Auflösungskontrolle und Qualitätsmanagement in der modernen Schweißtechnik (Auflösungseigenschaften und Kontrollmethoden in den wichtigsten Schweißverfahren)

fortschrittlich (Technologie)SchweisstechnikAuflösungskontrolle und Qualitätsmanagement in
1 Überblick über die Schweißtechnik und die Rolle des Auflösens beim Schweißen
Bei der Schweißtechnik, einem der Kernprozesse der modernen Fertigung, werden dauerhafte Verbindungen hergestellt, indem Materialien durch verschiedene Wärmequellen zu einer atomaren oder intermolekularen Bindung gebracht werden. In diesem Prozess ist das Auflösungsphänomen allgegenwärtig, von der Bildung des Schmelzbades beim Schmelzschweißen bis zur Auflösung des Grundmaterials beim Hartlöten - alle wirken sich direkt auf die Qualität der endgültigen Verbindung aus. Mit der Entwicklung der verarbeitenden Industrie in Richtung hohe Festigkeit, geringes Gewicht, hohe Effizienz, Schweißen Technologie weiter zu innovieren, die genaue Kontrolle des Auflösungsprozesses stellt höhere Anforderungen.

In High-Tech-Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilherstellung hängt die Qualität der Schweißverbindungen direkt mit der Sicherheit und Zuverlässigkeit der gesamten Struktur zusammen. Im Automobilbau beispielsweise wird beim Schweißen von Karosserien eine Vielzahl von Werkstoffen und Dicken verwendet, was eine Kontrolle des unterschiedlichen Auflösungsverhaltens erfordert, um die Konsistenz zu gewährleisten. Auch in der Luft- und Raumfahrt müssen beim Verbinden von Leichtmetalllegierungen mit Spezialstählen die Grenzflächenreaktionen genau kontrolliert werden, um die Bildung schädlicher Phasen zu vermeiden. Das Verständnis und die Kontrolle von Auflösungsphänomenen während des Schweißprozesses ist daher ein unverzichtbares technisches Element der modernen Fertigung.

2 Auflösungsmerkmale und Kontrollmethoden bei den wichtigsten Schweißverfahren
2.1 Auflösungs- und Erosionsschutz beim Löten
Der Kernprozess des Hartlötens, der auf der Kapillarwirkung zum Füllen der Verbindung beruht, ist die gegenseitige Auflösung zwischen dem Grundwerkstoff und dem Lot. Beim Hartlöten von Aluminium-Wärmetauschern sind Auflösung und Erosion besonders deutlich. Es hat sich gezeigt, dass die maximale Temperatur, die Haltezeit sowie die Art und Menge des im Lötprozess verwendeten Lötmaterials den Grad der Auflösung und Erosion beeinflussen.

Beim Vergleich von drei verschiedenen Lötprofilen (normal, erwärmt und stark erwärmt) wurde festgestellt, dass der Grad der Auflösung der Kühlerteile während des Lötens von 181 TP3T bis 681 TP3T variiert. Bei dem stark beheizten Profil kann die Erosion in einigen Bereichen der Lötverbindungen sogar zur Zerstörung der dünnwandigen Kühlrippen führen. Dies deutet darauf hin, dass eine übermäßige Auflösung ernsthafte negative Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der Verbindung haben kann. Daher müssen die widersprüchlichen Anforderungen an die Verbindungsbildung und die Erhaltung des Substrats bei der Prozessgestaltung ausgeglichen werden.

2.2 Beherrschung von Grenzflächenreaktionen beim Schweißen von unterschiedlichen Werkstoffen
Beim Schweißen ungleicher Werkstoffe kommt es an der Grenzfläche zu einer komplexen Interdiffusion der Elemente und zu chemischen Reaktionen, die zur Bildung von Schichten aus intermetallischen Verbindungen führen. Beim Kontaktreaktionslöten von Aluminiumlegierungen mit nichtrostendem Stahl führt die Verwendung von Cu als Zwischenschicht zur Bildung eines Verbundgefüges, das aus intermetallischen Fe2Al5-, FeAl3- und Cu-Al-Verbindungen an der Grenzfläche auf der Seite des nichtrostenden Stahls besteht.

Die Dicke der Schicht der intermetallischen Verbindung an der Grenzfläche nimmt mit zunehmender Haltezeit zu, während die Breite der eutektischen Organisation allmählich abnimmt. Es ist erwähnenswert, dass die Auflösung der Reaktionszwischenschicht Cu sehr schnell erfolgt, ein schneller Prozess, der in Sekunden gemessen wird. Dieses schnelle Auflösungsverhalten stellt extreme Anforderungen an die Prozesssteuerung, die eine genaue Kontrolle des Wärmeeintrags und der Einwirkzeit erfordert.

3 Qualitätsmanagement und Leistungsbewertung beim Schweißen
3.1 Vollständiges Qualitätsmanagementsystem
Die Einrichtung eines umfassenden Qualitätsmanagementsystems für das Schweißen ist der Schlüssel zur Gewährleistung einer stabilen Verbindungsleistung. Dieses System sollte die Entwurfskontrolle, die Prozessüberprüfung, die Online-Überwachung, die Endkontrolle und andere Verbindungen umfassen. Bei wichtigen Bauteilen muss außerdem ein System zur lückenlosen Rückverfolgbarkeit des Prozesses vom Rohmaterial über das Lager bis hin zur Produktfabrik eingerichtet werden.

Die Qualitätskontrolle muss sich auf das Aussehen der Schweißnaht, die Maßhaltigkeit, die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur konzentrieren. Für High-End-Fertigungsbereiche wie die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie sind auch spezielle Prüfungen wie Ermüdungsleistung und Bruchzähigkeit erforderlich, um die langfristige Zuverlässigkeit von Verbindungen unter komplexen Belastungen zu bewerten.

3.2 Zerstörungsfreie Prüfung und Leistungsvorhersage
Die moderne Qualitätskontrolle beim Schweißen stützt sich zunehmend auf fortschrittliche zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Röntgenprüfung, Ultraschallprüfung und Wirbelstromprüfung. Mit diesen Verfahren lassen sich interne Defekte erkennen und die Qualität von Verbindungen beurteilen, ohne das Produkt zu zerstören.

Inzwischen ist die Schweißprozesssimulation auf der Grundlage der digitalen Zwillingstechnologie zu einem leistungsfähigen Werkzeug für die Vorhersage der Verbindungsleistung geworden. Durch die Konstruktion eines virtuellen Modells, das die mechanische Reaktion beim Schneiden dynamisch simulieren kann, haben die Forscher die Vorhersagegenauigkeit um 15% verbessert, was nicht nur den Materialabfall verringert, sondern auch die Bearbeitungszeit verkürzt. Ein ähnlicher Ansatz kann auch zur Optimierung und Vorhersage des Schweißprozesses verwendet werden.

4 Entwicklungstrend der Schweißtechnik und innovative Anwendung
4.1 Intelligentes und automatisiertes Schweißen
Die Schweißtechnik entwickelt sich rasch in Richtung Intelligenz und Automatisierung. Intelligente Schweißsysteme überwachen den Schweißprozess in Echtzeit durch die Fusion von Multisensor-Informationen, passen die Parameter automatisch an und gewährleisten eine gleichbleibende Qualität der Verbindung. So kann beispielsweise das Schweißnahtverfolgungssystem auf der Grundlage der maschinellen Bildverarbeitung automatisch die Position der Schweißnaht ermitteln und Montagefehler ausgleichen.

Schweißroboterarbeitsplätze und flexible Schweißlinien sind in großen Fertigungsbetrieben zum Standard geworden und verbessern die Produktivität und Stabilität erheblich. Diese Systeme umfassen in der Regel Schweißstromquellen, Bewegungssteuerung, Sensorüberwachung und Datenanalysemodule, die eine digitale Steuerung des Schweißprozesses ermöglichen.

4.2 Schweißtechnische Herausforderungen bei neuen Werkstoffen und Konstruktionen
Das ständige Aufkommen neuer Werkstoffe stellt die Schweißtechnik vor neue Herausforderungen. Werkstoffe wie hochfeste Stähle, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen und Verbundwerkstoffe haben sehr unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften, die die Entwicklung spezieller Schweißverfahren und Schweißzusatzwerkstoffe erfordern.

Aufstrebende Technologien wie das Rührreibnietschweißen weisen einzigartige Vorteile auf, wenn es um das Verbinden unterschiedlicher Materialien geht. Mit dieser Technologie ist es gelungen, Aluminiumlegierungen mit Stahl durch eine Kombination aus mechanischer Verriegelung und endlicher metallurgischer Verbindung in hoher Qualität zu verbinden. Studien haben gezeigt, dass die Bildung schädlicher intermetallischer Verbindungen durch eine Oberflächenbeschichtung mit Zn oder die Zugabe von Zn-Elementen verringert und die Verbindungsleistung verbessert werden kann.

4.3 Green Welding und nachhaltige Entwicklung
Ein weiterer wichtiger Entwicklungstrend ist die Ökologisierung und Energieeinsparung in der Schweißtechnik. Durch die Optimierung der Prozessparameter, die Verringerung des Energieverbrauchs und des Materialabfalls sowie die Entwicklung von Schweißmaterialien mit wenig Rauch und schädlichen Gasen können die Umweltauswirkungen des Schweißprozesses erheblich reduziert werden.

gelötetDie Leichtbauweise von Strukturen trägt auch direkt zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung bei. Im Automobilbau ist es beispielsweise möglich, durch die Verwendung einer Hybridstruktur aus hochfestem Stahl und Aluminiumlegierung und die Kombination mit fortschrittlichen Verbindungstechniken das Gewicht der Karosserie und den Kraftstoffverbrauch zu verringern und gleichzeitig die Sicherheit zu gewährleisten.