SFB 1368-T01 "DBD-unterstütztes Hochfrequenzschweißen"
Prozesse und Wirkzonen in sauerstofffreier Atmosphäre zur Entwicklung zukunftsfähiger Produktionstechniken und Fertigungsverfahren
In allen technisch genutzten Schutzgas- und Vakuumatmosphären befinden sich noch ausreichend Sauerstoffmoleküle, die zu einer raschen Oxidation von Metalloberflächen führen. Dadurch sind viele Verarbeitungs- und Fügeprozesse in ihren Möglichkeiten limitiert. Der Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ beruht auf der Idee, dem Schutzgas Argon eine kleine Menge Silan (wenige ppm) beizumengen. Das Silan reagiert mit dem Restsauerstoff und Wasser in der Atmosphäre und senkt den Partialdruck des Sauerstoffs auf weniger als 10-23 bar. Dieser Partialdruck ist äquivalent zu extrem hohen Vakua (XHV-adäquate Atmosphäre). Der SFB befasst sich mit der Entwicklung und Erforschung konkreter produktionstechnischer Verfahren des Urformens, Umformens, Fügens, Trennens und Beschichtens in einer sauerstofffreien Umgebung.
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Teilprojekt T01 „DBD-unterstütztes Hochfrequenzschweißen“
Projektleiter: Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Maus-Friedrichs, Dr. -Ing. Henning Wiche
Förderzeitraum: 01/2024 – 12/2026
Förderstelle: DFG
Bearbeiter: M. Sc. Viktor Udachin (01/2024 – 12/2026)
Schweißnahtfehler in Form von oxidischen Einschlüssen stellen beim Längsnaht-Hochfrequenzschweißen ein wesentliches Fertigungsproblem dar. Hier setzt das vorliegende Forschungsvorhaben an. Im Bereich der Aufheizstrecke soll eine Plasmabehandlungseinheit, ausgeführt als Plasmajet, unter zusätzlicher Einleitung reduzierender Schutzgasgemische wie Argon/Silan oder Argon/Wasserstoff zur Desoxidation der Bandkanten integriert werden. Das Plasma aktiviert die Gase und ermöglicht damit eine wirksame Desoxidation. Der Arbeitsgasstrom sorgt dabei für eine lokale XHV-adäquate Atmosphäre während des Schweißprozesses. Die Ausführung des Plasmas als dielektrische Barrierenentladung (DBD) verhindert die zusätzliche Einbringung thermischer Energie in den Prozess. Die Grundlagen für den Einsatz von DBDs zur Metall-Desoxidation in sauerstofffreier Atmosphäre wurden erfolgreich im Rahmen der ersten Förderperiode im Teilprojekt C01 im Labormaßstab entwickelt und werden dort und in anderen Teilprojekten des SFB zur Desoxidation eingesetzt. Neben dieser Zielstellung sollen zudem die Auswirkungen auf den Schweißprozess detailliert analysiert werden. So existieren beim Hochfrequenzschweißen in Abhängigkeit der Energieeinbringung drei charakteristische Schweißspaltformen, wobei eine räumliche Trennung zwischen Bandkantenkonvergenz- und Schweißpunkt auftreten kann. Die Vorgänge im sich einstellenden Schweißspalt sind komplex. Vor allem die stochastisch auftretende Lichtbogenbrückenbildung am Konvergenzpunkt sowie der Schmelzbadauswurf im Schweißspalt durch die wirkenden elektromagnetischen Felder in Abhängigkeit der Lichtbogenfrequenz am Bandkantenkovergenzpunkt stellen Herausforderungen für die Prozessführung dar. Etwaige positive wie negative Einflüsse des Plasmas gilt es vollumfänglich zu untersuchen. Durch die Realisierung eines sauerstofffreien Fertigungsprozesses sollen beim Anwendungspartner die Schweißnahtqualitäten (gekennzeichnet durch die erreichbaren Kerbschlagzähigkeiten) gesteigert, die Prozessausbeute erhöht und die Möglichkeit zur Erweiterung des Produktportfolios erreicht werden. Darüber hinaus können die Erkenntnisse zur gezielten prozessintegrierten Desoxidation mittels Plasmajet gemeinsam mit den Erfahrungen aus Teilprojekt C01 als Wissensbasis für andere Teilprojekte des SFB genutzt werden.