27.11.2019
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Forschung
Mikroschweißtechnik in der nächsten Generation
Eine spezielle Wolframelektrode unter 1 mm Durchmesser mit hoher Standzeit ermöglicht reproduzierbare Schweißergebnisse bei höchster Qualität.
Der Miniaturbereich mit Werkstücken bis zu einer Materialstärke von lediglich 0,1 mm gehört zu den anspruchsvollsten Schweißarbeiten in industriellen Prozessen mit teil- oder vollautomatisierter Fertigung. Da sich die komplexen Bearbeitungsprozesse auf kleinstem Raum abspielen, müssen dabei qualitativ hochwertige Schweißnähte oder Schweißpunkte für die feinen Geometrien entstehen, ohne einen thermischen Verzug zu produzieren, unerwünschte Farbanläufe zu generieren oder strukturelle Veränderungen im Metallgefüge in Kauf nehmen zu müssen.
Ein zu schnelles Abnutzen der Elektrode erfordert ein häufiges Anschleifen und damit eine ungewollte Unterbrechung des Arbeitsflusses und der Reproduzierbarkeit der Prozesse. Daher hat die Lampert Werktechnik GmbH in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft für Wolfram Industrie mbH eine WIG-Elektrode entwickelt, die speziell auf diese extremen Anforderungen abgestimmt wurde: die PUK-Star. Diese Elektrode ermöglicht es, höchstpräzise Heftimpulse selbst bei filigranen Komponenten mit einer Materialstärke von 0,1 – 2 mm zu setzen und verhindert trotzdem ein Verbrennen des Werkstoffs. Sie zeichnet sich durch optimale Zündeigenschaften bei minimalen Kurzschlusszeiten in schneller Abfolge aus und erreicht trotzdem eine hervorragende Standzeit, die bisherige Spitzenwerte um ein Vielfaches übersteigt. Jedes schweißbare Metall lässt sich auf diese Weise zuverlässig bearbeiten.
Beim Feinschweißen lässt sich eine einwandfreie Schweißnaht nur mit einem minimalen und präzisen Wärmeeintrag über einen kontrollierten Schweißimpuls erzielen, was hohe Anforderungen an das Werkzeug stellt. Dies bedeutet besonders für die Elektrode eine extreme thermische Belastung, der sie trotz ihrer geringen Größe standhalten muss. Schnell bilden sich bei niedriger Materialqualität herkömmlicher Elektroden Risse oder die Elektrode bricht im schlimmsten Fall sogar ab.
„Für das Mikroschweißen ist aber die zuverlässige Reproduzierbarkeit der Ergebnisse essenziell wichtig und dazu muss jede Komponente des Schweißprozesses optimal arbeiten“, berichtet Jürgen Fuchs, Betriebsleiter bei der Lampert Werktechnik GmbH. „Schweißfehler oder die Zerstörung teurer Elektronikkomponenten wie integrierte Schaltkreise oder empfindliche Sensoren können ansonsten irreparable Schäden am Werkstück verursachen. Daher haben wir gemeinsam mit Wolfram Industrie an der Verbesserung der Elektrodenqualität gearbeitet.“ Das Ziel bestand in der Entwicklung einer WIG-Elektrode mit hoher Lebensdauer bei günstigem Zündverhalten, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu garantieren.
Höchste Entwicklungsansprüche auf kleinstem Raum
In der industriellen Fertigung müssen beispielsweise in der Mess- und Sensortechnik, aber auch beim Prototypenbau in der Automotive-Branche oftmals überaus dünne und hitzeempfindliche Stellen geschweißt werden. Dabei nimmt die Güte der Elektrode eine zentrale Rolle zur Erstellung einer makellosen Schweißnaht ein.
„Um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, unterstützt uns die Gesellschaft für Wolfram Industrie mbH seit unserer Firmengründung“, so Martin Beckmann, Geschäftsführer der Lampert Werktechnik GmbH. „Durch das kollektive Know-how beider Unternehmen konnten wir die Qualität dieser zentralen Komponente im Schweißprozess kontinuierlich verbessern.“ Aus diesen Erfahrungen heraus haben beide Unternehmen in enger Kooperation die PUK-Star entwickelt. Diese Elektrode besteht aus einer für die industrielle Fertigung angepassten Wolframlegierung und ist vergleichbar mit einer Stecknadel mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1,0 mm. Dank der verbesserten Elektrodengeometrie und -beschaffenheit zeichnet sich die PUK-Star durch eine hervorragende Standzeit bei gleichzeitig günstigem Zündverhalten aus.
In einem ersten Schritt der Entwicklung wurden die entscheidenden Schweißparameter der optimalen Elektrode mithilfe zahlreicher Versuchsreihen ermittelt – Anschliffwinkel, Rauheit und Materialdichte. Hierfür nutzte Wolfram Industrie unter anderem hochauflösende Mikroskope, um die Testergebnisse möglichst genau zu analysieren.
„Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung der PUK-Star lag in den geforderten winzigen Abmessungen der Elektroden“, erläutert Matthias Schaffitz, Geschäftsführer der Wolfram Industrie GmbH in der Schweiz. „Für die Analyse und Bearbeitung mussten wir beispielsweise Vergrößerungsoptiken und chirurgische Werkzeuge wie Nadelhalter verwenden.“
Auf Grundlage dieser Versuchsergebnisse ließ sich danach sowohl die Beschaffenheit der Elektrode als auch die Zusammensetzung der Legierung optimieren. Dank dieser Anpassungen verbessert die PUK-Star eine große Bandbreite unterschiedlicher Anwendungen in der industriellen Fertigung – von der Produktion mit einer vorgelagerten Heftfunktion bis zur Fertigung von Thermoelementen zur Messung von hohen Temperaturen in der Halbleiterindustrie. Die Elektrode hinterlässt auf dem Werkstück keinerlei Partikel, wie durch Testläufe in Reihe mit 500 Schweißpunkten und einem anschließenden Röntgenverfahren nachgewiesen werden konnte.
Weitere Entwicklungsarbeit und enge Kooperation
Die Zusammenarbeit von Lampert und Wolfram Industrie geht allerdings über die Entwicklung der PUK-Star hinaus. „Aufgrund der engen Kooperation gibt es auch immer wieder neue Ideen, die an anderer Stelle verwendet werden können“, berichtet Schaffitz. „Beispielsweise konnte Lampert hilfreiche Impulse für die Bearbeitung von Edelmetallen liefern und uns dort unterstützen. Wir freuen uns daher auf weitere spannende und zielführende Projekte, um die Forschung im Bereich der Schweißtechnik voranzubringen.“ So wird etwa im Augenblick an einem nachhaltigen Recycling-Verfahren für einen verantwortungsbewussten Umgang mit dem wertvollen Rohstoff Wolfram gearbeitet.
Im Gegenzug dieser Entwicklungsleistungen wird Lampert durch Wolfram Industrie als Universaldienstleister im Bereich der WIG-Elektroden betreut. Beispielsweise stellen die Wolframspezialisten die neu entwickelte PUK-Star selbst her und übernehmen auch den spezifischen Anschliff der Elektroden. „In der Gesellschaft für Wolfram Industrie mbh haben wir die ideale Symbiose aus Elektrodenversorgung und Forschungskompetenz gefunden, die wir für unsere hochwertigen Feinschweißgeräte benötigen“, resümiert Beckmann. „Die regelmäßige Zusammenarbeit führt zu einer deutlichen Weiterentwicklung der bestehenden Elektrodenqualität.“ Auch gehört die Diagnose der Schweißprozesse mit Rasterelektronenmikroskopen oder Spektralanalysen bei Bedarf zum angebotenen Portfolio von Wolfram Industrie. Auf diese Weise wird eine stets optimale Schweißnaht selbst bei komplexen und winzigen industriellen Anwendungen garantiert.
(Quelle: Presseinformation von ABOPR)
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