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Magnetimpulsschweißen erleichtert die Herstellung von Mischverbindungen

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Schwerpunkt liegt auf Blechanwendungen

Der grundsätzliche Aufbau für das Magnetimpulsschweißen ist in Bild 2 am Beispiel des Fügens von Rohren und in Bild 3 für das Fügen von Halbzeugen aus Blech dargestellt. Beide Konzepte bestehen aus einem Stoßstromgenerator (in Bild 2 und 3 repräsentiert durch das elektrische Ersatzschaltbild mit Kapazität C, innerer Induktivität Li und innerem Widerstand Ri), der geometrisch an die jeweilige Fügeaufgabe angepassten Werkzeugspule (häufig auch als Induktor bezeichnet), dem umzuformenden Fügepartner (der sogenannte Flyer) und dem statischen Fügepartner, der als Target bezeichnet wird.

Für den Fügeprozess werden die Enden von Flyer und Target überlappend in definiertem Abstand positioniert. Der Kondensator des Stoßstromgenerators wird aufgeladen und dann über die Werkzeugspule entladen, sodass ein gedämpfter, sinusförmiger Strom fließt, der ein entsprechendes Magnetfeld und einen dem Spulenstrom entgegengesetzt gerichteten Strom im Flyer induziert. So entstehen Lorenzkräfte im Flyer, die, wenn sie die Fließspannung des Werkstoffes erreichen, eine von der Werkzeugspule weggerichtete, plastische Deformation des Flyers bewirken. Dieser Effekt wird als elektromagnetische Umformung bezeichnet. Ist die initiale Distanz zwischen Flyer und Target überwunden, kommt es zur Kollision der beiden Fügepartner. Wenn die Aufprallbedingungen innerhalb eine von der zu fügenden Werkstoffkombination abhängigen Prozessfensters liegen, kommt es zum stoffschlüssigen Verbund.

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Wesentlich ist, dass sich die Werkstücke infolge einer Hochgeschwindigkeitskollision fast ohne Erwärmung verbinden und temperaturinduzierte Probleme üblicher Schweißverfahren, wie Verzug oder Festigkeitsverluste, in der Wärmeeinflusszone nicht auftreten. Auch intermetallische oder oxydische Phasen bilden sich kaum aus, was sich ebenfalls positiv auf die Verbindungsqualität auswirkt. Damit werden konventionell als nicht schweißbar einzustufende Werkstoffkombinationen machbar. Außerdem werden keine Schutzgase, Zusatz- oder Hilfsstoffe benötigt. Der Prozess ist aufgrund der relativ geringen Werkzeugbindung flexibel einsetzbar und zeichnet sich durch gute Reproduzier- und Automatisierbarkeit, vergleichsweise kurze Prozesszeiten sowie geringen Energieeinsatz aus [6].

Ein Fokus von JOIN’EM liegt auf der Technologieentwicklung für das Blechschweißen. Durch detaillierte numerische und experimentelle Parameterstudien soll der Einfluss der einstellbaren Prozessgrößen auf die Verbundausbildung und die resultierende Verbindungsqualität bestimmt, und basierend darauf, Richtlinien für die Prozessführung abgeleitet werden.

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