Ingenieure des Shanghai Institute of Optics and Mechanics (SIOM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben eine neue Technologie zum Mischschweißen entwickelt. Das vorgeschlagene Verfahren verschmilzt Aluminium mit Stahl – durch Widerstandsschweißen zusammen mit einem leistungsstarken Laser haben Wissenschaftler gelernt, wie man Metalle zuverlässig verbindet und gleichzeitig ihre Vorteile behält. Das System verspricht ein breites Anwendungsspektrum, von der Produktion leichter, aber langlebiger Autos bis hin zur Montage billigerer Raumfahrzeuge.
Wie die Entwickler erklärten, ist die Schaffung von Strukturen auf Basis unterschiedlicher Materialien eine der Schlüssellösungen für die Automobilindustrie und eine Reihe anderer Branchen. Durch die Kombination von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften erhöhen Autohersteller die Reichweite ihrer Autos, verbessern die Aerodynamik und reduzieren das Gewicht. Das Schweißen verschiedener Metalle ist jedoch mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Das Hauptproblem ist die extrem geringe Löslichkeit von Eisen in Aluminium, die die Bildung starker Legierungen verhindert.
„In den letzten Jahren hat das Laserschweißen viele Vorteile wie eine hohe Produktionseffizienz und einen geringen Wärmeeintrag gezeigt, und seine Anwendung in der Automobilindustrie wird allmählich erweitert. Das Aluminium-Stahl-Laserschweißen ist jedoch aufgrund der Bildung vieler Risse und spröder intermetallischer Legierungen immer noch mit großen Schwierigkeiten konfrontiert, was eine breite Anwendung zum Verbinden von Aluminium mit Stahl nicht zulässt “, so die Autoren der Studie.
Chinesische Ingenieure haben herausgefunden, wie man diesen Mangel beseitigt. Zuerst verwendeten sie Widerstandspunktschweißen, um Schweißnähte zu erstellen, und ergänzten den Prozess dann durch Laserschweißen. Die erste Stufe bot Widerstand gegen eine hohe Zugscherbelastung, ergab jedoch eine schlechte Duktilität und eine geringe Energieabsorption. Und die zweite Stufe, die auf Schwachstellen abzielt, blockiert die Ausbreitung von Rissen entlang der Grenzfläche und verleiht der Probe die erforderliche Festigkeit.
Durch die Prüfung eines fertigen Materials aus Aluminium und Stahl stellten die Wissenschaftler fest, dass die Dicke spröder intermetallischer Verbindungen mit der neuen Technologie leicht kontrolliert werden kann. Im Vergleich zum Widerstandspunktschweißen wurden die Scher- und Zugspitzenspitzen sowie die Energieaufnahme um 18,2 % bzw. 424,8 % für Hybridschweißungen erhöht. Die Technologie kann bereits skaliert und auf die Industrie übertragen werden. Die Entwicklungen zielen zunächst auf die Autoindustrie ab – ein Bereich, in dem dieses Verfahren laut Wissenschaftlern am stärksten nachgefragt sein wird.
2022-09-08 10:38:27
Autor: Vitalii Babkin