallografischer und tribologischer Untersuchungen wird das Beschichtungsergebnis bewertet. KW - Laserstrahl KW - Heißdraht KW - Auftragschweißen KW - Wolframschmelzkarbid KW - Verschleißschutz Y1 - 2019 SN - 978-3-96144-066-5 SP - 488 EP - 494 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ET - 1. Auflage ER - TY - GEN A1 - Rogovits, Rainer A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Thermoplastische Pulverlacke für Fügeprozesse entwickelt – Punktuelle und flächige Verbindungen an beschichteten Bauteilen schaffen T2 - Besser Lackieren – Netzwerk für industrielle Lackiertechnik N2 - In Kooperation mit der BTU Cottbus, Fachbereich Fertigungstechnik/ Tribologie, hat das Unternehmen Enviral ein Forschungsprojekt mit dem Ziel bearbeitet, eine Beschichtung zu entwickeln, die infolge der untersuchten thermo-mechanischen bzw. mechanischen Fügeprozesse weder eine funktionelle noch eine optische Beeinträchtigung erfährt. Die Projektbearbeitung wurde durch Mittel des BMWi unterstützt. Das thermische und mechanische Fügen von Bauteilen führt zu einer Zerstörung der Beschichtung im Bereich der Verbindung. Hier wird ein Nachbeschichten notwendig - eine technische Herausforderung, da optisch einwandfreie Oberflächen kaum garantiert werden können. Technisch und wirtschaftlich bedeutend sind diese Probleme besonders bei der Herstellung von Verbindungen an endbeschichten Bauteilen. Die Forscher haben jetzt Möglichkeiten gefunden, Bauteile mit einer Polymerbeschichtung zu fügen, ohne die Beschichtung im Sichtbereich zu beeinflussen. Der entwickelte thermoplastische Pulverlack besitzt zusätzlich zu den üblichen Funktionen wie Korrosionsschutz und Design die Fähigkeit, Verbindungen herzustellen. KW - Pulverlack KW - Thermoplast KW - Fügetechnik Y1 - 2020 UR - https://www.besserlackieren-digital.de/ SN - 1439-409X VL - 2020 IS - 12 ER - TY - CHAP A1 - Lanz, Oliver A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Verschleißbeständige Beschichtungen mit Macroline® und konventionellem WSC im Test T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Eine hohe Verschleißbeständigkeit mittels Auftragschweißen hergestellter Beschichtungen bei abrasiver Beanspruchung durch grobe Partikel erfordert die Arbeit mit groben Hartstoffen ausreichender Menge und Verteilung, geringer Auflösung und sicherer Haftung in einer genügend harten aber auch zähen Matrix. Eine besondere Bedeutung unter den Hartstoffen nimmt das Wolframschmelzkarbid (WSC) ein. Während Härte und Zähigkeit den Anforderungen gut entsprechen, ist die thermische Belastbarkeit begrenzt. Unter Beachtung der chemischen Konfiguration des WSC (konventionelles WSC; Macroline®), der Morphologie, der Energiequelle (Laser- und Plasma-Pulver-Auftragschweißen) und der Matrix (Ni-und Fe-Basis) wurden Untersuchungen zur Bewertung der Auflösung, der Einbindung in die Matrix und der Verschleißbeständigkeit hergestellten Schichten durchgeführt. Die thermische Belastung der unterschiedlichen Karbide erfolgte bei Variation der Umgebungsbedingungen. Als Beurteilungskriterien fungierte die Dicke des sich bildenden Saumes. Die an Auftragschweißungen durchgeführten metallografischen Untersuchungen gestatten Hinweise zur Einbindung der Hartstoffe, zur Bildung neuer Phasen. Eine erste Einschätzung der Eigenschaften des Saumes und der sich neu bildenden Phasen sind mittels Härtemessungen möglich. Die Ergebnisse von Abrasiv-Gleitverschleißuntersuchungen liefern Angaben zur Verschleißrate und die Beurteilung der Oberfläche der verschlissenen Bereiche der Beschichtung bietet Erklärungen hierfür. KW - Verschleißbeständige Beschichtungen KW - Wolframschmelzkarbid KW - Auftragschweißen Y1 - 2018 SP - 30 EP - 35 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Scheibe, Karsten A1 - Pokhmurskyy, Andriy A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beurteilung von MMC’s durch Metallografie und quantitative Gefügeanalyse T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Die tribologischen Eigenschaften der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus der Aufmischung, der Zusatzwerkstoffsorte und den Schweißparametern. Veränderungen dieser Einflussgrößen werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Eigenschaften verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu bewerten, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die definierte Beanspruchungssituation gelten. Es handelt sich um eine integrale Bewertung. Punktuelle metallografische Untersuchungen liefern konventionell Erklärungen für die integrale Bewertung der Beschichtung, z. B. für die registrierten Verschleißraten einschließlich ihrer Veränderungen. An Metall-Matrix-Compositen (MMC) werden Kriterien wie die Auflösung der Hartstoffe durch das Ausmessen des Saumes oder verbale Beschreibungen wie eine gleichmäßige Hartstoffverteilung usw. benutzt, um die registrierten tribologische Eigenschaften zu erklären. Die durchgeführten Untersuchungen liefern einen Beitrag dazu, diese punktuelle und beschreibende Wertung zu quantifizieren, zu objektivieren. Es werden im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, der entwickelten quantitativen Gefügeanalyse und den Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißraten abgeleitet. Die Verfahren zur Klassifizierung bildanalytischer Merkmale werden vorgestellt, deren Grenzen beispielhaft diskutiert und Alternativen beschrieben. Mit dem Ziel, die registrierten Verschleißraten zu erklären, werden in diesem Beitrag eine quantifizierte volumetrische Analyse des Gefüges, eine Strukturanalyse und die Beurteilung der Textur an MMC-Auftragschweißschichten vorgestellt. Die Herangehensweise von der Strukturanalyse bis zur Quantifizierung der Textur wird verdeutlicht. Anhand von ausgewählten Beispielen werden Methoden zur Hartstoffanalyse, die Bestimmung der Texturparameter als Bestandteil der quantitativen Gefügeanalyse diskutiert. KW - Metall-Matrix-Composite KW - Metallografie KW - Quantitative Gefügeanalyse KW - Wolframschmelzkarbid KW - Texturbasierte Segmentierung Y1 - 2018 SP - 36 EP - 42 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Schreiber, Frank T1 - Verschleißschutz durch den Einsatz des Metallschutzgaswechselstrom- (MSG-AC-) Schweißens: Trends und Anwendungsbereiche T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Vorträge der 12. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen in Halle (Saale) am 13. und 14. Juni 2018 N2 - Durch abrasiven Verschleiß an Maschinen und Bauteilkomponenten des Anlagenbaus, z.B. den Anlagen im Bergbau und der Erzaufbereitung, werden erhebliche volkswirtschaftliche Verluste verursacht. Eine wirtschaftliche und effektive Schutzmaßnahme technischer Funktionsoberflächen stellt nach wie vor das Auftragschweißen dar. Insbesondere Hochleistungsverfahren wie Plasma-Pulver-(PTA)- und Laser-Pulver-(LPA) Auftragschweißen werden aufgrund der hohen Abschmelzleistungen verbunden mit einer hohen Schichtqualität vermehrt eingesetzt und verdrängen zunehmend das klassische Metall-Schutzgas-(MSG)-Auftrag-schweißen. Innovative Verfahrensvarianten des MSG-Schweißens wie das MSG-AC-Schweißen wurden in den letzten Jahren speziell für das Auftragschweißen weiterentwickelt und stellen eine wirtschaftliche Alternative dar. Anwendungsorientiert soll im Rahmen des Beitrags am Beispiel des Einsatz typischer Verschleißschutzlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis die MSG-AC-Variante vorgestellt sowie die Leistungsfähigkeit und die erreichbaren Schichteigenschaften im Vergleich zu differierender Lichtbogenarten diskutiert und gegenübergestellt werden. Beurteilungskriterien sind die Abschmelzleistung, der Einbrand und die Verluste. KW - Metallschutzgaswechselstrom-Schweißen KW - Auftragschweißen KW - Verschleißschutz Y1 - 2018 SP - 90 EP - 96 PB - Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Theisen, Werner ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Geregelte Lichtbogenprozesse für verschleißbeständige Beschichtungen T2 - Tagungsband zum 20. Werkstofftechnischen Kolloquium, Chemnitz, 2018 N2 - Die Art, der Gehalt und die Verteilung von Hartphasen sind ebenso wie ihre Einbindung und die Eigenschaften der Matrix wesentliche Aspekte für die Beurteilung des Verschleißwiderstandes einer Beschichtung bei abrasiver Beanspruchung. Die Entstehung bzw. der Erhalt der Phasen bedarf der Anpassung der Energieführung während des Beschichtungsprozesses. Die Entstehung bzw. der Erhalt der Phasen bedarf bei definierten Legierungskonzept der Anpassung der Energieführung während des Beschichtungsprozesses. In der Kombination von metallurgischen und technologischen Untersuchungen werden FE-Basis Beschichtungen mit WC bzw. WSC-Hartstoffen bei gleichzeitiger Bildung von Monokarbiden des Typs TiC vorgestellt. Mittels Plasma-Pulver-Panzerungs-Verfahren und geregelten Kurzlichtbogenprozessen entstehen Beschichtungen die höchsten Ansprüchen an den Verschleißwiderstand bei abrasiver Beanspruchung genügen. KW - Beschichtung KW - Plasma-Pulver-Panzerungs-Verfahren KW - Wolframkarbide KW - geregelte Lichtbogenprozesse Y1 - 2018 SN - 978-3-00-058901-0 SP - 577 EP - 588 PB - Eigenverlag, Chemnitz CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Pokhmurska, Hanna T1 - The protection against spray wear using pseudoalloys applied with the method of spraying T2 - ITSC 2017 - International Thermal Spray Conference & Exposition, Düsseldorf, Germany, 2017 Conference Abstracts N2 - An important parameter that affects the protection from wear and tear, is the geometric structure of the abrasive causing the destruction. The equivalent diameter of the particles of the primary influence on protection from wear and tear must be greater than the width of the particle of the crushed abrasive. Here also belongs the requirement for the distribution of the particles inside the matrix was more uniform and dense. The use of solid materials gives this possibility only in the certain circumstances, therefore, it is necessary to use pseudoalloys. Pseudoalloys can be obtained by means of thermomechanical processing of the conventional layers deposited by means of spraying. The particles of the solid material charged with kinetic energy are applied to the heated layers, and they penetrate into inside. Under the influence of the heat energy inside the layers suitable for this, the additional reaction between the substrate and the layer takes place, thus improving the adhesion of the layers. The appropriate regulations were developed, and the reproducible stratification appeared caused by spraying, that is pseudoalloys. A positive consequence of the inclusion of the particles of a solid ceramic material into the spayed layer is the emergence of the current when compressed. The result of the research of the parameters are the optimal performance indexes, optimization criterion served as an indicator of the intensity of the wear. Manufactured pseudoalloys underwent checking in terms of spray wear. The study of spray wear was carried out at the temperatures up to 750 °C and speed load amounted to 37.5 m/s. The silica sand fractions + 150-212 μm was used as an abrasive. As the covering material the alloys based on aluminum were used. In the places of transition to the substrate the multiphase alloys of the system Fe-Al are formed. It is advisable to use layers with a high iron content to prevent the loose and destruction. KW - pseudoalloys KW - spraying KW - spray wear Y1 - 2017 SN - 978-3-96144-000-9 SP - 9 EP - 10 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - CHAP A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Thermische - und metallurgische Beständigkeit von WxCy-Hartstoffen T2 - Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, 11. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Halle (Saale), 2016 N2 - Um die Verschleißschutzwirkung von Beschichtungen gegenüber angreifenden Abrasiva zu erhöhen, können in diese Hartstoffe eingebettet werden. Ein hierfür sehr häufig angewandter Hartstoff ist das Wolframkarbid. Es wird in differierenden Konstellationen angeboten und durch technologische Maßnahmen kontinuierlich verbessert. Die Größe der Karbide, die hohe Härte und die Zähigkeit sind Eigenschaften, die diesem Hartstoff eine vordergründige Bedeutung einräumen. Nachteilig ist die begrenzte thermische und metallurgische Beanspruchbarkeit. Die thermische Beanspruchbarkeit wird bei Variation der Hartstoffkonfiguration sowie der Atmosphäre gemessen. Schweißversuche bei Variation der Energieführung und deren Auswertung liefern Hinweise zur metallurgischen Beanspruchbarkeit. Erklärungen werden durch chemisch-metallografische Untersuchungen gesucht. Verschleißmessungen komplettieren die Untersuchungsergebnisse. KW - Auftragschweißen KW - Wolframkarbid KW - chemisch-metallografische Untersuchungen Y1 - 2016 SP - 45 EP - 51 PB - DVS-Verlag CY - Halle (Saale) ER - TY - CHAP A1 - Martens, Christian A1 - Klein, Thomas A1 - Brück, Werner A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Lichtbogenlöten mit thermo-mechanisch vorbehandelten Al-Basis-Zusatzwerkstoffen T1 - Arc brazing with thermo-mechanically pretreated Al-base weld deposits T2 - Tagungsband zum 18. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz, 10. und 11. März 2016 N2 - Der Prozess des Lichtbogenlötens mit Al-Basis-Zusatzwerkstoffen ist in der Fertigungsindustrie stark verbreitet. Trotz alledem stellt die begrenzte Nutzungsdauer der Al-Basis-Zusatzwerkstoffe infolge der Oxidation noch heute ein erhebliches Problem dar. Hinzu kommt, dass die sich bildende Oxidschicht ein sehr guter Speicher für Wasserstoff, welches wiederum Poren in Lötungen verursacht, ist. Ziel der durchgeführten Entwicklung war es, durch eine Reduzierung und Vergleichmäßigung der Oxidschicht die Porosität der Verbindungen zu reduzieren, die Nutzungsdauer zu erhöhen sowie Reproduzierbare der Verbindungen zu verbessern. Zum Erreichen dieser Ziele wurde eine kompakte, unmittelbar am Schweißgerät befindliche Drahtreinigungs- und -aktivierungseinheit entwickelt. Die Drahtreinigung erfolgt thermo-mechanisch mit einem übertragenen Plasmastrahl. Genutzt wird der Effekt der Entladung von Gas- und Metallionen an dem zu reinigenden Draht. Die Oberfläche des Drahtes wird aktiviert und die Oxidschicht sowie auch der Wasserstoffanteil reduziert. Nach der Plasmareinigung angelagerte Partikel werden mechanisch vom Draht entfernt. Die entscheidenden Parameter der Drahtreinigung sind die Stromstärke, der Abstand zwischen Draht und Wolfram- Elektrode, der Schutzgasstrom (Argon) und die Drahtgeschwindigkeit. Stromstärke und Drahtgeschwindigkeit nehmen Einfluss auf die eingebrachte Energie pro Streckensegment. Der Abstand der Elektrode nimmt Einfluss auf die Form und Übertragung der Energie des Plasmas. Als Resultat der Drahtreinigung und -aktivierung konnte eine deutliche Reduzierung der Porosität in den Verbindungen beobachtet werden. Dies führt zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchbarkeit der Verbindungen. Die starke Schmauchbildung von Al-Mg-Basis-Drähten beim Löten mit Al-Mg-Basis-Drähten wurde deutlich reduziert. Das Zusetzen der Stromkontaktdüse konnte reduziert und deren Lebensdauer somit erhöht werden. Die Zahl der Prozessunterbrechungen wird somit verringert und ein prozesssicheres Arbeiten ermöglicht. N2 - The process of arc brazing with Al-base weld deposits has a strong presence in the manufacturing industry. Despite all this, the short life of the Al-base weld deposits by oxidation constitutes a strong problem. In addition, the forming oxide layer represents a very good storage for hydrogen, which in turn causes the pores in brazing. Purpose of the carried out development was to reduce the porosity of the compounds by a reduction and equalization of the oxide layer, to increase the lifetime and improve the reproducibility of the compounds. To reach these objectives a compact wire cleaning and activation unit located next to the welding machine has been developed. The wire cleaning uses a thermo-mechanically transferred plasma jet, using the effect of the discharge of gas and metal ions. The surface of the wire becomes activated and the oxide layer as well as the hydrogen content is reduced. Particles formed meanwhile plasma cleaning on the wires surface are removed using a mechanical component. The critical parameters of the wire cleaning are the current, the distance between the wire and tungsten electrode, the flow of shielding gas (argon) and the wire velocity. The current and wire velocity take influence on the energy transferred per track segment. The distance of the electrode has an influence on the shape and transmission of the energy of the plasma. Due to wire cleaning and activation a significant reduction of number and size of pores in the compounds could be observed, resulting in an increased stability. Forming of smoulder by welding of Al-Mg-based wires got suppressed. The clogging of the welding nozzle got reduced, increasing its durability and decreasing the number of process interruptions. All that enables the process reliability. KW - Lichtbogenlöten KW - Al-Basis-Zusatzwerkstoffe KW - Drahtreinigung KW - Plasmareinigung Y1 - 2016 SN - 978-3-00-052212-3 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Werkstoffwissenschaft und Wertstofftechnik CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Pokhmurska, Hanna ED - Wielage, Bernhard T1 - Entwicklung und Bewertung verschleißbeständiger Fe-Al-x-Schichten T2 - Tagungsband zum 17. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz, 11. und 12. September 2014 N2 - Die chemisch-metallurgische Konfiguration von Fe-Al-x-Verschleißschutzschichten wird mit dem Ziel variiert, bei thermisch abrasiver Strahlverschleißbeanspruchung hohe Widerstände zu erreichen. Es wird der Einfluss der Legierungselemente Si und Mg in der Spritzschicht untersucht und beurteilt. Diese Legierungselemente der Spritzdrähte bedingen Veränderungen der Spritzparameter, beeinflussen die sich bildende Schicht und den Verschleißwiderstand. Werden die gespritzten Schichten vor der Verschleißprüfung zusätzlich thermisch behandelt, ergeben sich gegenüber den unbehandelten Proben bei identischer abrasiver Beanspruchung deutliche Veränderungen des Verschleißwiderstandes. Die thermisch abrasive Verschleißbeanspruchung führt ebenfalls zu Veränderungen der Schichteigenschaften. Diese werden durch Härtewerte und Schichtdickenmessungen quantifiziert. Die gespritzten thermisch un- und nachbehandelten Schichten werden zur Bestimmung des Verschleißwiderstandes einem thermisch abrasiven Strahlverschleißtest unterzogen. Die Verschleißuntersuchungen erfolgen vergleichend. Ergebnisse metallografischer Untersuchungen gestatten die Beurteilung und Bewertung der registrierten Verschleißwiderstände. KW - Verschleißschutzschichten KW - Spritzdrähte KW - thermisch abrasive Strahlverschleißbeanspruchung Y1 - 2014 SN - 978-3-00-046877-3 SP - 63 EP - 72 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik CY - Chemnitz ER - TY - CHAP A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Pokhmurska, Hanna T1 - Verschleißschutz durch Fe-basierte, partikelverstärkte Schichten: Ceramic-Metal-Composite T2 - 10. Fachtagung Verschleißschutz von Bauteilen durch Auftragschweißen, Halle (Saale), 25. - 26. Juni 2014 N2 - Die effektive Nutzung nicht metallischer Hartstoffe als Verschleißschutzelemente in metallischen Matrices setzt eine ausreichend sichere Verbindung zwischen den Elementen und der Matrix voraus. Dies erfordert z. B. bei der Anwendung von Karbiden mit Bildungsenthalpien bis ca. 150 kJ/mol Maßnahmen, ihre Auflösung zu verhindern. Die Nutzung von WCx oder SiC stehen hierfür beispielhaft. Anderseits existieren Hartstoffe mit sehr hohen Bildungsenthalpien, die in der thermischen Beschichtungstechnik, aufgrund ihrer ungenügenden Reaktivität mit der metallischen Matrix, nicht nutzbar sind. Beispiele hierfür sind Oxide, wie das Al2O3 oder das ZrO2. Die Bildungsenthalpie dieser Stoffe liegt deutlich über denen der Karbide. Wird das Ziel einer sicheren Einbettung der nicht metallischen Hartstoffe in metallische Matrices definiert, ergibt sich die Aufgabe, die Technologie der Herstellung und die chemische Konfiguration der Matrix anzupassen sowie die Hartstoffe bzw. deren Randbereiche mit Elementen zu versehen, die sowohl mit dem Hartstoff als auch mit der Matrix reagieren. Dies wird bei Variation der chemischen Konfiguration und der thermischen Energiewirkung während der Schichtherstellung beispielhaft an Hand der Nutzung von dünnen Ti-reichen Beschichtungen (PVD) auf nicht metallischen Hartstoffen gezeigt. Ein Maß für die Beurteilung ist die Haftung der nicht metallischen Hartstoffe in den Fe-basierten Schichten. Die sich ergebenden Übergangsschichten werden ebenso, wie die Ceramic-Metal-Composite-Schicht, metallografisch charakterisiert. Verschleißuntersuchungen komplettieren die Arbeiten mit dem Ziel, nicht metallische Hartstoffe der thermischen Beschichtungstechnik zugänglich zu machen. KW - Verschleißschutz KW - partikelverstärkte Schichten KW - Ceramic-Metal-Composite KW - Beschichtung von Hartstoffen Y1 - 2014 SP - 12 EP - 17 PB - DVS-Verlag CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Aldarawish, Nazeeh A1 - Kirsten, Andreas A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Spritzen von Metall-Hartstoff-Verbundschichten T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium, 06. und 07.03.2019 in Chemnitz N2 - Die technischen Möglichkeiten der Herstellung von Metall-Hartstoff-Verbundschichten mit den Verfahren des thermischen Spritzens sind hinsichtlich der Hartstoffkorngröße begrenzt. Diese Einschränkung bedeutet eine geringe Verschleißbeständigkeit der konventionell hergestellten Schichten bei grob-abrasiver Beanspruchung. Untersuchungen mit dem Ziel gröbere Hartstoffe in Spritzschichten zu positionieren, waren bisher wenig erfolgreich. Es kommt zu einer Zerstörung der separat zugeführten Hartstoffe und einer meist sehr deutlichen Reduzierung der Auftragsrate. Eine Analyse der vorhandenen Überlegungen und Untersuchungsergebnisse führte zu der Erkenntnis, dass eine die Hartstoffe und die Matrix anziehende Energiewirkung notwendig ist, um den Verbund zu erzielen. Um eine anziehende Komponente zu erzielen, wurde bei den durchgeführten Untersuchungen eine elektrostatische Aufladung der Hartstoffe benutzt. In den hergestellten Beschichtungen konnten dadurch circa 20 Vol.-% separat zugeführte Hartstoffe unaufgeschmolzen registriert werden. Eine Beeinträchtigung der Auftragsrate war nicht zu registrieren. Werden die Parameter Druck, Temperatur und das chemische Potenzial optimiert, ist auch eine sichere stoffschlüssige Einbindung keramischer Hartstoffe in einer Eisenbasis-Matrix nachweisbar. Die Alternative der Integration der Hartstoffe wäre eine mechanische Verklammerung. Daraus resultierende Risse um den Hartstoff wurden nicht nachgewiesen. Der Hartstoff wirkt in den hergestellten Beschichtungen eindeutig als Keim und nicht als fremdes Element bei der Entstehung des Gefüges. Die Ergebnisse der Verschleißversuche an derart hergestellten Beschichtungen verdeutlichen eine nahezu Halbierung der Verschleißrate gegenüber der rein metallischen Beschichtung infolge der zugeführten Hartstoffe und ihrer metallischen Einbindung in die Schicht. KW - Verschleißbeständige Beschichtungen KW - Lichtbogenspritzen KW - Aluminium-Zirkonoxid Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 235 EP - 243 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Beschichtungen aus Metallen und Metall-Hartstoff- Compositen T2 - Tagungsband zum 21. Werkstofftechnischen Kolloquium am 06. und 07.03.2019, Chemnitz, 2019 N2 - Bauteile werden häufig mit Beschichtungen versehen, um einen wirtschaftlichen Betrieb von Geräten und Anlagen zu ermöglichen bzw. deutlich zu verbessern. Die Beschichtung übernimmt die Aufgabe, äußeren Beanspruchungen zu widerstehen. Eine hohe volkswirtschaftliche Bedeutung kommt dem Korrosions- und Verschleißschutz zu. Die hervorragenden Eigenschaften von Stählen können durch die Berücksichtigung von Beschichtungen deutlich länger genutzt werden. Die Beschichtungen sollen ausreichend haften und den äußeren Einflüssen möglichst solange widerstehen, bis eine Aussonderung der beschichteten Bauteile bzw. der Anlage vorgesehen ist. Der Beschichtungsprozess erfordert drei technologische Schritte, die Substratvorbehandlung, die Vorbereitung des Beschichtungswerkstoffes und die Beschichtungsherstellung. Für den Korrosions- und Verschleißschutz kommt den metallischen Beschichtungen, welche durch die Verfahren des Auftragschweißens bzw. des Spritzens hergestellt werden, eine besondere Bedeutung zu. Dies ist zurückzuführen auf den erzielten hohen Mechanisierungsgrad bei der Beschichtungsherstellung, die hervorragende Recyclingfähigkeit und eine hohe Nachhaltigkeit. Bei abrasiver Verschleißbeanspruchung müssen Metalle durch Hartstoffe verstärkt werden. Diese können sich aus der Schmelze herausbilden oder separat zugeführt werden. Für besonders schwierige Situation werden auch Hartstoffe mit hoher Bildungsenthalpie berücksichtigt. Dies allerdings führt zu Bindungsproblemen. Technisch-technologische Lösungen für diese Probleme wurden bzw. werden z.Zt. erarbeitet. Kenntnisse zu den Bindungsmechanismen sind eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer hoch abrasionsbeständiger Schichtsysteme. Die große wirtschaftliche Bedeutung bergründet die Fokussierung der Ausführungen auf Beschichtungen, die mittels Auftragschweißen hergestellt werden. KW - Metalle KW - Metalll-Hartstoff-Composite KW - Beschichtungen KW - Korrosionsschutz KW - Verschleißschutz Y1 - 2019 SN - 978-3-00-062158-1 SN - 1439-1597 SP - 27 EP - 37 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Eigenverlag CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Schreiber, Frank A1 - Erpel, Tim A1 - Allebrodt, Benedikt A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Auftragschweißen verschleißbeständiger Beschichtungen: Zusatzwerkstoffe und ihre Verarbeitungstechnologie T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Im Bereich des Verschleiß- und Korrosionsschutzes durch Auftragschweißen werden verschiedene Schweißverfahren eingesetzt. Dazu zählen technologisch weniger anspruchsvolle Anwendungen wie das Acetylen-Sauerstoff-Schweißen oder das E-Hand-Schweißen mit Stabelektroden, über klassische Verfahren wie das MIG/MAG- oder WIG-Schweißen bis hin zu jüngeren Verfahren wie dem Plasma-Pulver-Auftragschweißen oder dem Laser-Auftragschweißen. Allen Verfahren ist gemein, dass die charakteristischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die erzeugte Schichtqualität, die Abschmelzleistung oder die Wirtschaftlichkeit, erheblich von den einzusetzenden Schweißzusätzen in Form von Stäben, Schnüren, Füll- und Massivdrähten oder Metall- und Mischpulvern abhängen. Anhand der europäischen Norm EN 14700 wird auf die Besonderheiten bei der Auswahl der Schweißzusätze und deren Merkmale aus industrieller Sicht eingegangen. KW - Auftragschweißen KW - Zusatzwerkstoffe KW - Verschleißschutz KW - Korrosionsschutz KW - Schweißzusätze Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 6 SP - 4 EP - 5 ER - TY - GEN A1 - Ring, Uwe A1 - Fischer, Peter A1 - Jost, Gregor A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Expositionsreduzierte Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Das Lichtbogen-Draht-Spritzen mit Zink (Zn)-Basis-Werkstoffen ist eine gängige Technologie zur Herstellung korrosionsbeständiger Beschichtungen. Die hergestellten Schichten haben sich bei einer Vielzahl moderater korrosiver Beanspruchungen bewährt. Weniger positiv wird die Technologie hinsichtlich der Overspray-Verluste und der Belastung der Ausführenden sowie der Umwelt durch Zink-Rauch beurteilt. Um diese Nachteile zu reduzieren und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen zu erhöhen, wurden das Flüssigkeitsspritzen entwickelt und neue Werkstoffe qualifiziert. Es galt, eine geeignete Apparatur zu konzipieren, zu konstruieren, zu fertigen und zu erproben. Die Prozesstemperatur war unterhalb der Sublimationstemperatur des Zusatzwerkstoffes einzustellen. Es wurden Spritzparameter bestimmt, die zu hoch duktilen, sehr dichten und korrosionsbeständigen Schichten führten. Die Overspray-Verluste liegen deutlich unter 20 % und die Emission von Zink-Rauch ist extrem gering. Dieses Verfahren bietet sehr gute Voraussetzungen dafür, auch nicht zu Drähten verarbeitbare Werkstoffe für die Herstellung gespritzter Schichten nutzen zu können. Somit wird die Palette spritzbarer Werkstoffe deutlich erweitert und den Forderungen nach höherer Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung besser entsprochen. N2 - Arc-wire-spraying applying zinc based materials is a commonly used technology to create corrosion-resistant coatings. The layers produced have proven itselves with a variety of moderate corrosive stresses. The technology is assessed as less positive in terms of overspray losses and load on the operators and the environment by zinc smoke. To reduce these disadvantages while enhancing corrosion resistance of these coatings liquid spraying was developed and new materials were qualified. For this purpose, a suitable apparatus was designed, constructed, manufactured and tested. The process temperature could be set below the sublimation temperature of the filler material. Spraying parameters were determined that resulted in highly ductile, very dense and corrosion resistant layers. The overspray losses are well below 20% and the emission of zinc smoke is extremely low. This procedure offers good conditions for using even non-wire workable materials for the production of sprayed coatings. Thus, the range of sprayable materials is significantly expanded and the demands for higher corrosion resistance of the coating are met better. KW - Zinkbeschichtung KW - Expositionsreduziert KW - Korrosionsschutz Y1 - 2018 UR - https://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2018/09/September.php SN - 2195-5905 VL - 7 IS - 9 SP - 22 EP - 24 ER - TY - GEN A1 - Krüger, David A1 - Schütte, Philipp A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Werkstoffe und Werkstoffkombinationen für das punktuelle Verbinden von Aluminium T1 - Materials and Material Combinations for Spot-Welding of Aluminium T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die Herstellung von punktuellen Verbindungen an Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium (Al) mit dem konventionellen Widerstandspunktschweißen führt zu sehr intensiven Reaktionen zwischen dem Elektroden- und dem Substratwerkstoff. Durch die Auswahl eines Elektrodenwerkstoffs mit geringerer Affinität zu Aluminium ist zu erwarten, dass Diffusionsprozesse mit deren Beeinflussung der Elektrodenoberflächen und daraus folgender Änderung der Schweißpunkteigenschaften mit Nacharbeiten an der Elektrode vermeidbar sind. Zudem sind die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Werkstoffe sowie sichere und effektiv herzustellende Verbindungen zum Elektrodenwerkstoff Kupfer zu erfüllen. Unter diesen Prämissen und unter Beachtung wirtschaftlicher Aspekte wurden Untersuchungen an den Werkstoffen Grafit, Wolfram und Molybdän vorgenommen. Zusätzlich erfolgte die Überprüfung PVD-beschichteter Kupferelektroden. Mittels Langzeituntersuchungen sind Angaben zur Eignung der Werkstoffe realisiert. Eine sehr große Herausforderung betraf die Herstellung von Verbindungen zwischen den nicht beziehungsweise kaum mit Aluminium reagierenden Werkstoffen und dem Kupfer der Punktschweißelektroden. Das Kondensatorentladungsschweißen konnte hierfür qualifiziert werden. Es wurden die Parameter ermittelt, mit denen sichere Verbindungen innerhalb extrem kurzer Zeit hergestellt werden können. Im Gegensatz zum Löten oder Umgießen handelt es sich um einen sehr effektiven Prozess mit hohem Potenzial für die Massenfertigung. N2 - Creating spot welds at lightweight metals such as aluminium using conventional resistance spot welding, results in an intense reaction between the electrode metal and the aluminium itself. By selecting an electrode material with a lower affinity to aluminium, one might assume that the diffusion process involving the electrode surface, with the consequent effect on the properties of the spot weld, could be avoided by post-working at the weld site. In terms of thermal and electrical properties and the achieving of strong and effective bonding, copper is an ideal electrode metal candidate. Given these requirements and with process economics in mind, studies were carried out on materials including graphite, tungsten and molybdenum. Additional studies were carried out using PVD-coated copper electrodes. On the basis of long-term studies, the requirements for a suitable material were achieved. One of the most demanding tasks was creating a bond between a metal with a little affinity to aluminium and aluminium itself, but not the copper of the spot welding electrode. The use of capacitor discharge welding proved useful in this context. Parameters were established for creating strong spot welds in extremely short times. By contrast with soldering or other molten metal processes, this approach offers a satisfactory solution ideally-suited to the demands of mass production. KW - Aluminium KW - Wolfram KW - Molybdän KW - Punktschweißen Y1 - 2017 SN - 2195-5905 VL - 5 IS - 5 SP - 4 EP - 6 ER - TY - GEN A1 - Sevim, Agah Meric A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beschichtungen mit äquimolarer Elementzusammensetzung T2 - DVS CONGRESS - Große Schweißtechnische Tagung - DVS CAMPUS N2 - Die konventionelle Einteilung von Beschichtungen erfolgt nach dem für die Herstellung primär berücksichtigten Element. So sind beispielsweise Eisen(Fe)-, Nickel(Ni)- oder Cobalt(Co)-Basis-Beschichtungen als Verschleißschutz gegen abrasiv-erosive Belastungen bekannt. Um die gewünschten Beschichtungs-eigenschaften zu erzielen, werden die Hauptlegierungselemente durch Zusätze verstärkt. Für das Ziel, einen hohen Verschleißwiderstand zu erzeugen, werden z.B. Zusätze zur Bildung von Karbiden, Boriden bzw. Siliziden zugegeben. In der Beschichtungstechnik bisher weniger bekannte Konfigurationen sind die Hochentropielegierungen (HEA). Es werden fünf oder mehr Elemente zu einer äquimolaren, komplexen Legierung zusammengefasst. Das begrenzte Wissen über die Herstellung und die Eigenschaften derartiger Beschichtungen war Anlass dafür, Untersuchungen durchzuführen. Die Herstellung geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe und deren Verarbeitung im Plasma-Pulver-Auftragschweißprozess sind gelungen. Um die Eigenschaften der hergestellten Beschichtungen zu bewerten, erfolgten vergleichende Verschleißuntersuchungen. Als Basis dienten konventionell hergestellte, hoch Vanadium-haltige Fe-Basis-Beschichtungen. Ergänzend zu konventionellen Verschleißprüfungen wurden Messungen mit einem neu entwickelten Strahlverschleißprüfstand durchgeführt. Mit ihm gelingt es, z.B. die praktischen Beanspruchungen an Industriemessern sehr gut zu beurteilen. Die derzeit bekannten Vor- und Nachteile der auftraggeschweißten HEA-Beschichtungen werden zusammenfassend vorgestellt. KW - Beschichtungen KW - Hochentropielegierungen KW - Plasma-Pulver-Auftragschweißen Y1 - 2020 SN - 978-3-96144-098-6 VL - Band 365 SP - 739 EP - 748 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Schreiber, Frank T1 - Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen zur Herstellung metallischer Beschichtungen mit integrierten nicht metallischen Hartstoffen T2 - DVS CONGRESS - Große Schweißtechnische Tagung - DVS CAMPUS N2 - Hoch verschleißbeständige Schichten werden bevorzugt als eine Kombination aus metallischer Matrix mit eingelagerten Hartstoffen (MMC) hergestellt. Die Hartstoffe (HS) bewirken in diesen Schichten den primären Verschleißschutz. Sie werden abhängig von den Eigenschaften des angreifenden Abrasivs insbesondere deren Geometrie gewählt. Begründet durch die hohe Härte und Zähigkeit des Wolframkarbids nimmt es innerhalb der für die Herstellung von Beschichtungen bekannten Hartstoffe eine besondere Rolle ein. Diesen technisch sehr interessanten Eigenschaften stehen ein hohes Versorgungsrisiko sowie eine hohe ökonomische Bedeutung entgegen. Die Verfügbarkeit sowie die sehr deutlichen Preisschwankungen waren Anlass für Überlegungen und Untersuchungen mit dem Ziel, Alternativen zu schaffen. Die Eigenschaften Härte und Zähigkeit können von mehreren nicht metallischen Hartstoffen erreicht werden. Diese weisen jedoch zwei wesentliche, ihrer Nutzung als Zusatzwerkstoff für das Auf-tragschweißen negative Eigenschaften auf: • Nicht metallische Hartstoffe sind sehr leicht und schwimmen daher auf dem Schmelzbad auf. • Der Anteil des kovalenten bzw. heteropolaren Bindungscharakters der benutzten Hartstoffe ist sehr hoch, sodass Reaktionen mit metallischen Matrices als schwierig einzuschätzen sind. Diese Aufgaben galt es zu lösen. Es wurde eine Technologie entwickelt, mit deren Hilfe die leichten nicht metallischen Hartstoffe in das Schmelzbad eingebracht werden und dort mit der metallischen Matrix reagieren. Dieses Verfahren wird als Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen bezeichnet. Die durchgeführten Verschleißuntersuchungen bestätigen, dass die mit nicht metallischen Hartstoffen verstärkten MMC-Beschichtungen eine Alternative zu wolframkarbidhaltigen Beschichtungen sind. KW - metallische Beschichtungen KW - nicht metallische Hartstoffe KW - Verschleißschutz KW - Pulverstrahl-Plasmalichtbogen-Schweißen Y1 - 2020 SN - 978-3-96144-098-6 SP - 773 EP - 784 PB - DVS Media GmbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Scheibe, Karsten A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Quantitative Analyse der Reaktionen von WxCy-Hartstoffen in auftragsgeschweißten metallischen Beschichtungen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Die tribologischen Merkmale der durch Auftragschweißen hergestellten Beschichtungen ergeben sich aus den Eigenschaften der Grund- und Zusatzwerkstoffe, den Beschichtungsparametern sowie deren Wechselwirkungen. Veränderungen dieser Parameter werden zwangsläufig Veränderungen der tribologischen Merkmale verursachen. Diese sind gut durch vergleichend durchgeführte Verschleißprüfungen zu beurteilen, wobei Ergebnisse wie die Verschleißrate streng genommen nur für die beurteilte Beanspruchungssituation gelten. Metallografische Untersuchungen sollen helfen, Erklärungen für die registrierten Verschleißraten einschließlich deren Veränderungen zu finden. Sie sollten daher ebenfalls vergleichbare Angaben liefern. Bei Metall-Matrix-Compositen (MMC) können verschiedene Kriterien (z. B. Auflösung der Hartstoffe, Struktur der Auflösung, Einbettung, Saum des Hartstoffs, sich bildende neue Gefüge und deren Eigenschaften) genutzt werden, um tribologische Merkmale zu quantifizieren. Ziel der durchgeführten Untersuchungen ist es, einen Beitrag zur Objektivierung von metallografischen Untersuchungen zu liefern. Es sollen im Zusammenwirken von klassischer Metallografie, Bildanalyse und Verschleißuntersuchungen Erklärungen für die sich aus beschichtungstechnischen Veränderungen ergebenden Verschleißwerte abgeleitet werden. Hierfür ist eine qualitativ hochwertige Bildanalyse erforderlich. In diesem Beitrag werden die entwickelten Verfahren zur Klassifizierung von bildanalytischen Merkmalen beschrieben, deren Grenzen diskutiert, aber auch Lösungen und Alternativen beschrieben. Es werden Ergebnisse der Verschleißuntersuchung mit denen der Bildanalyse ergänzt. KW - Quantitative Analyse KW - Metall-Matrix-Composite KW - Bildanalyse Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 4 SP - 4 EP - 5 ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Beschichtungen aus Metallen und Metall-Hartstoff-Compositen T2 - WOMAG: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Bauteile werden häufig mit Beschichtungen versehen, um einen wirtschaftlichen Betrieb von Geräten und Anlagen zu ermöglichen beziehungsweise deutlich zu verbessern. Die Beschichtung übernimmt die Aufgabe, äußeren Beanspruchungen zu widerstehen. Eine hohe volkswirtschaftliche Bedeutung kommt dem Korrosions- und Verschleißschutz zu. Die hervorragenden Eigenschaften von Stählen können durch die Berücksichtigung von Beschichtungen deutlich länger genutzt werden. Die Beschichtungen sollen ausreichend haften und den äußeren Einflüssen möglichst solange widerstehen, bis eine Aussonderung der beschichteten Bauteile beziehungsweise der Anlage vorgesehen ist. Der Beschichtungsprozess erfordert drei technologische Schritte, die Substratvorbehandlung, die Vorbereitung des Beschichtungswerkstoffes und die Beschichtungsherstellung. Für den Korrosions- und Verschleißschutz kommt den metallischen Beschichtungen, welche durch die Verfahren des Auftragschweißens beziehungsweise des Spritzens hergestellt werden, eine besondere Bedeutung zu. Dies ist zurückzuführen auf den erzielten hohen Mechanisierungsgrad bei der Beschichtungsherstellung, die hervorragende Recyclingfähigkeit und eine hohe Nachhaltigkeit. Bei abrasiver Verschleißbeanspruchung müssen Metalle durch Hartstoffe verstärkt werden. Diese können sich aus der Schmelze herausbilden oder separat zugeführt werden. Für besonders schwierige Situationen werden auch Hartstoffe mit hoher Bildungsenthalpie berücksichtigt. Dies allerdings führt zu Bindungsproblemen. Technisch-technologische Lösungen für diese Probleme wurden beziehungsweise werden derzeit erarbeitet. Kenntnisse zu den Bindungsmechanismen sind eine Voraussetzung für die Entwicklung von neuen hoch abrasionsbeständigen Schichtsystemen. Die große wirtschaftliche Bedeutung bergründet die Fokussierung der Ausführungen auf Beschichtungen, die mittels Auftragschweißen hergestellt werden. Y1 - 2019 SN - 2195-5905 VL - 8 IS - 5 SP - 18 EP - 19 ER - TY - GEN A1 - Serafinski, Daniel A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Punktuelle Magnesium-Aluminium-Verbindungen T1 - Point Bonding of Magnesium – Aluminium Structures T2 - WOMAG : Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Leichtbau mit Multimaterialsystemen erfordert stets ein tragfähiges Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe. Die Auswahl eines Fügeverfahrens erfolgt dabei vordergründig auf der Basis der Werkstoff- und der angestrebten Verbindungseigenschaften. Die begrenzte Mischbarkeit der Werkstoffe Aluminium und Magnesium im schmelzflüssigen Zustand verursacht technologische Schwierigkeiten bei der Anwendung der thermischen Fügetechnik, weshalb zur Herstellung von punktuellen Verbindungen von Magnesium mit Aluminium ein thermo-mechanisches Fügeverfahren entwickelt wurde. Basierend auf dem Verfahren Clinchen sind die notwendigen thermischen Bedingungen erarbeitet worden, um belastbare punktuelle Verbindungen zu erzeugen. Während viele Aluminiumsorten aufgrund ihrer Gitterstruktur sehr gut umformbar und somit für die Herstellung von Verbindungen mittels Clinchen gut geeignet sind, ist dies bei Magnesium nicht so. Dessen hexagonale Gitterstruktur erfordert eine ausreichende Erwärmung der Verbindungsstelle vor dem Fügen. Da die sehr gute Wärmeleitung des Fügewerkzeugs die zugeführte Energie sehr schnell wieder abführt, ist zusätzlich eine Vorwärmung der Werkzeuge zwingend. Die thermischen Bedingungen wurden zunächst mit dem Ziel der Reduzierung des Versuchsaufwandes simuliert und das Modell versuchs¬technisch validiert. Die thermischen Bedingungen am Bauteil und am Werkzeug wurden mit dem Ziel der Einstellung hoher Verbindungsfestigkeiten variiert. Als Optimierungskriterium wurde die Scherzugfestigkeit definiert. Um die Erwärmung der beiden Werkstoffe sowie des Werkzeugs reproduzierbar zu gestalten, erwies sich eine Kombination von joulescher- und induktiver Erwärmung als sinnvoll. Die messtechnische Erfassung der Bauteiltemperatur erfolgte, um die zeitliche Wirkung der Induktorleistung bei definierter Position zum Bauteil als Kriterium der zugeführten thermischen Energie nutzen zu können. Eine Anpassung der Werkzeuggeometrie und der Bewegungs¬parameter führte zu reproduzierbaren hoch festen Verbindungen. N2 - Lightweight construction using mixed materials requires a viable means of bonding together the different materials used. The choice of bonding technology will be based on the actual materials in question and the desired bonding properties. The limited miscibility of aluminium and magnesium in their molten state presents technological problems in terms of thermal bonding of these two metals. For this reason, a thermo-mechanical procedure was developed for their spot joining. The technique is based on clinching and the appropriate thermal conditions for this were established such that acceptable spot bond strengths achieved. Whereas many aluminium alloys, thanks to their crystal structure, can readily be deformed and thus lend themselves well to the clinching process, the same is not true for magnesium. The hexagonal lattice structure of this metal requires sufficient heat treatment before the joining process. Because the forming tools themselves possess high thermal conductivity which could result in rapid cooling of the work, the forming tools themselves have to be pre-heated. The required thermal conditions were initially simulated in order to reduce the time needed for the research, the model for this being experimentally validated. The thermal conditions experienced by the component and the tooling were explored in order to find optimum conditions for maximum bond strength. The parameter for optimisation was defined as the shear strength. In order to ensure reproducibility of the heat-treatment regime for both the two metals and the tooling, both Joule heating and inductive heating were found to be best. Temperature measurement of the components was used in order to characterise the temperature-time profile as a function of induction loading for a given positioning of the component, as a criterion for following the energy input. Matching the tooling geometry with the movement parameters resulted in the reproducible formation of high-strength joints. KW - Clinchen KW - Magnesium KW - Aluminium KW - Vorwärmung Y1 - 2017 UR - http://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2017/04/WOMag_4_17_frei.pdf SN - 2195-5905 SN - 2195-5891 VL - 5 IS - 4 SP - 4 EP - 6 ER - TY - RPRT A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Kilian, Andrè A1 - Bürkner, Gunnar A1 - Alaluss, Khaled T1 - Entwicklung einer Technologie zum thermischen Fügen beschichteter Stahl/Kunststoff/Stahl-Verbundwerkstoffe - Spray-Brazing - T1 - Development of a technology for thermal assembling of coated steel/plastic/steel compounds - Spray Brazing N2 - Das Automobil der Zukunft muss die wachsenden gesellschaftlichen Erwartungen im Hinblick auf Energieeffizienz, Kraftstoffverbrauch, Klimaschutz, Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit erfüllen. Dem Leichtbau kommt dabei eine besondere Rolle zu. Neuere Entwicklungen gestatten es, dem Endanwender – der Mobilität produzierenden Industrie – bereits mit vorgefertigten Leichtbauverbundwerkstoffen, den Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen, zu arbeiten. Diese neuen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe intelligent zu nutzen, erfordert geeignete Fügetechnologien. Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung einer neuen Fügetechnologie zur Herstellung von Karosseriekomponenten mit Stahl/Kunststoff/Stahl-Verbundwerkstoffen und verschiedenen Werkstoffen durch den Einsatz von thermischer Energie in Form nicht übertragener Lichtbögen und der Laserstrahlung. Angestrebt wird die Herstellung von metallischen, dichten linienförmigen Verbindungen zwischen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen und verzinkten Stählen bei Fügegeschwindigkeiten bis 4m/min mit folgenden Eigenschaften: Zugfestigkeiten > 100 MPa, keine Delamination des Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundes sowie eine gleichmäßige konkave Nahtgeometrie. Eine Delamination des Polymers infolge der Verbindungsherstellung ist zu vermeiden. Es sollen mit der Nutzung von Lichtbogenlöt- und Laserprozessen die Vorteile dieser Technologie, wie die problemlose Integration in die Roboterfertigung (hoher Automatisierungsgrad), nur einseitige Zugänglichkeit (gegenüber Clinchen oder Stanznieten), spalt- und positionstolerant (Erstarrungsbedingungen) sowie keine aufwendigen Vorbehandlung und längeres Fixieren (gegenüber Kleben) erhalten bleiben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde für die Herstellung metallischer dichter artgleicher Verbindungen zu Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen mit extrem dünnen Einzelblechlagen das Flüssigkeitsstrahllöten entwickelt. Erforderlich sind eine Verflüssigung des Lotzusatzwerkstoffes, die Aktivierung der Fügestelle sowie die präzise Einhaltung eines Temperaturregimes, um delaminationsfreie Fügungen herzustellen. Die Nutzung der Induktion ist eine Möglichkeit, den Zusatzwerkstoff zu verflüssigen. Um die angestrebten hohen Lötgeschwindigkeiten von ca. 4 m/min zu erzielen, bedarf es einer sicheren Aktivierung der Fügestelle. Die Laserstrahlung ist hierfür geeignet. Neben der Zielstellung, bei hohen Fügegeschwindigkeiten delaminationsfreie Verbindungen herzustellen, waren als Randbedingung Verbindungsfestigkeiten definiert, die deutlich über denen von Klebungen liegen. Dies konnte sicher erreicht werden. Weiterhin wurde eine konkave Nahtgeometrie erzielt. Das entwickelte Flüssigkeitsstrahllöten ist geeignet, um Verbindungen zu extrem dünnen Bauteilen herzustellen. Delaminationen des Stahl-Kunststoff-Verbundes sind vermeidbar. Die Festigkeit der Verbindung liegt bei ca. 100 MPa. Weiterhin wurden zur Charakterisierung der hergestellten Verbindungen korrosive und metallografische Prüfungen herangezogen. Alle Untersuchungsergebnisse wurden in dieser Arbeit zusammengefasst. N2 - The car of the future has to fulfil the growing social expectations with respect to energy efficiency, fuel consumption, climate protection, safety, comfort and sustainability. A special role thereby belongs to lightweight design. New developments give the final users - the mobility producing industry - the possibility to use steel/plastic/steel-compounds. Intelligent use of these new steel/plastic/steel-compounds demands adequate technologies of joining. Target of the project is the development of a new joining technology to produce body components out of steel/plastic/steel-compounds and different materials using thermal energy in form of non-transferred arcs and laser radiation. Tight linear metallic joints are aimed between steel/plastic/steel-compounds and zinc coated steel parts. The joints shall fit the following requirements: up to 4 m/min speed of assembling, tensile strength > 100 MPa, no delamination of the steel/plastic/steel-compound and an even concave geometry of the joint. Also the delamination of the polymer should be avoided meanwhile the brazing. The potentials of arc-brazing and laser processes like smoothly integration into robot based production lines (high degree of automation) shall be preserved like the possibility to handle from one side only (compared to clinching ore punch riveting), allowance of gaps and small positioning variations (terms of setting), no complex pre-treatment and no long term fixing (compared to glueing). In the context of the project has been developed the spray-brazing to realize tight linear metallic joints between parts made of steel/plastic/steel-compounds with extremely thin single steel sheet layers. Essential are the liquefaction of the filler metal, the activation of the join patch and the precise observance of the temperatures regime to realize joints free of delamination. Induction might be used to liquefy the metal filler. To reach the aimed brazing speed of 4 m/min it is necessary to activate the join patch in a save manner. Laser surface treatment is suitable for this purpose. In addition to the aimed delamination-free joints at high speed-assembling the defined joint strength has been reached reliable. A concave geometry of the joint has been realized. The developed spray-brazing is suitable to realize joints to extremely thin components. The delamination of the steel/plastic-compound is avoidable. The joints strength is about 100 MPa. Additional corrosive and metallographic tests have been done to characterize the realized joints. All results are summarized in this work. KW - Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe KW - Löten KW - Flüssigkeitsstrahllöten Y1 - 2016 SN - 978-3-946885-06-1 N1 - Bericht des Forschungsvorhaben P 1073 / S 024/10214/14 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf ER - TY - GEN A1 - Kilian, Andrè A1 - Klein, Thomas A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Brück, Werner ED - Lampke, Thomas ED - Wagner, Guntram ED - Wagner, Martin Franz-Xaver T1 - Hochgeschwindigkeitslöten mit Flachdrähten - Verfahrensentwicklung T1 - High Speed Soldering with Flat Wires – process development T2 - Tagungsband zum 18. Werkstofftechnischen Kolloquium in Chemnitz, 10. und 11. März 2016 N2 - Flachdrähte werden in der Schweißtechnik häufig mit dem Ziel eingesetzt, die Fügegeschwindigkeit zu erhöhen. Demgegenüber sind erhebliche Aufwendungen bzgl. der Förderung dieser Drähte zu registrieren. Es galt, bei der realisierten Löttechnologieentwicklung den Vorteil der hohen Geschwindigkeit zu nutzen und den Nachteil, die Förderprobleme, zu korrigieren. Mittels 2-dimensionaler Hochgeschwindigkeitsaufnahmen sowie hoch auflösender U-I-t-Messungen werden deutliche Veränderungen der Struktur des Lichtbogens beim Übergang von Rund- zu Flachdrähten nachgewiesen. Diese werden ursächlich für die hohen einstellbaren Fügegeschwindigkeiten (ca. 3 m/min) interpretiert. Parameterstudien zum Löten mit Al-Basis-Flachdrähten komplettieren diese Angaben. Es werden Kennpunkte für die Definition der Maschinenkennlinie vorgestellt. Die hergestellten Lötverbindungen sind metallografisch beurteilt und ihre mechanischen Eigenschaften ermittelt worden. Ein Schwerpunkt der durchgeführten Arbeiten fokussiert auf die Anwendbarkeit des flachen Drahtes für die Herstellung von Bördelnähten mit möglichst kleinem Öffnungswinkel und großer Anbindungsfläche. Als Randbedingung war eine konkave Nahtgeometrie, mit dem Ziel Nacharbeiten zu reduzieren, definiert. Angaben zu Toleranzen und zum Auftreten von Spritzern sind erarbeitet. Es liegen Ergebnisse für die Herstellung von St-St-Verbindungen vor. Die Prozessstabilität konnte durch die Nutzung von Runddrähten, welche örtlich unmittelbar vor dem Lichtbogen zu Flachdrähten umgeformt wurden, sowie durch die Anpassung der Energieübertragung - der Stromkontaktdüse - erzielt werden. Es wird ein neues Drahtvorschubsystem vorgestellt. N2 - Flat wires are often used in welding technique to increase the joining velocity. In contrast there is a considerable effort for the haulage of such wires. Goal of the realized development of brazing technology is to earn the benefit of the high velocity and correcting the haulage problems. Using 2-dimensional high-speed-video-footages and high-resolution U-I-t-measurements significant changes in the arcs structure have been detected meanwhile the shift from round to flat wires. They are interpreted to be casual for the high joining velocity (about 3 m/min) adjustable using flat wires. These data is completed by parameter studies on soldering using Al-flat wires. Checkpoints for the definition of the machines characteristics are represented. The soldered connections have been evaluated metallographical and their mechanical properties have been ascertained. One focus of the investigations described here has been the usability of flat wire for forming flanged seams with preferably small opening angle and big connection area. As an edge condition concave seam geometry has been defined for reduced rework. Specifications for tolerances and the appearance of spatter are developed. Results for the forming of steel-steel-connections are available. Process stability has been achieved using round wires which have been transformed into flat wires next to the arc and adapting the transfer of energy -the power contact cone. A new wire feeder unit is presented. KW - Hochgeschwindigkeitslöten KW - Flachdrähte KW - Bördelnähte Y1 - 2016 SN - 978-3-00-052212-3 SP - 100 EP - 109 PB - TU Chemnitz, Fakultät für Maschinenbau, Institut für Werkstoffwissenschaft und Wertstofftechnik CY - Chemnitz ER - TY - GEN A1 - Rentrop, Sebastian A1 - Winkelmann, Ralf T1 - Metallschutzgas-Löten beschichteter Stahl-Feinbleche mit Al-Basis-Zusatzwerkstoffen T1 - Shielded Metal Gas Soldering of Thin Coated Steel Sheet Using an Aluminium-Based Additive T2 - WOMag: Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche N2 - Auf Grundlage chemisch-metallurgischer Untersuchungen sowie technologischer Entwicklungen wurde ein Aluminium-Basis-Schweißzusatzwerkstoff mit dem Ziel entwickelt, ihn für die Herstellung von Stahl-Stahl-Verbindungen zu nutzen. Gegenüber der Anwendung konventioneller Kupfer-Basis-Lote ergeben sich deutlich geringere Fügetemperaturen und damit Vorteile hinsichtlich der Bauteilgeometrie und dem Verzug. Hinzu kommt eine deutlich geringere Masse in der Fügezone, womit die Ambitionen nach Leichtbau unterstützt werden. Die in der Fügezone zu erwartenden spröden Phasen, infolge der Kontaktierung des flüssigen Aluminium-Zusatzwerkstoffs mit dem Stahlteil, sind durch die Anwendung geregelter Kurzlichtbogenprozesse in einer Kombination mit der Wechselstromtechnologie zu begrenzen. Die Lötparameter sind für die üblichen Blechdicken bis 1,5 mm und die üblichen Beschichtungsvarianten ermittelt. Es werden Ergebnisse zur Spaltüberbrückbarkeit vorgestellt. Die Lötgeschwindigkeiten sind abhängig von den gewünschten Verbindungseigenschaften und liegen im Bereich von 0,30 m/min bis 0,9 m/min. Eine teilmechanisierte Verbindungsherstellung ist zu empfehlen. Die Untersuchungen zur Anwendung des entwickelten Zusatzwerkstoffs sind komplettiert durch die Herstellung von Aluminium-Aluminium-Verbindungen sowie von Mischverbindungen Aluminium-Stahl. Die Beurteilung der neuentwickelten Legierung für die Herstellung von Aluminium-Aluminium-Schweißverbindungen erfolgt vergleichend zu konventionell am Markt erhältlichen Qualitäten, wie dem AlSi5(A) und dem AlMg4,5Mn(A). Als Beurteilungskriterien fungieren neben der Prozessstabilität auch die einstellbaren mechanischen Verbindungseigenschaften. Besondere Aufmerksamkeit kommt der schlagartigen Belastung von Verbindungen zu. Unter Anwendung von geeigneten technologischen Parametern eignet sich die Aluminium-Basis-Legierung für die Herstellung von Mischverbindungen Aluminium-Stahl, wobei Scherzugfestigkeiten bis etwa 200 MPa gemessen werden. N2 - Following extensive chemical and metallurgical studies and subsequent technical development, a new aluminium-based welding material has been launched aimed at improved steel-to-steel joining procedures. In contrast to the conventionally used copper-based solder, the new material permits significantly lower joining temperatures and thus further advantages in terms of component geometry and overall procedure. In addition, the new method reduces weight in the joining zone, thus making a further contribution to weight-reduction of overall structures. Formation of brittle phases in the joining area resulting from contact between the molten aluminium addition agent and the steel component can be minimised by use of a controlled short electric arc in combination with AC technology. Soldering parameters are presented for typical steel sheet thicknesses of 1.5 mm and typical coating conditions. Some results are shown for bridging of cracks. Soldering rates depend on the desired joint properties but are in the range of 0.30 to 0.9 mm/min. A partly-mechanised joining procedure is recommended. Studies on the use of this additive material enable creation of aluminium-aluminium joints as well as those involving mixed metals such as aluminium-steel. Evaluation of this newly developed alloy for creating aluminium-aluminium welded joints affords properties comparable to products commercially available such as AlSi5 (A) and AlMg4.5Mn (A). Assessment criteria apart from ease of processing, include the range of available mechanical joint properties. Noteworthy in particular is the resistance of such joints to impact. Using the appropriate technological parameters, aluminium-based alloys can be used for mixed metal (aluminium-steel) joints for which shear strengths of up to 200MPa have been recorded. KW - Metallschutzgas-Löten KW - Aluminium-Basis-Schweißzusatzwerkstoff KW - Mischverbindungen Y1 - 2016 UR - http://www.wotech-technical-media.de/womag/ausgabe/2016/05/04_rentrop_loeten_05j2016/04_rentrop_loeten_05j2016.php SN - 2195-5905 SN - 2195-5891 VL - 5 IS - 5 SP - 4 EP - 6 ER - TY - GEN A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Kilian, Andrè A1 - Serafinski, Daniel T1 - Flüssigkeitsstrahllöten - ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen an extrem dünnen Bauteilen T1 - Wspomagane laserowo spajanie strumieniem ciekłego lutu – technologia łączenia ekstremalnie cienkich elementów T2 - Przegląd Spawalnictwa N2 - Das Automobil der Zukunft muss die wachsenden gesellschaftlichen Erwartungen im Hinblick auf Energieeffizienz, Kraftstoffverbrauch, Klimaschutz, Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit erfüllen. Dem Leichtbau kommt dabei eine besondere Rolle zu. Neuere Entwicklungen gestatten es, dem Endanwender – der Mobilität produzierenden Industrie – bereits mit vorgefertigten Leichtbauverbundwerkstoffen, den Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen, zu arbeiten. Diese neuen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe intelligent zu nutzen, erfordert geeignete Fügetechnologien. Das tragfähige Verbinden von Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen unter Beibehaltung des Multimaterialkonzeptes wird zum zentralen Baustein der Realisierung von Leichtbau. Ziel des Beitrages ist es, eine neuartige, effiziente Fügetechnologie zur Herstellung von Karosseriekomponenten mit Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen und konventionellen Stählen durch den Einsatz thermischer Energie in Form eines metallischen Flüssigkeitsstrahles vorzustellen. N2 - Motoryzacja przyszłości musi sprostać rosnącym społecznym oczekiwaniom związanym z efektywnym wykorzystaniem energii, zużyciem paliwa, ochroną środowiska, bezpieczeństwem, komfortem i trwałością. Lekkie konstrukcje pojazdów odgrywają przy tym szczególną rolę. Najnowsze rozwiązania technologiczne pozwalają użytkownikowi – w tym wypadku branży motoryzacyjnej – pracować z odpowiednio przygotowanymi lekkimi kompozytami na bazie stali i tworzywa sztucznego. Inteligentne zastosowanie tych kompozytów typu sandwich wymaga odpowiedniej technologii łączenia. Uzyskanie połączeń kompozytów, które spełniają warunki nośności, przy uwzględnieniu wielomateriałowej struktury pojazdu będzie głównym aspektem realizacji lekkich konstrukcji w motoryzacji. Celem artykułu jest przedstawienie nowej, efektywnej technologii wykonywania połączeń elementów karoserii z blach kompozytowych i konwencjonalnych z wykorzystaniem energii cieplnej strumienia ciekłego metalu i aktywacji laserowej. KW - cementing KW - soldering KW - steel-plastic-steel KW - composite material KW - laser activation KW - spajanie KW - lutowanie KW - materiał kompozytowy KW - stal - tworzywo sztuczne - stal KW - aktywacja laserowa KW - Flüssigkeitsstrahllöten KW - Stahl-Kunststoff-StahlVerbundwerkstoffe KW - Laseraktivierung Y1 - 2016 UR - www.pspaw.pl/index.php/pspaw/article/download/649/656 SN - 0033-2364 VL - 88 IS - 9 SP - 9 EP - 13 ER -