Fachtagung - so gelingt die Verbindung Stahl mit Kupfer
Projekt des Monats Dezember 2018
100 Fachleute aus den Bereichen Forschung, Industrie und Handwerk kamen am 8./9. November zum Schweissseminar “voestalpine Böhler Welding“ nach Emmetten bei Luzern. An diesen beiden Tagen wurde der direkte Informationsaustausch der gesamten Branche gefördert. Wir durften den Elektronenstrahlschweissprozess unter dem Thema „So gelingt die Verbindung Kupfer mit Stahl“ mit den Stärken des Werkplatzes Schweiz vorstellen.
Eine Frage die im Rahmen, aber auch oftmals ausserhalb der Fachtagung auftritt, bezieht sich auf die Schweissfähigkeit von Stahl und Kupfer. Grund dafür ist, dass nicht davon ausgegangen werden kann, dass sich diese zwei Metalle verschweissen lassen, da beide einzigartige technologische Materialeigenschaften aufweisen.
Rostfreier Stahl hat zum Beispiel ausgezeichnete Festigkeitswerte und Kupfer weist darüber hinaus eine beachtliche thermische und elektrische Leitfähigkeit auf. Als Folge daraus erhält man im Gesamten unschlagbare Ergebnisse, aus der erstaunliche Produktinnovationen mit richtigen Schweisstechnologien entstehen.
Kupferwerkstoffe sind unter Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften ebenso gut schweissgeeignet wie Stahlwerkstoffe. Im Vergleich zu unlegiertem Stahl hat reines Kupfer bei Raumtemperatur eine fast 7-fach höhere Wärmeleitfähigkeit. Die Wärmedehnung ist um den Faktor 1,4 höher und die Schrumpfung beim Erstarren ist etwa doppelt so gross. Die Schmelztemperatur von unlegiertem Kupfer liegt bei 1.080 °C die unterhalb der Temperatur von Stahl liegt. Jener Schmelzpunkt befindet sich je nach Legierungsbestandteil bei ca. 1450°C. Diese unterschiedlichen Charaktere sind beim Schweissen von Mischverbindungen zu berücksichtigen.
Die Anforderungen an Mischverbindungen sind nicht nur wirtschaftliche Motivationen, sondern liegen auch in Verbesserungen der mechanischen, chemischen oder physikalischen Eigenschaften.
Die Grundvoraussetzung um eine defekt- und rissfreie Verbindung herzustellen, sind bevorzugte Werkstoffe wie 1.4301, 1.4306 oder 1.4401 mit sauerstofffreiem Kupfer OFC und OFHC. Zum Verbinden von ungleichen Materialien ist der Elektronenstrahl ein bevorzugtes Verfahren, da die Zusammensetzung der Schmelze durch eine exakte Strahlpositionierung beeinflusst werden kann. Der Strahl hat eine sehr hohe Energiedichte, welche sich nicht von der Wärmeleitfähigkeit oder der hohen Reflektivität des Kupfers beeinflussen lässt. Die Elektronen treffen exakt auf das Kupferwerkstück auf, wodurch das geschmolzene Material im Zentrum des sogenannten Brennflecks oberhalb von etwa 100kW / mm2 schlagartig verdampft. Der Dampfdruck verdrängt die Schmelze und es entsteht ein Dampfkanal, was zu einer sehr schlanken und tiefen Schweissnaht ohne Schweisszusatzwerkstoffe führt. Durch den Dampfkanal können die Elektronen tiefer in das Werkstück eindringen, wodurch eine Tiefenschweissung entsteht.
Fazit: Die anwesenden Fachleute erhielten einen kompakten Überblick über Trends, Neuigkeiten und Hintergründe der modernen Schweisstechnik und nahmen etliche Anregungen mit nach Hause.
Weitere Informationen erhalten Sie unter: <link internal-link> Präsentation Fachtagung Emetten
