MOSKAU, Russland / EuroWire.IO / – Die Staatliche Universität des Südlichen Urals in Tscheljabinsk gab am 19. Oktober bekannt, dass ein von russischen und chinesischen Wissenschaftlern entwickeltes neuartiges Ultraschallschweißverfahren die Haltbarkeit von Metallteilen um fast das 1,9-Fache verlängern kann. Die Innovation verdoppelt zudem die Festigkeit der Verbindung, wie TV BRICS und die Universität berichteten. Das Verfahren eignet sich für Metalle mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften.
Gängige Beispiele sind Stahl und Aluminium, die an ihren Schweißnahtgrenzen oft spröde Schichten bilden. Diese Schichten bergen die Gefahr von Brüchen unter Vibrationen und zyklischer Belastung. Das neue Verfahren mindert dieses Problem durch die Verbesserung der Schweißnahtstruktur beim Punktschweißen. Laut der Universität wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Engineering Fracture Mechanics“ veröffentlicht, ohne dass die beteiligten Forscher namentlich genannt wurden.
Das Verfahren beinhaltet die Anwendung von Ultraschallwellen mit einer Leistung von etwa 1200 Watt während der Punktschweißung. Laut Rossijskaja Gaseta werden diese Wellen durch Heizelektroden übertragen. Die Vibrationen stören das Kristallgitter des Metalls und reduzieren die Kristallitgröße in der Schweißnaht um fast das Fünffache. Dadurch halbiert sich die Dicke der spröden Schichten an der Verbindungsstelle, was zu einer gleichmäßigeren und weniger rissanfälligen Schweißnaht führt.
Dichtere Schweißnähte sind vibrationsbeständiger.
Ultraschall trägt außerdem dazu bei, eingeschlossene Luftblasen im Metall zu beseitigen, was zu dichteren Schweißnähten führt. Tests ergaben, dass diese Verbindungen doppelt so fest sind und die Lebensdauer der Bauteile um 90 % steigt. Die Forscher weisen darauf hin, dass die Komponenten dauerhafte Vibrationen und mechanische Belastungen ohne Rissbildung aushalten können. Dies ist entscheidend für Fahrzeuge, Flugzeuge und Bauwerke, die wiederholten Belastungszyklen ausgesetzt sind. Ermüdungsrisse an Schweißpunkten sind eine häufige Ursache für Bauteilversagen.
Die Universität gab relative Leistungsverbesserungen an, nannte jedoch keine absoluten Festigkeitswerte, Legierungstypen oder die Anzahl der getesteten Proben. Anfang des Jahres berichteten russische Institutionen über mehrere Materialforschungsinitiativen , darunter Arbeiten an Titan-Implantatbeschichtungen. Die Staatliche Universität des Südlichen Urals hat zudem einen mit Berberin angereicherten Käse zur Stärkung des Immunsystems entwickelt. Ein Zeitplan für die industrielle Umsetzung wurde nicht genannt.
Mögliche Einsatzgebiete sind die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie die Bauindustrie.
Die Wissenschaftler sehen vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Bauindustrie. So könnten beispielsweise Automobilhersteller eine Fahrgastzelle aus Stahl mit Türen, Motorhaube und Kotflügeln aus Aluminium zu einer einheitlichen Hybridstruktur integrieren. Ein solches Leichtbaukonzept könnte Elektrofahrzeugen größere Reichweiten pro Ladung ermöglichen. Ebenso könnten Flugzeughersteller leichtere Passagierflugzeuge entwickeln, die mehr Passagiere oder Fracht bei reduziertem Treibstoffverbrauch pro Flug befördern können.
Im Bauwesen könnte diese Schweißtechnik bei Brücken und Wolkenkratzern Anwendung finden. Die Universität geht davon aus, dass geschweißte Verbindungen die Festigkeit von monolithischem Beton übertreffen könnten. Weitere Anwendungsgebiete sind die Verbindung einer Stahlsäule mit einer Aluminiumplatte oder das Verschweißen eines Stahlträgers mit einem Aluminium-Unterrahmen. Diese Forschung war ein gemeinsames Projekt zwischen Russland und China. Die Universität betont, dass diese Methode den Weg für leichtere und gleichzeitig stabilere Konstruktionen in zahlreichen Branchen ebnet.
Der Beitrag „Russische und chinesische Forscher entwickeln Ultraschallschweißverfahren, das die Lebensdauer von Metallbauteilen um das 1,9-fache verlängert“ erschien zuerst im Irish Sentinel .