MOSKAU, Russland / EuroWire.IO / – Forscher aus Russland und China haben ein Ultraschallschweißverfahren entwickelt, das die Zugfestigkeit von Metallverbindungen effektiv verdoppelt. Dieses innovative Verfahren erhöht zudem die Haltbarkeit der Schweißteile um das 1,9-Fache. Das Projekt wurde von Wissenschaftlern der Staatlichen Universität des Südlichen Urals in Tscheljabinsk in Zusammenarbeit mit ihren chinesischen Kollegen geleitet. Die Ergebnisse wurden von TV BRICS unter Berufung auf die Universität berichtet. Das Verfahren eignet sich besonders für Verbindungen zwischen unterschiedlichen Metallen wie Stahl und Aluminium.
Die Verbindung unterschiedlicher Metalle stellt Ingenieure seit vielen Jahren vor große Herausforderungen. Die Bildung spröder intermetallischer Phasen an der Grenzfläche führt häufig zu Rissen unter Belastung und beeinträchtigt somit die Gesamtstabilität. Das neue Ultraschallschweißverfahren zielt darauf ab, dieses Problem beim Punktschweißen zu minimieren – einer gängigen Technik zum Verbinden von Blechen in Karosserien und anderen Baugruppen. Laut der Universität wurden diese Ergebnisse inder Fachzeitschrift „Engineering Fracture Mechanics“ veröffentlicht.
Das Verfahren nutzt Ultraschallvibrationen von etwa 1200 Watt für das herkömmliche Punktschweißen. Diese Vibrationen verfeinern die Kristallstruktur innerhalb der Schweißnaht. Laut Angaben der Universität verringert sich die Kristallgröße dadurch um fast das Fünffache. Die Kristalle werden kleiner und gleichmäßiger und ersetzen grobe Strukturen. Zusätzlich halbiert das Verfahren die Dicke der spröden intermetallischen Schichten an der Verbindungsstelle, wodurch die Schweißnahtqualität insgesamt verbessert wird.
Ultraschall beseitigt Luftblasen in Schweißnähten
Die Anwendung von Ultraschall beim Schweißen erleichtert zudem die Entfernung von Lufteinschlüssen aus dem Metall, was zu dichteren Schweißnähten mit weniger inneren Fehlern führt. Tests haben gezeigt, dass sich die Festigkeit der Verbindung durch diese Methode verdoppelt und die Lebensdauer der Bauteile um 90 % bzw. das 1,9-Fache erhöht. Die Forscher hoben hervor, dass diese Schweißnähte widerstandsfähiger gegen langfristige Vibrationen und mechanische Belastungen sind und somit das Risiko von Rissen verringern. Diese Dauerfestigkeit ist für Bauteile in Fahrzeugen von entscheidender Bedeutung.
Die Mitteilung der Universität enthielt keine konkreten Festigkeitswerte oder detaillierten Testparameter; die Verbesserungen wurden relativ ausgedrückt. Das Team beschrieb seinen Ansatz als Mittel zur Steigerung der Zuverlässigkeit von Hybridmetallkonstruktionen. Die Kombination von Stahl und Aluminium ist nach wie vor eine gängige Strategie zur Gewichtsreduzierung ohne Festigkeitseinbußen, jedoch schränkten schwache Verbindungen zwischen den beiden Materialien bisherige Anwendungen ein. Diese Forschung wurde in Zusammenarbeit mit chinesischen Partnern durchgeführt.
Potenzial für leichtere Fahrzeuge, Flugzeuge und Konstruktionen
Die Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass diese Ultraschallschweißtechnologie in der Automobil- , Luft- und Raumfahrt- sowie Bauindustrie Anwendung finden könnte. Im Automobilbereich könnte sie das Verbinden von Sicherheitskäfigen aus Stahl mit Türen, Motorhauben und Kotflügeln aus Aluminium erleichtern. Leichtere Hybridrahmen könnten Elektrofahrzeugen größere Reichweiten pro Ladung ermöglichen. In der Luftfahrt könnten leichtere Flugzeugzellen mehr Passagiere oder Fracht bei gleichzeitig geringerem Treibstoffverbrauch befördern. Gewichtsreduzierung ist in beiden Branchen ein Hauptziel.
Im Bauwesen könnte das Verfahren zur Herstellung haltbarerer Metallverbindungen in Brücken und Wolkenkratzern eingesetzt werden. Die Universität merkte an, dass solche Verbindungen monolithischen Beton hinsichtlich der Festigkeit potenziell übertreffen könnten. Ein Zeitpunkt für die kommerzielle Einführung dieser Technologie wurde noch nicht bekannt gegeben. Die Staatliche Universität des Südlichen Urals hat in diesem Jahr mehrere angewandte Forschungsprojekte vorgestellt. Die Einrichtung betonte, dass dieses Verfahren neue Wege zur Entwicklung leichterer und gleichzeitig stabilerer Bauwerke eröffnet.
Der Beitrag „Massive Fortschritte bei der Festigkeit von Metallschweißungen durch Russland und China mithilfe von Ultraschalltechnologie erzielt“ erschien zuerst auf Ireland Sun.