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Grundlegende Untersuchungen zum flussmittelfreien Löten von Leichtmetall-Material-Mix Konstruktionen
(2007)
Die Auswirkungen von Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoffzumischungen im vpm-Bereich zu Argon auf das MIG-Impulsschweißen von Aluminium werden mittels mechanisch-technologischer Untersuchungen, der Hochgeschwindigkeitskinematografie und der Emissions-Spektroskopie ermittelt. Stickstoff- und Sauerstoffzumischungen bewirken bereits unter 0,1 % eine erhebliche Erhöhung des Einbrands und eine Verringerung der Mikroporosität gegenüber Reinargon, während durch Wasserstoffzumischung bis etwa 0,1 % die Mikroporosität kaum beeinflusst wird. Aufgrund einer Erhöhung der Lichtbogenstabilität verbessert sich die Prozesssicherheit durch geringe molekulare Aktivgaszumischungen im Al-Dünnblechbereich. Metalldampf im Kernbereich des MSG-Lichtbogens führt mit einer ausgeprägten Strömung in Richtung Schmelzbad zu einer Kühlung des Plasmas. Dabei erhöht Stickstoff- und Sauerstoffzumischung den Metalldampfpartialdruck im Lichtbogenplasma und kontrahiert den Metalldampfstrahl. Verstärkte Elektronenemission an der Kathodenoberfläche durch hocherhitzte Metalloxide bzw. nitride verbessert die elektrische Leitfähigkeit begleitet von einer Erhöhung des Plasma-Ionisierungsgrads.
Der Einsatz von Lötverfahren zum Fügen reduziert gegenüber der Schweißtechnik die Prozesstemperaturen und ermöglicht sowohl die Realisierung anspruchsvoller Mischverbindungen als auch das Fügen verzinkter Stähle mit minimaler Zinkschichtverletzung. Aktuelle Entwicklungen von Lotwerkstoffen zielen sowohl in Richtung Absenkung der Schmelztemperaturen als auch in Richtung Festigkeitssteigerung, um die Anwendungsmöglichkeiten noch weiter zu vervielfältigen. Dabei unterliegen sowohl Eisenbasislegierungen als auch Systeme auf Kupfer- oder Zinkbasis einer stetigen Weiterentwicklung. Die bereits heute erreichbaren Festigkeiten reichen bis etwa 900 MPa (CuAl8Mn13Ni2Fe2) bei Kupferbasislegierungen und 410 MPa (AnAl7,5Cu2,5 + 180 ppm Mg) bei Zinklegierungen. Neben der Energieeinsparung durch die reduzierten Prozesstemperaturen beim Fügen und der Möglichkeit Hybridstrukturen herzustellen, ergeben sich außerdem Vorteile bei der Reparatur und dem Recycling von Bauteilen. Da der Zusatzwerkstoff unabhängig vom Grundwerkstoff wiederaufgeschmolzen werden kann, sind eine leichtere Reparatur und auch ein Trennen der Bauteile zum Recycling möglich. Dies führt bei Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus zu einer höheren Energieeffizienz und einer Schonung der natürlichen Rohstoffe und Ressourcen. Durch die steigenden Energie- und Werkstoffkosten und den damit verbundenen Kostendruck rückt dieser Aspekt neben der Machbarkeit und Produktivität langsam, aber sicher ins Blickfeld der Unternehmen. Kostenvorteile ergeben sich außerdem durch Betrachtung und Modifikation ganzer Fertigungsketten. Niedrigschmelzende Zusatzwerkstoffe ermöglichen beispielsweise das Fügen verzinkter Halbzeuge ohne Zinkschichtverletzung. Da Halbzeuge in großen Mengen kostengünstiger verzinkt werden können als fertige Konstruktionen, ist das Fügen verzinkter Halbzeuge insgesamt günstiger als das Verzinken geschweißter Stahlkonstruktionen.