© ISF 2007

Wir fügen Alles?!

IHK Düsseldorf20.08.2007

Univ.-Prof. Dr.-Ing. U. Reisgen

Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik

© ISF 2007

Leitlinie des ISF

Exzellente Ausbildung zu kreativen und verantwortungsbewussten Ingenieuren

Interdisziplinäre Spitzenforschung in nationalen und internationalen Projekten und Kooperationen

Technologietransfer durch kompetente Beratung,Fortbildungsmaßnahmen und Publikationen

Entwicklung komplexer fügetechnischer Lösungenfür Anwender in Industrie und Handwerk

© ISF 2007

Fügetechnisches

Exzellenzzentrum

Jülich–Aachen Research Alliance

Lichtbogenschweißverfahren und industrielle Automatisierung

Prüftechnik und Werkstoffanalyse

Schweißprozesssimulation Widerstandsschweißen und Reibschweißen

Schweißtechnische Fertigung und Apparatebau

Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen

Laser- und Elektronenstrahlschweißen Klebtechnik

www.wir-fügen-alles.de

© ISF 2007

Lichtbogenschweißen und industrielle Mechanisierung

Metall-Schutzgasschweißen• Verschiedene Prozessvarianten• Stromquellen verschiedener Hersteller

Unterpulverschweißen• Dünndrahttechnologie• Kaltdrahtzufuhr• Konstantspannungsstromquellen• Square-Wavestromquelle

WIG- und Plasmaschweißen• Stromquellen verschiedener Hersteller

Auftragschweißen• Plasma-Pulverauftragschweißen• UP-Bandauftragschweißen• RES-Auftragschweißen

Senkrechtschweißverfahren• Elektroschlackeschweißen• Elektrogasschweißen

Anwendungstechnik• Verschiedene Roboter • Handhabungsgeräte und

Automatenträger

Prozessensorik• Lichtbogensensorik• Optische Sensoren• Qualitätssicherung

Prozessentwicklung

© ISF 2007

� Laserstrahlschweißen

� Laser-MSG -Hybridschweißen

� Laser-UP-Hybridschweißen

Strahlschweißverfahren

Laserstrahl

� EB-Schweißen im Vakuum

� EB-Schweißen an Atmosphäre (NV-EBW)

� Mikro-EB-Schweißen

Elektronenstrahl

© ISF 2007

CO2-Laserstrahl-Anlage:

• Strahlleistung: 6 kW

• Steuerung: 5-Achsen CNC

• Arbeitsbereich: 4,5 x 1,5 x 1,5 m

• Fliegende Optik

Nd:YAG-Laserstrahl-Anlage 1:• Gepulster Nd: YAG-Laser

mit freier Pulsformung

• Pulsspitzenleistung: 5,5 kW

• Mittlere Leistung: 200 W

• Steuerung: CNC-Knickarmroboter

• Arbeitsbereich: 300 x 300 x 300 mm

Elektronenstrahl-Anlage 1:• Max. Beschleunigungsspannung: 170 kV

• Max. Strahlleistung: 15 kW

• Betriebsart: Hoch- oder Teilvakuum

• Steuerung: 5-Achsen CNC

• Kammervolumen ca. 4 m³

Elektronenstrahl-Anlage 2:• Max. Beschleunigungsspannung: 60 kV

• Max. Strahlleistung: 6 kW

• Betriebsart: Hoch- oder Teilvakuum

• Steuerung: 5-Achsen CNC

• Kammervolumen ca. 0,3 m³

Nd:YAG-Laserstrahl-

Anlage 2:

• Gepulster Nd: YAG-Laser

mit freier Pulsformung

• Pulsspitzenleistung: 8 kW

• Mittlere Leistung: 400 W

• Arbeitsbereich: 300 x 1000 mm

Strahlschweißverfahren

© ISF 2007

Prüftechnik

• Schlagartige Kopf-und Scherzugprüfung

• Impuls-thermografische Prüfung mittels Wärmebildkamera

Netzfrequenz-Gleichstrom-Technik• Ständermaschine• Max. Leistung 2340 kVA• Max. Elektrodenkraft 30 kN

Mittelfrequenz-Gleichstrom-

Technik• Pneumatische C-Zange und

Mikro-Schweißkopf• Max. Leistung 130 kVA und 32 kVA• Max. Elektrodenkraft 5,5 kN oder 18 N

Wechselstrom-Technik• Eine Pneumatische C-Zange,

2 Ständermaschinen• Max. Leistung 40 kVA, 100 kVA, 1250 kVA• Max. Elektrodenkraft 4 kN, 5,5 kN oder 30 kN

Kondensator-Impuls-Technik• Ständermaschine und Pedalmaschine• Max. Energie 200 J oder 20 kJ• Max. Elektrodenkraft 30 kN

Widerstandsschweißverfahren

© ISF 2007

Anwendungsgebiete:

• Metallische Sonderwerkstoffe;

z.B. Titan, Zirkonium, Niob, Tantal,

Molybdän

• Hochtemperaturwerkstoffe;

z.B. ODS-Werkstoffe, TZM

• Verbindungen und Verbunde

metal. Werkstoffkombinationen;

z.B. Al-Cu, Al-Stahl, Nb-Stahl,

Ti-Stahl, Mo-Stahl, Cu-Stahl

Beherrschte Verfahren:

• Rotationsreibschweißen

• Diffusionsschweißen

• Kaltpressschweißen (bis Ø 6 mm)

Reibschweißmaschine: max. Stauchkraft 300 kN Betriebsarten: an Luft und unter Flüssigkeit

Reibschweißung mit Zwischenschichten (Ti / V / Cu / austenit. Stahl / ferrit. Stahl)

Festkörperschweißverfahren

Reibschweißverbindung zwischenKupfer und hochlegiertem Stahl

© ISF 2007

Nutzraum: Ø 600 mm; Höhe 600 mm; Tmax 1400 °C

Nutzraum: Ø 300 mm; Höhe 300 mm, Tmax 1600°C

Nutzraum: Ø 200 mm; Höhe 300 mm; Tmax 2000 °C kurzzeitig;Tmax 1800 °C Dauerbetrieb

Nutzraum: Ø 400 mm; Höhe 400 mm; Tmax 1000 °C

Hochvakuum p<10-6 mbar, Leckagerate <10-6 mbar l s-1

� Rost- und säurebeständige Stähle, Vergütungsstähle � Ni-Basislegierungen

� Ti-Legierungen, Leicht- und Sondermetalle (Mo, W)

� Präzisionsteile, spezielle Verbindungsgeometrien,

Stufenlötungen

� Metall-/Keramik-Verbindungen

� Stoffschlüssiges Fügen unterschiedlicher Werkstoffe

Hochtemperaturlöten und Wärmebehandlungen

© ISF 2007

Klebtechnik

Mikrokleben

100 µm

� Konzeption, Umsetzung und Prüfung

klebtechnischer Lösungen im Bauwesen

und Maschinenbau

� Einsatz klebtechnischer Ansätze zur Werk-

stoffentwicklung, z.B. textilbewehrter Beton

� Weiterentwicklung der Prozess- und Anlagentechnik

berührender und berührungsloser Dosierverfahren

� Fügen hybrider Werkstoffkombinationen der

Mikrosystemtechnik Mikroapplikation Mikrodosieranlage

Makrokleben

Klebtechnische Analytik

� Mikroskopische Charakterisierung der Klebschichtmorphologie

� Klebstoffrheologie in Abhängigkeit von Temperatur und Belastung

� Mechanische Prüfung von Klebungen unter statischer, zyklischer und

hochdynamischer Last

� Alterungsuntersuchungen unter Einfluss von Klimawechseln, korrosiven

Medien und UV-Licht

Rautenfachwerk Textilbeton

Sandwichelement

© ISF 2007

Anwendungsnahe Simulation

� Physikalisch - mathematische Modelle der Prozesse beim

MSG-Schweißen

� Stumpf- und Kehlnaht für T- und Überlappstösse

� Stähle und Al- Legierungen aus einer Datenbank

� Normal Prozess, I/I- und U/I-Modulation

� Beliebige Raumposition der Schweißverbindung

� Simulation des MSG-Schweißprozesses mit

Berücksichtigung der Steuerungsalgorithmen realer

Stromquellen

� Stromquellen Cloos, Fronius, OTC Daihen, EWM

� Berechnung der Wärmeenergie, des Temperaturfeldes, der

Schweißnahtgeometrie, äquivalenter Wärmequelle

� Schnittstelle mit IGRIP, SYSWELD, MICRESS

Simulationsplattform SimWeld

© ISF 2007

Prüftechnik und Analytik

Mechanisch-technologische Prüfverfahren

� Hochdynamisch� Zyklisch� Statisch

� Metallographische Analytik

� Korrosionsprüfung� Lecksuche/

Dichtigkeitsprüfung

� Mikrohärte

• Rasterelektronenmikroskop

• Hochdruckprüfung

© ISF 2007

Mikro/Nano-Computer-Tomographie(µ-CT) und Echtzeit-Radioskopie

Röntgenanlagen:

• 2 Microfokus-Systeme bis 200 kV, 2 mA

• Minifokus-System 225 kV, 7 mA

• konventionelle Röntgenanlagenbis zu 320 kV, 13 mA

Image Processing/Bilderfassung:

• hochauflösendes HDTV On-Line Image Converter System (220 x 220 mm, 1280 x 1024 Zeilen)

• Digitaler Flat-Panel-Detektor(200 x 200 mm, 512 x 512 Pixel)

8-Achsen Manipulator:

• Positionsgenauigkeit 1 mm für Computer-Tomographie (Cone-Beam-Verfahren)

Durchstrahlungsprüfung/3D-Computertomografie

© ISF 2007

Zulassung als Schweißfachbetrieb für

Druckbehälterbau:

nach Druckgeräterichtlinie (AD-HPO)

Stahlbau:

nach großem Eignungsnachweis (DIN 18800-7)

Schweißtechnische Fertigung– Apparatebau

Verarbeitete Werkstoffe

Austenitische und ferritische Stähle

Nickel und Nickelbasis-Basis-Werkstoffe

Amagnetische Werkstoffe

Aluminium und Aluminium-Legierungen

Sonderwerkstoffe (z.B. Titan, Molybdän)

© ISF 2007

Laserstrahlschweißen feuerverzinkter Bleche

Beöltes 0,8 mm Karosserieblech DX56D+Z100MB

Verbesserung der Verbindungseigenschaften

Verbesserung der Prozesssicherheit

schnelle Fixierung der Fügepartner

einfache Spannvorrichtungen

© ISF 2007

Laserstrahlschweißen mit Haftklebstoffen

Releaseliner (Silikonpapiere, PE-Folien)

Haftklebstoffschicht als

Deckschichten

Trägerschicht (Schaum, Kunststofffolie, Spezialpapier)

Haftklebstoffschicht -Transferklebeband

Releaseliner (Silikonpapiere, PE-Folien)

© ISF 2007

Industrielle Umsetzung

Quelle: Käppler & Pausch

Stahlblech DX51D+Z275

t = 1,5 mm, tZink = 20 µm

© ISF 2007

Kolloquien und Exkursionen