MOSKAU, Russland / EuroWire.IO / – Forscher der Staatlichen Universität des Südlichen Urals in Tscheljabinsk haben in Zusammenarbeit mit Kollegen aus China ein Ultraschallschweißverfahren entwickelt, das die Zugfestigkeit von Metallverbindungen effektiv verdoppelt. Dieser innovative Ansatz verlängert zudem die Lebensdauer der Schweißteile um das 1,9-Fache, wie TV BRICS unter Berufung auf die Universität berichtet. Das Verfahren ist speziell für die Verbesserung von Verbindungen zwischen Metallen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise Stahl und Aluminium, konzipiert.
Die Herstellung zuverlässiger Verbindungen zwischen unterschiedlichen Metallen stellt Ingenieure seit Langem vor Herausforderungen, da sich an den Kontaktstellen spröde intermetallische Phasen bilden. Diese Phasen können unter Belastung reißen und die Stabilität der Konstruktion beeinträchtigen. Das neue Verfahren zielt darauf ab, dieses Problem beim Punktschweißen zu minimieren, einer gängigen Methode zum Verbinden von Blechen in der Automobilindustrie und anderen Baugruppen. Die Universität bestätigte die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse in der Fachzeitschrift„Engineering Fracture Mechanics“ .
Bei diesem Verfahren werden Ultraschallvibrationen mit einer Leistung von ca. 1200 Watt auf den Schweißprozess angewendet. Diese Vibrationen tragen zur Verfeinerung der inneren Kristallstruktur des Metalls in der Schweißnaht bei. Die Universität stellt fest, dass die Kristallgröße dadurch um fast das Fünffache reduziert wird. Die entstehenden Kristalle sind klein und gleichmäßig verteilt und ersetzen größere, grobe Körner. Darüber hinaus halbiert das Verfahren die Dicke spröder Schichten an der Verbindungsstelle und erhöht so die Festigkeit der Schweißnaht.
Ultraschall beseitigt Luftblasen in Schweißnähten
Ultraschall verstärkt nicht nur die Schweißnaht, sondern hilft auch, eingeschlossene Luftblasen während des Prozesses zu entfernen. Dies führt zu dichteren Schweißnähten mit weniger inneren Fehlern. Tests haben gezeigt, dass sich die Festigkeit der Verbindung durch dieses Verfahren verdoppelt und die Lebensdauer der Bauteile um 90 % bzw. das 1,9-Fache erhöht. Die Wissenschaftler gaben an, dass diese Schweißnähte besser geeignet sind, anhaltenden Vibrationen und mechanischen Belastungen ohne Rissbildung standzuhalten – eine entscheidende Eigenschaft für Fahrzeugteile, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind.
Obwohl die Universität keine konkreten Festigkeitswerte oder detaillierte Testparameter veröffentlichte, wurden die Verbesserungen relativ ausgedrückt. Das Team betonte, dass ihr Ansatz die Zuverlässigkeit von Konstruktionen aus verschiedenen Metallen erhöhen könnte. Stahl und Aluminium werden häufig kombiniert, um Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit zu erhalten. Schwache Verbindungen haben diese Konstruktionen jedoch in der Vergangenheit eingeschränkt. Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit chinesischen Partnern durchgeführt.
Mögliche Vorteile für leichtere Fahrzeuge, Flugzeuge und den Bau
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass das neue Ultraschallschweißverfahren in der Automobil- , Luft- und Raumfahrt- sowie Bauindustrie Anwendung finden könnte. Beispielsweise könnten damit im Fahrzeugbau stärkere Verbindungen zwischen Sicherheitskäfigen aus Stahl und Türen, Motorhauben und Tragflächen aus Aluminium hergestellt werden. Solche leichteren Hybridstrukturen könnten die Reichweite von Elektrofahrzeugen pro Ladung erhöhen. In der Luftfahrt könnte die Technologie leichtere Flugzeugzellen ermöglichen, die mehr Passagiere oder Fracht befördern und gleichzeitig weniger Treibstoff verbrauchen. Gewichtsreduzierung bleibt in beiden Branchen ein zentrales Ziel.
Im Bauwesen könnte das Verfahren für Metallverbindungen in Brücken und Wolkenkratzern eingesetzt werden. Die Universität gibt an, dass diese Verbindungen monolithischen Beton hinsichtlich der Festigkeit übertreffen könnten. Der Zeitplan für die industrielle Anwendung ist noch nicht festgelegt. Die Staatliche Universität des Südlichen Urals hat in diesem Jahr mehrere angewandte Forschungsprojekte vorgestellt und sieht in diesem Verfahren einen Wegbereiter für leichtere und widerstandsfähigere Bauwerke.
Der Beitrag „Russland und China kündigen bahnbrechende Ultraschallschweißtechnik zur Verbesserung der Festigkeit von Metallverbindungen an“ erschien zuerst auf Dublin Pioneer .