Messtechnisches Erfassen und Steuern von thermisch bedingten Fügemechanismen beim Magnetpulsschweißen

Das Magnetpulsschweißen ermöglicht das stoffschlüssige Fügen verschiedenartiger Metalle, wobei die intermetallische Phasenbildung im Gegensatz zu herkömmlichen Schmelzschweißverfahren deutlich reduziert werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Entwicklung eines neuartigen optischen Messsystems, welches sich zum Bestimmen der axialen und radialen Kollisionsgeschwindigkeit eignet und die Berechnung des Kollisionswinkels ermöglicht. Es wertet das charakteristische Prozessleuchten aus, das bei der Fügepartnerkollision während dieses Pressschweißverfahrens entsteht. Experimente in Vakuumatmosphäre belegen, dass die Temperatur im Fügespalt bei kleinen Kollisionswinkeln deutlich über den Siedetemperaturen der beteiligten Werkstoffe liegen kann. Die aus dem Fügespalt strömende heiße Partikelwolke schmilzt die Fügepartneroberflächen an, bevor diese aufeinander treffen, sich stoffschlüssig verbinden und schließlich rasch abkühlen. Metallografische Analysen belegen die angeschmolzenen Bereiche in der Fügeverbindung und bilden den Ausgangspunkt für ein numerisches Modell, welches das Aufheiz- und Abkühlverhalten der Oberflächen abschätzt. Das patentierte Messsystem hilft außerdem bei der Prozesseinstellung und -überwachung mit möglichst geringer Impaktgeschwindigkeit, wobei der Einfluss verschiedener anlagen- bedingter und geometrischer Faktoren untersucht wird. Der Wärmeeintrag in die Verbindungszone kann außerdem durch exotherm reagierende Zwischenschichten erhöht und dadurch die benötigte Impaktgeschwindigkeit reduziert werden. Die genannten Maßnahmen tragen dazu bei, die thermischen und mechanischen Belastungen auf die Werkzeugspulen zu reduzieren und damit ihre Lebensdauer zu erhöhen.