Ursachen, Beeinflussung, Auswirkungen sowie Quantifizierung der Temperaturentwicklung in der Fügezone beim Kollisionsschweißen

Das Kernthema der Arbeit ist die Temperaturentwicklung in der Fügezone beim Kollisionsschweißen. Aus der Literaturrecherche geht hervor, dass das Verständnis dieses Verfahrens zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht ausreichend ist, um die Mechanismen ausreichend zu beschreiben und das Schweißergebnis vorherzusagen. Insbesondere der örtliche und zeitliche Temperaturverlauf in der Fügezone ist kaum bekannt.

Vor allem mithilfe von Experimenten mit dem elektromagnetischen Pulsschweißen und mit einem speziell für Grundlagenuntersuchungen entwickelten Versuchsstand werden die thermischen Effekte untersucht. Zum Einsatz kommt eine Wärmebildkamera, eine Bildverstärkerkamera sowie eine Spiegelreflexkamera, mit denen der eigentliche Fügevorgang beziehungsweise die Probe beobachtet werden. Die Temperaturentwicklung der Proben erlaubt einen Rückschluss auf deren Energiehaushalt und die Bildaufnahmen ermöglichen die Identifikation der zugehörigen physikalischen und chemischen Effekte. Zudem wird die Fügezone metallographisch untersucht.

Es zeigt sich dabei, dass in der Fügezone kurzzeitig Temperaturen bis über 1000 °C auftreten, womit sich das stängelförmige Gefüge in der Fügezone als Erstarrungsgefüge erklären lässt. Das Entstehen einer Verbindung ist energetisch nachweisbar. Darüber hinaus beeinflusst die Reaktivität des Umgebungsmediums durch die exotherme Reaktion mit dem Probenwerkstoff als zusätzliche Energiequelle die Temperatur der Fügezone und damit der gesamten Probe. Dies zeigt sich auch in der Ausdehnung des Erstarrungsgefüges in der Fügezone. Das charakteristische Prozessleuchten wird mit diesen Befunden ebenfalls erklärbar: Es entsteht hauptsächlich durch die plastische Deformation in der Fügezone sowie durch ausgestoßenes und verbrennendes Grundmaterial.