Anwendung der Auflösetechnik beim Nietschweißen: Grundsätze, Verfahren und Fallstudien

Anwendung der Auflösetechnik beim Nietschweißen: Grundsätze, Verfahren und Fallstudien
Die Prozessgrenzen der Fertigung werden neu definiert, wenn die Auflösung nicht mehr eine Trennung ist, sondern eine Brücke zur Konnektivität wird.

Im Bereich des Nietschweißens und Lötens ist das Auflösen weit mehr als ein einfacher Materialtrennungsprozess. Von der Bildung der Lötlegierung bis hin zur Qualitätskontrolle der Verbindungen ist ein tiefgreifendes Verständnis des Auflösungsverhaltens zu einem Schlüsselfaktor für die Optimierung des Fügeprozesses geworden. In diesem Beitrag werden die Anwendungsprinzipien, spezifische Prozesse und praktische Beispiele der Auflösetechnik beim Nietschweißen erörtert.

Löslichkeit: eine Grundlage für den Werkstoffdialog beim Nietschweißen und Löten
Die Löslichkeit ist im Wesentlichen die Fähigkeit eines Stoffes, sich in einem anderen Stoff aufzulösen.7 Beim Nietschweißen spiegelt sich diese Definition auf zwei Ebenen wider:

Phase der Legierungsherstellung: Die verschiedenen Elemente, aus denen die Lotlegierung besteht, müssen sich ineinander auflösen, um eine Legierung mit der richtigen Zusammensetzung zu bilden. Wenn sie sich nicht gut mischen/diffundieren, kommt es zu Ausscheidungen einzelner Metalle im erstarrten Produkt-7.

Phase des Lötprozesses: Die Löslichkeit hängt von der Fähigkeit der Legierung ab, in die Metallisierung zu diffundieren. Die Löslichkeit/Diffusionsrate im Substrat ist für verschiedene Lotlegierungen unterschiedlich-7.

Dies zu verstehen ist für die Optimierung des Nietschweißprozesses von entscheidender Bedeutung. Beim einseitigen Stanz-Reibnietschweißen beispielsweise wird durch die Reibung zwischen dem Niet und dem Werkstoff Wärme erzeugt, die das zu verbindende Blech erweicht, und das gegenseitige Diffusionsverhalten der Werkstoffe in diesem thermodynamischen Kopplungsprozess wirkt sich direkt auf die Qualität der Verbindung aus-3.

Wärme-Auflösungs-Kopplungseffekte beim Nietschweißlöten
Bei fortschrittlichen Nietschweißverfahren besteht eine enge Kopplung zwischen Wärmeeintrag und Auflösungsverhalten. Das von der Shanghai Jiaotong University erforschte einseitige Reibnietschweißverfahren für Aluminiumlegierungen ist ein Beispiel dafür. Das Verfahrensprinzip besteht darin, Hochgeschwindigkeits-Halbhohlnieten in das zu verbindende Blech zu nieten, und die Reibung zwischen dem Niet und dem Material erzeugt Wärme, um das zu verbindende Blech zu erweichen-3.

Bei diesem Verfahren verändert der Wärmeeintrag die Auflösungseigenschaften der Materialien, und die gegenseitige Auflösung der Materialien wirkt sich auf die Wärmeübertragung und die Verbindungsbildung aus. Es hat sich gezeigt, dass unter bestimmten Parametern das Material zwischen der oberen und der unteren Platte der Verbindung unter der Einwirkung von Wärme-3 eine metallurgische Verbindung bildet, die der gegenseitigen Auflösung von Metallen beim herkömmlichen Schweißen ähnelt.

Anwendung des Auflösungsverfahrens bei der Vorbehandlung von Verbindungen
Die Auflösungstechnologie spielt auch in der Vorbehandlungsphase der Verbindung eine wichtige Rolle. Am Beispiel des effizienten Polymerauflösungsverfahrens, das auf dem Bohai-Ölfeld angewandt wird, lässt sich die Auflösungszeit des trockenen Polymerpulvers durch die Optimierung der drei Stufen des Auflösungsprozesses auf etwa 40 Minuten reduzieren4 , was die Effizienz des anschließenden Fügeprozesses erheblich verbessert.

Ein ähnliches Prinzip wird bei der Vorbehandlung von Metallverbindungen angewandt. Mittels spezifischer Auflösetechniken können oxidierte Schichten oder Verunreinigungen von der Metalloberfläche entfernt werden, wodurch günstigere Oberflächenbedingungen für das anschließende Nietenschweißen geschaffen werden.

Praxisbeispiel: Auflösungs-Technologie Optimiertes Nietschweißen
Fall 1: Leichtbau-Konnektivität für die Automobilindustrie

Im Automobil-Leichtbau wird das Pressnieten (SPR) in großem Umfang zum Verbinden von Aluminium mit Aluminium und von Aluminium mit Stahl eingesetzt.8 Bei diesem Verfahren hat das Verständnis des Auflösungsverhaltens des beschichteten Metalls einen direkten Einfluss auf die Auswahl der Verbindungsparameter. So muss beispielsweise beim Verbinden von verzinkten Stahlblechen mit Aluminiumlegierungen das gegenseitige Auflösungsverhalten von Zink und Aluminium bei erhöhten Temperaturen berücksichtigt werden, um die Bildung spröder Phasen zu vermeiden.

Fall 2: Kunststoff-Metall-Verbundkonstruktionen

Auflösungstechnologien haben sich bei der Verbindung von Kunststoff-Metall-Verbundstrukturen als besonders wertvoll erwiesen. Das Polystyrol-Auflösungsverfahren beispielsweise verwendet Lösungsmittel, um Polystyrol-Abfallkunststoff aufzulösen und Polystyrol-Pellets durch Erhitzen, Entgasen, Extrudieren und Pelletieren zu recyceln.9 Diese Art von Verfahren kann zur Vorbereitung einer Zwischenschicht für die Kunststoff-Metall-Verbindung verwendet werden, um die Verbindungseigenschaften ungleicher Materialien zu optimieren.

Prozessoptimierung: Parameterauswahl auf der Grundlage des Auflösungsverhaltens
Die Optimierung der Parameter auf der Grundlage des Auflösungsverhaltens des Werkstoffs ist für die Entwicklung des Nietschweißverfahrens von entscheidender Bedeutung. Am Beispiel des einseitigen selbststanzenden Reibnietschweißens an der Shanghai Jiao Tong University wurde der zweistufige Prozess durch eine orthogonale Versuchsplanung optimiert. Der Index für die geometrische Bewertung der Verbindung und die mechanischen Eigenschaften wurden als experimentelle Indizes verwendet, und am Ende wurden die optimalen zweistufigen Prozessparameter ausgewählt.

Ein ähnlicher Ansatz gilt für andere Formen des Nietschweißlötens. Durch die Analyse des Auflösungsverhaltens des Werkstoffs im gekoppelten Wärme-Kraft-Feld kann das Prozessfenster genauer bestimmt werden, was die Qualität der Verbindung und die Prozessstabilität verbessert.

Schlussbemerkungen
Die Konvergenz der Auflösetechnik mit dem Nieten und Löten bedeutet eine Verschiebung in der Fertigung weg von der traditionellen Prozessklassifizierung hin zu einer interdisziplinären Integration auf der Grundlage der Materialwissenschaft. Ein tiefgreifendes Verständnis des Auflösungsverhaltens hilft uns nicht nur bei der Optimierung bestehender Fügeverfahren, sondern bietet auch eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Fügetechnologien der nächsten Generation. Für Fertigungsunternehmen, die sich der technologischen Innovation und Prozessoptimierung verschrieben haben, wird die Nutzung dieser Konvergenz der Technologien eine Schlüsselstrategie sein, um im Wettbewerb die Nase vorn zu haben.