Das Kernthema der Arbeit ist die Temperaturentwicklung in der Fügezone beim Kollisionsschweißen. Aus der Literaturrecherche geht hervor, dass das Verständnis dieses Verfahrens zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht ausreichend ist, um die Mechanismen ausreichend zu beschreiben und das Schweißergebnis vorherzusagen. Insbesondere der örtliche und zeitliche Temperaturverlauf in der Fügezone ist kaum bekannt.
Vor allem mithilfe von Experimenten mit dem elektromagnetischen Pulsschweißen und mit einem speziell für Grundlagenuntersuchungen entwickelten Versuchsstand werden die thermischen Effekte untersucht. Zum Einsatz kommt eine Wärmebildkamera, eine Bildverstärkerkamera sowie eine Spiegelreflexkamera, mit denen der eigentliche Fügevorgang beziehungsweise die Probe beobachtet werden. Die Temperaturentwicklung der Proben erlaubt einen Rückschluss auf deren Energiehaushalt und die Bildaufnahmen ermöglichen die Identifikation der zugehörigen physikalischen und chemischen Effekte. Zudem wird die Fügezone metallographisch untersucht.
Es zeigt sich dabei, dass in der Fügezone kurzzeitig Temperaturen bis über 1000 °C auftreten, womit sich das stängelförmige Gefüge in der Fügezone als Erstarrungsgefüge erklären lässt. Das Entstehen einer Verbindung ist energetisch nachweisbar. Darüber hinaus beeinflusst die Reaktivität des Umgebungsmediums durch die exotherme Reaktion mit dem Probenwerkstoff als zusätzliche Energiequelle die Temperatur der Fügezone und damit der gesamten Probe. Dies zeigt sich auch in der Ausdehnung des Erstarrungsgefüges in der Fügezone. Das charakteristische Prozessleuchten wird mit diesen Befunden ebenfalls erklärbar: Es entsteht hauptsächlich durch die plastische Deformation in der Fügezone sowie durch ausgestoßenes und verbrennendes Grundmaterial.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Bindungsmechanismen des Magnetimpulsschweißens (MPS). Die Motivation leitet sich aus der enormen Nachfrage zur Herstellung von Mischverbindungen und dem damit einhergehenden Einsatz von kalten Fügeverfahren ab. Trotz der adressierten Potentiale und ersten Entwicklungen in den sechziger Jahren konnte sich das Verfahren in der Industrie bis heute kaum durchsetzen. Die Gründe dafür liegen in den bisherigen Forschungsergebnissen des MPS, welche die grundlegenden Fragestellungen hinsichtlich der Bindungsvorgänge bisher nicht beantworten konnten. Dies betrifft im Speziellen den Einfluss der kinematischen und physikalischen Prozessgrößen auf die Verbindungsbildung und auf die erzielbaren Gebrauchseigenschaften.
Mit den durchgeführten Untersuchungen konnte in Anlehnung an das enorm erforschte Explosionsschweißen (EXS) schließlich ein Beitrag zum Prozessverständnis sowohl beim MPS als auch beim EXS selbst geleistet werden. Die bisherige Herausforderung den Prozess zu beschreiben, führte zu zahlreichen analytischen Modellen beim EXS. So konnte mithilfe von Hochgeschwindigkeitsaufnahmen eine zielorientierte und systematische Untersuchung eingeleitet werden. Diese ermöglichte, die analytischen Modelle des EXS zu validieren und auf das MPS zu übertragen sowie die Modelle auf Basis empirischer Daten weiterzuentwickeln. Untersucht wurden dabei metallische Materialkombinationen unterschiedlicher Werkstoffgruppen, im speziellen Aluminium, Kupfer- und Stahllegierungen niedriger und höherer Festigkeitsklassen. Die erzielten Ergebnisse bieten nun die Gelegenheit, die Magnetimpulstechnologie für das Schweißen weiterzuentwickeln und sogar schwer schweißbare Materialkombinationen mit optimalen Gebrauchseigenschaften zu realisieren.
Aktualisiert: 2020-12-08
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