Schweißen Kupfer und Aluminium gehen feste Verbindung ein

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben Lösungsansätze erarbeitet, um Kupfer und Aluminium miteinander zu verbinden. Auf der Hannover Messe 2011 stellen sie erste Ergebnisse vor.

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Fraunhofer IWS Dresden

Kupfer ist bekannt für seine hervorragenden elektrischen Eigenschaften und damit prädestiniert für die Herstellung von Leitungen und elektrischen Verbindungen. Leichter und billiger als Kupfer ist Aluminium, das ebenfalls sehr gute elektrische Eigenschaften besitzt. Beide Materialien fachgerecht und langlebig miteinander zu verbinden, dieser Aufgabe stellt sich das Fraunhofer IWS Dresden.

Aluminium und Kupfer mit Laserstrahlschweißen verbinden

So ist das Laserstrahlschweißen eine mögliche Lösung. Es steht für effiziente eigenschafts- und gewichtsoptimierte Fügeverbindungen. Eine Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe und Werkstoff-kombinationen ist bereits mit dem Laser schweißbar, z.B. Aluminium-Stahl oder auch Gusseisen-Einsatzstahl. Die Forscher des Fraunhofer IWS Dresden haben jetzt eine Technologie entwickelt, mit der auch Mischverbindungen wie Aluminium-Kupfer, Aluminium-Magnesium oder Edelstahl-Kupfer mit deutlich besserer Qualität lasergeschweißt werden können.

Mischverhältnisse im Schweißgut gezielt beeinflussen

Die Verbesserung resultiert aus dem Einsatz eines hochdynamischen 2D-Scanners mit hohen Ablenkfrequenzen (bis maximal 2,5 kHz). Das System und eine Reihe von technologischen Parametern für unterschiedliche Werkstoffkombination wurden im BMBF-Verbundprojekt WELDIMA1 erarbeitet. Die hochdynamische Strahlablenkung und die laterale Positionierung des Laserstrahles zum Fügestoß ermöglichen eine gezielte Beeinflussung des Mischungsverhältnisses im Schweißgut. In Verbindung mit strukturanalytischen Untersuchungen kann die Breite des in der Schweißnaht erzeugten Phasensaums mit ungewünschten intermetallischen Verbindungen gezielt eingestellt werden. Je kleiner der intermetallische Phasensaum ausfällt, umso geringer ist die Reduzierung der Zugfestigkeit der Schweißverbindung. Für die am IWS mit hochdynamischer Strahlablenkung geschweißten Mischverbindungen aus Aluminium-Kupfer wurden für den Phasensaum Werte kleiner als 10 µm gemessen. Die Zugfestigkeit der Mischverbindung erreicht die gleichen Werte wie die artgleiche Verbindung Aluminium-Aluminium. Sie liegt immerhin bei 70% des unbeeinflussten Grundwerkstoffes.

Teil 2: Lösungsansatz 2: Laserinduktionswalzplattieren

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