Industrie

Schweißen - Elektronenstrahlschweißen

Elektronenstrahlschweißen

Beim Elektronenstrahlschweißen wird das Werkstück mit einem dichten Strom von Hochgeschwindigkeitselektronen beschossen. Die Energie dieser Elektronen wird beim Aufprall in Wärme umgewandelt . Eine Strahlfokussierungsvorrichtung ist enthalten, und das Werkstück wird üblicherweise in einer evakuierten Kammer angeordnet, um eine ununterbrochene Elektronenbewegung zu ermöglichen. Die Erwärmung ist so intensiv, dass der Strahl fast augenblicklich ein Loch durch die Fuge verdampft . Mit sehr hohen Spannungen - bis zu 150 Kilovolt - können extrem enge Schweißnähte mit tiefer Durchdringung hergestellt werden. Werkstücke werden genau durch eine automatische positioniert traverse Vorrichtung; Beispielsweise wäre eine Schweißnaht aus 13 mm (0,5 Zoll) dickem Material nur 1 mm (0,04 Zoll) breit. Typische Schweißgeschwindigkeiten sind 125 bis 250 cm (50 bis 100 Zoll) pro Minute.

Kaltschweißen

Das Kaltschweißen, das Verbinden von Materialien ohne Verwendung von Wärme, kann einfach durch Zusammenpressen erreicht werden. Oberflächen müssen gut vorbereitet sein, und je nach Material ist ein Druck erforderlich, der ausreicht, um eine Verformung von 35 bis 90 Prozent an der Fuge zu erzeugen. Überlappungsverbindungen in Blechen und Kaltstumpfschweißen von Drähten bilden die Hauptanwendungen dieser Technik. Druck kann durch Stanzpressen, Rollständer oder Druckluftwerkzeuge ausgeübt werden. Für die Herstellung einer Verbindung aus Aluminium sind Drücke von 1.400.000 bis 2.800.000 Kilopascal (200.000 bis 400.000 Pfund pro Quadratzoll) erforderlich. Fast alle anderen Metalle benötigen höhere Drücke.

Reibschweißen

Beim Reibschweißen werden zwei Werkstücke unter Last zusammengebracht, wobei sich ein Teil schnell dreht. An der Grenzfläche wird Reibungswärme entwickelt, bis das Material plastisch wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Rotation gestoppt und die Last erhöht, um die Verbindung zu verfestigen. Mit der plastischen Verformung ergibt sich eine starke Verbindung, und in diesem Sinne kann der Prozess als Variation des Druckschweißens angesehen werden. Der Prozess ist selbstregulierend, da mit steigender Temperatur an der Verbindung der Reibungskoeffizient verringert wird und keine Überhitzung auftreten kann. Die Maschinen sehen fast wie Drehmaschinen aus. Geschwindigkeit, Kraft und Zeit sind die Hauptvariablen. Der Prozess wurde für die Herstellung von Achsgehäusen in der Automobilindustrie automatisiert .

Laserschweißen

Das Laserschweißen wird erreicht, wenn die von einer Laserquelle emittierte Lichtenergie auf ein Werkstück fokussiert wird, um Materialien miteinander zu verschmelzen. Die begrenzte Verfügbarkeit von Lasern mit ausreichender Leistung für die meisten Schweißzwecke hat die Verwendung in diesem Bereich bisher eingeschränkt. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Geschwindigkeit und die Dicke, die geschweißt werden können, nicht so sehr durch die Leistung, sondern durch die Wärmeleitfähigkeit der Metalle und durch die Vermeidung der Metallverdampfung an der Oberfläche gesteuert werden. Besondere Anwendungen des Verfahrens mit sehr dünnen Materialien bis zu 0,5 mm (0,02 Zoll) waren jedoch sehr erfolgreich. Das Verfahren ist nützlich beim Verbinden von miniaturisierten elektrischen Schaltkreisen.

Diffusionsbindung

Diese Art der Bindung beruht auf der Wirkung des angewendeten Drucks bei erhöhter Temperatur über einen nennenswerten Zeitraum. Im Allgemeinen muss der angewendete Druck geringer sein als der, der erforderlich ist, um eine Verformung von 5 Prozent zu verursachen, damit der Prozess auf fertige Maschinenteile angewendet werden kann. Das Verfahren wurde am intensivsten in der verwendetLuft- und Raumfahrtindustrie zum Verbinden von Materialien und Formen, die sonst nicht hergestellt werden könnten - zum Beispiel Kanäle mit mehreren Rippen und Wabenbau. Stahl kann in wenigen Minuten bei über 1.000 ° C (1.800 ° F) diffusionsgebunden werden .

Ultraschallschweißen

Die Ultraschallverbindung wird erreicht, indem die beiden zu schweißenden Teile zwischen einem Amboss und einer Vibrationssonde oder Sonotrode festgeklemmt werden. Die Vibration erhöht die Temperatur an der Grenzfläche und erzeugt die Schweißnaht. Die Hauptvariablen sind die Klemmkraft, die Leistungsaufnahme und die Schweißzeit. Eine Schweißnaht kann in 0,005 Sekunden an dünnen Drähten und bis zu 1 Sekunde mit einem 1,3 mm (0,05 Zoll) dicken Material hergestellt werden. Punktschweißungen und Endlosschweißungen werden mit guter Zuverlässigkeit hergestellt. Zu den Anwendungen gehört die umfassende Verwendung beim Anschluss von Blei an integrierte Schaltkreise, Transistorkanister und Aluminiumdosenkörper.

Explosives Schweißen

Explosive welding takes place when two plates are impacted together under an explosive force at high velocity. The lower plate is laid on a firm surface, such as a heavier steel plate. The upper plate is placed carefully at an angle of approximately 5° to the lower plate with a sheet of explosive material on top. The charge is detonated from the hinge of the two plates, and a weld takes place in microseconds by very rapid plastic deformation of the material at the interface. A completed weld has the appearance of waves at the joint caused by a jetting action of metal between the plates.

Weldability of metals

Carbon and low-alloy steels are by far the most widely used materials in welded construction. Carbon content largely determines the weldability of plain carbon steels; at above 0.3 percent carbon some precautions have to be taken to ensure a sound joint. Low-alloy steels are generally regarded as those having a total alloying content of less than 6 percent. There are many grades of steel available, and their relative weldability varies.

Aluminum and its alloys are also generally weldable. A very tenacious oxide film on aluminum tends to prevent good metal flow, however, and suitable fluxes are used for gas welding. Fusion welding is more effective with alternating current when using the gas-tungsten arc process to enable the oxide to be removed by the arc action.

Copper and its alloys are weldable, but the high thermal conductivity of copper makes welding difficult. Refractory metals such as zirconium, niobium, molybdenum, tantalum, and tungsten are usually welded by the gas-tungsten arc process. Nickel is the most compatible material for joining, is weldable to itself, and is extensively used in dissimilar metal welding of steels, stainlesses, and copper alloys.