Hohe Leistungsdichte präzise angewendet
Projekt des Monats Juni 2016
Für einen industriellen Fügeauftrag an zwei kleinen Kupferflachdrähten wurde ein Verfahren gesucht, welches nachfolgende Aufgabenstellung erfüllt:
Aufgabe: Zwei Einzelne Cu-Drähte mit den Dimensionen 0,82 x 1,72 mm sind in einem definierten Winkel zueinander zu verschweissen ohne die Aussenkanten zu deformieren. Dabei soll der Drahtquerschnitt von 1,4 mm² mindestens formschlüssig gefügt werden.
Für diese Aufgabenstellung ist ein Durchstrahlverfahren geradezu prädestiniert und auch erforderlich. Erste Versuche seitens Auftraggeber mit konventionellen Verfahren brachten nicht die gewünschten Erfolge. Wenn grosse Schweisstiefen oder feinste Strukturen gewünscht sind, erreichen diese herkömmlichen Verfahren ihre Grenzen. Während man mit Laser Leistungsdichten von 100'000 W/cm² einbringen kann ist der Einsatz einer Elektronenstrahlschweissanlage, welche bis zu 10 Millionen W/cm² leistet, dass bestmöglichste Verfahren für diese Aufgabe.
Lösung: Mittels einer Spannvorrichtung wurden die Bauteile in Kontakt gebracht. Die zum Aufschmelzen des Kupfers notwendige Elektronenstrahlenergie dringt durch den ersten Draht in die Fügeebene des zweiten Drahts ein. Die hohe Präzision des Strahls erlaubt es, die Prozesswärme partiell sehr genau auch in die Tiefe des Materials hinein wirken zu lassen. Nach dem Fügevorgang erstarrt die Schmelze und es entsteht eine feste und dichte Verbindung.
Wird die Wärmeeinbringung des Elektronenstrahls mit dem gegenüber Laser verglichen, so kann neben der höheren Leistung pro Fläche der Elektronenstrahl auch noch fein strukturiert und fokussiert werden. Dies ist vor allem dann interessant, wenn die Prozesswärme nur an lokal eng begrenzten Stellen benötigt wird.
Das Elektronenstrahlschweissen mit seiner berührungslosen und exakt dosierbaren Energieeinbringung bietet sich hier ideal als Fügeverfahren an.
