Rohre, verformt und verschiedene Durchmesser

Elektromagnetisches Pulsschweißen in der Industrie

Schweißen ohne Wärme? Mit Elektromagnetischem Pulsschweißen/EMP-Schweißen kann das sehr fix gehen. Artgleiche oder verschiedene Werkstoffe werden in 25 Millionstel einer Sekunde verbunden, indem eine der Flächen durch ein Magnetfeld einen berührungslosen Impuls erhält und gegen den Fügepartner prallt. Dabei werden Geschwindigkeiten vom 200 m/s erreicht. Mindestens eine der Flächen muss dazu allerdings aus einem gut leitfähigen Metall wie Aluminium bestehen.

Pulsgenerator sorgt für den nötigen Verbindungsdruck

Denn für die Verbindung sorgt ein sehr hoher Wechselstromimpuls eines Impulsgenerators, der durch eine Spule und Feldformer nahe der Verbindungsstelle auf das Metall gerichtet wird. Dabei erzeugt der Pulsgenerator Drücke von mehreren 100 N/mm2, die gepulsten Ströme liegen zwischen 100 und über 1.000 kA. Wie beim Sprengschweißen kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung in einer festen Phase. Der hohe Aufpralldruck zwischen zwei Blechen sorgt dafür, dass sich die Oxidschichten von den Blechen lösen, die Luft entweicht und die reinen Oberflächen eine hoch reaktive metallische Bindung durch Elektronentausch miteinander eingehen können.

Unterschiedliche Metalle können verschweißt werden

Das Besondere am Elektromagnetischen Pulsschweißen ist die Stärke der Verbindung und die geringe Wärme bei dem Vorgang. So können Metalle mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten wie Aluminium und Stahl zusammengefügt werden, ohne dass dadurch das festigkeitsbestimmende Gefüge verändert würde.

EMPT besonders bei Umformungen sehr flexibel

Dabei können Rohre, Bleche oder Zylinder verschweißt werden. Durch die niedrigen Prozesskosten, die hohe Automatisierbarkeit und die hohe Lebensdauer der EMPT-Anlagen sind sie beispielsweise bei Kfz-Zulieferern oder in der Luft- und Raumfahrt beliebt. Denn mit EMPT können auch umgeformte Rohre, etwa mit Durchmesseränderungen hergestellt werden. Verschiedene Feldformer sorgen für die nötige Flexibilität der Spulen.

Pulsschweißen ermöglicht höhere Verformbarkeit

Im Gegensatz zu Dehnungen bei quasistatischer Belastung von maximal 26% können mit EMPT durch die hohe Verformungsgeschwindigkeit bis zu 60% Grenzformänderungen erreicht werden. Je höher die elektrische Leitfähigkeit der zu verschweißenden Metalle, desto vielseitiger sind die Anwendungsbereiche.

Treiber erlauben auch Verbindungen mit Kunststoffen

Wo etwa Baustahl mit einer geringen Leitfähigkeit Grenzen setzt, helfen Legierungen etwa mit Aluminium oder Kupfer als Treiber, auch diese Metalle wie gewünscht umzuformen. Solche Treiber machen auch EMPT-Umformungen mit nichtleitenden Materialien wie Kunststoffen möglich.

Hochwertige formschlüssige und stoffschlüssige Verbindungen

Im Gegensatz zu mechanischen Verfahren ergeben sich durch den berührungslosen Druck beim EMPT-Schweißen auch Vorteile beim formschlüssigen Fügen gleichmäßiger druckbeständiger und gasdichter Verbindungen. Auch stoffschlüssige Verbindungen metallischer Werkstoffe sind mit EMPT ohne thermische Lasten möglich.

Mit sinkenden Kosten steigen die Einsatzmöglichkeiten

Aufgrund der vergleichsweise aufwändigen Anlage ist EMPT-Schweißen zwar vorwiegend für die serielle Massenfertigung geeignet. Doch mit optimierten Wartungsintervallen von bis zu 2 Millionen Impulsen und durch parallele Umformungen mehrerer Werkstücke durch einen Pulseinsatz bewegt sich die EMPT-Umformung eines Stahlrohres mittlerweile im Cent-Bereich. Auch der Strombedarf zum Laden der Kondensatoren ist durch die pulsierende Entladung überschaubar. Mittlerweile kann ein EMPT-Gerät mit 380 V/ 32A oder weniger betrieben werden.

Foto: Fotolia©industrieblick

Posted in MWS Blog.