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Aluminium/Details: Unterschied zwischen den Versionen

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Aluminium/Details (Quelltext anzeigen)

Version vom 4. November 2008, 10:45 Uhr

8.226 Bytes hinzugefügt ,  4. November 2008
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(Das Kapitel Festigkeit vorerst abgeschlossen und ort der Wärmebehandlungstabelle gändert)
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== Fügen ==
== Fügen ==
Als Fügen (siehe DIN 8580) bezeichnet man das Verbinden von mindestens zwei Bauteilen. Durch das Fügen wird der Zusammenhalt zwischen den zuvor getrennten Werkstücken lokal - d.h. an den Fügestellen - geschaffen und eine Formänderung des neu entstandenen Teils herbeigeführt. Über die Wirkflächen der Verbindung werden die auftretenden Betriebskräfte übertragen. Mögliche Fügeverfahren für Aluminium:
# '''Schweißen''' umfasst WIG-Schweißen, MIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen, Plasmaschweißen, Plasma-MIG-Schweißen, Bolzenschweißen, Buckelschweißen, Widerstandspunktschweißen und Reibrührschweißen.
# '''Löten / Hartlöten''' ist ein thermisches Verfahren zum sicheren Verbinden oder Beschichten metallischer Werkstoffe mit Hilfe einer geschmolzenen (Hart)lotlegierung / eines Zusatzwerkstoffs (Schmelz(hart)löten) oder Diffusion im Grenzbereich (Diffusionshartlöten).
#'''Mechanische Fügetechniken''' basieren auf zwei Prinzipien: Formschlüssiges oder reibschlüssiges Verbinden. Die meisten mechanischen Fügetechniken sind punktförmig. sie könne aber auch flächig sein (z.B.das Schrumpfen einer Nabe auf einer Welle).
#'''Kleben''' basiert auf einer Stoffvereinigung, die mit Hilfe einer dritten „klebenden“ Komponente erzeugt wird. Die Qualität hängt vom Haftvermögen des Klebstoffs, von der Oberfläche des Werkstücks sowie von der Trennfestigkeit dieses Klebstoffs ab. Diese beiden wichtigen Kennwerte der Klebeschicht sind von ihrem Haftvermögen im atomaren Bereich abhängig.
Im weiteren werden die in der Fahrradfertigung verwendeten und für Aluminum geeigneten Fügetechniken genauer betrachtet.
=== Kleben ===
Aluminiumrahmen worden in ihren Anfängen geklebt, da man sie noch nicht ohne erhebliche Festigkeitsverluste Schweißen oder Löten konnte. Die Vorteile einer Kelbeverbindung sind:
#Keine Gefüge- oder Formänderung infolge einer Wärmeeinwirkung (kaltes Verbindungsverfahren)
#Kleben ermöglicht das Zusammenfügen unterschiedlicher Werkstofftypen (z. B. Metall mit Kunststoff).
#Hohe Ausnutzung der Werkstoffeigenschaften wegen der oberflächenabhängigen Kraftübertragung
Nachteile:
#Geringe Wärmebelastbarkeit (z.B. beim Pulverbeschiehten)
#Für hohe Kraftübertragung ist eine große Überlappung der zu fügenden Teile notwendig (Schwerer als Schweißverbindung)
#Klebsoffe altern
Heute wird auf das Kleben der Aluminiumteile weitestgehend verzichtet eine Ausnahme sind Verbindungen von Kunststoffen mit Aluminium (z.B. bei Gabeln oder Aluminiumrahmen mit Kohlefaserhinterbauten)
=== Mechanisches Fügen ===
Mechanisches Fügen im Fahrradbereich ist meist Niet- oder Schraubverbindungen.
=== Löten ===
(Hart)löten ist ein thermisches Verfahren zum sicheren Verbinden und Beschichten von Werkstoffen, indem eine flüssige Phase durch Schmelzen eines (Hart)lots /Zusatzwerkstoffs (Schmelz(hart)löten) oder Diffusion an Grenzflächen (Diffusionshartlöten) erzeugt wird. Die Solidustemperatur des Grundwerkstoffs wird nicht erreicht (DIN/ISO 8505, Teil 1). Das flüssige Hartlot wird dann in den Spalt zwischen den eng anliegenden Oberflächen der Verbindung durch Kapillarkräfte gesaugt.
Vorteile:
#Geeignet zum Verbinden von dünnwandigen Teilen
#Geeignet für kompakte Bauteile mit vielen Verbindungsstellen pro Flächeneinheit
#Geeignet für großflächige Verbindunge
#Geeignet zum Verbinden mit geringer Verformung und ohne örtliche Überhitzung; die Integrität des Grundwerkstoffs wird erhalten
#Geeignet für Konstruktionen und Werkstoffe, bei denen der Schmelzpunkt des Grundwerkstoffs nicht erreicht werden darf
#Einfaches Verbinden von unterschiedlichen Metallen: Al-Stahl, Al-Ti, Al-Mg...
#Optimale Wärmeleitung
Nachteile
#Wegen der Wichtigkeit des Benetzens und der Kapillarkräfte sind die Oberflächen der zu verbindenden Teile äußerst wichtig
#Geringer Abstand zwischen den zu verbindenden Teilen (kleiner als 0,2 mm)
#Kontrollierter Zusammenbau schwierig (Aufheizung, Lötspalt, Ausdehnung, Verzug)
#Flussmittelrückstände müssen nach dem Hartlöten entfernt werden
#Bei zu großer Wärmeeinbringung erfolgt Beeinträchtigung der Grundwerkstoffe
Lange Zeit war die Benetzung der der Aluminiumwerkstoffe aufgrund der passivierenden Oxydschicht ein großes Problem erst die Entwicklung passender Flussmittel machten ein Löten von Aluminium möglich. Doch da gleichzeitig die Schweißtechnik große Fortschritte machte erlange Löten bei Aluminiumrahmen nie die Bedeutung, die es bei den Stahlrahmen hatte. Heute wird Löten bei Aluminiumrahmen höchstens bei der Reparatur von Aluminiumrahmen (z.B. Füllen von Dellen) eingesetzt.
'''Lot-Eignung von Al-Legierungen'''
{|{{Prettytable|width=100%}}
!Werkstofftyp
!Hartlöten
!Weichlöten
!Bemerkung
|-
|Geschmiedete Werkstoffe; reines und hochreines Aluminium
|geeignet
|geeignet
|
|-
|AlMn
|geeignet
|geeignet
|
|-
|AlMg
|bedingt geeignet
|geeignet
|Bei Mg-Konzentrationen > 0,6 % ist das Benetzen schwieriger.
|-
|AlMgSi
|geeignet
|geeignet
|Festigkeitsverlust, nach dem Hartlöten ist Aushärten möglich.
|-
|AlCuMg; AlZnMg; AlZnMgCu
|nicht geeignet
|möglich
|Hartlöten führt zu nicht umkehrbaren Werkstoffschäden, Weichlöten verursacht einen erheblichen Festigkeitsverlust.
|-
|}
=== WIG Schweißen ===
Namen:
#TIG: T = Tungsten I = Inert G = Gas      ( Allgemeine Bezeichnung)
#WIG: W = Wolfram I = Inert G = Gas        ( Deutschland)
#GTAW: G = Gas T = Tungsten A = Arc W = Welding ( USA )
Namenszusätze
#AC = Wechselstrom, wird zum Aufreißen der Oxidschicht von der Oberfläche des Aluminiums und des Zusatzwerkstoffes benötigt
#DC = Gleichstrom, Stromquelle mit Konstantstromeigenschaften (direct current )
#HF = Hochfrequenzzündung des Lichtbogens
Der Schweißstrom fließt durch eine im Schweißbrenner eingespannte Wolframelektrode. Ein Lichtbogen wird zwischen der Wolframelektrode und dem Werkstück erzeugt; der Grundwerkstoff verschmilzt und dadurch wird der Zusatzwerkstoff geschmolzen. Ein inertes Schutzgas strömt aus dem Schweißbrenner heraus und schirmt die glühende Wolframelektrode und das Schweißbad von der Umgebungsluft ab. DC WIG-Schweißen von Aluminium mit Argon-Schutzgas ist unmöglich, weil der Schmelzpunkt der Oxidschicht zu hoch ist, so daß die Energie des Lichtbogens nicht ausreicht, um die Oxidschicht aufzubrechen.Dadurch kann das Grundmaterial zwar aufschmelzen, aber nicht beide
Seiten verschmelzen, da die Oxidschicht in der Wurzel dies verhindert. Beim AC WIG-Schweißen wird durch den Wechselsstrom die Oxydschicht durchbrochen und beide Seiten verschmelzen. Bei der negativen Halbwelle treffen die emittierten Elektronen auf das positiv gepolte Werkstück und generieren eine große Menge Wärme am Kontaktpunkt. Während der positiven Halbwelle findet eine Reinigungswirkung statt und die Wolframelektrode wird schnell erhitzt, wohingegen sie während der negativen Halbwelle abkühlen kann. Infolgedessen werden die Vorteile beider Gleichstrompolaritäten vereint. Da der Lichtbogen bei jeder Durchquerung des Stromnullpunktes ausgeht, wurde er traditionell mit einer Hochfrequenz (150 kHz bei 1500 bis 2000 Ampere) überlagert, um die Wiederzündung des Lichtbogens zu erleichtern (HF-Zündung).
Vorteile:
#Gute Sichtbarkeit des Schweißbads ohne Rauch oder Schweißschlacke
#Flexibel, ,,alle” Materialien können geschweißt werden
#Hohe Schweißqualität, sauberes Schweißergebnis, keine Spritzer
#Schweißen von dünnen Materialien, minimaler Strom 10 A
#Schweißen ohne Zusatzmaterial ist möglich
#Energie und Menge des Zusatzmaterials hängen nicht zusammen
#WIG kann für schweißbare Aluminium-Legierungen verwendet werden
#Reparaturschweißen an allen Arten von Legierungen aus Aluminium
Nachteile
#Niedrigere Produktivität als beim MIG- bzw. MAG-Schweißen
#Empfindlichkeit für Verunreinigungen (Rost, Öl, Feuchtigkeit, Farbe usw.)
#Schweißtechnik ist anspruchsvoller als bei MMA oder MIG bzw. MAG
#Komponenten des WIG-Brenners unterscheiden sich je nach Bedarf
#Manueller Vorschub des Zusatzmaterials
WIG-Schweißen ist das am meisten verwendete Fügeverfahren bei Aluminiumrahmen. Auch bei Hochwertigen Stahlrahmen, die nicht gelötet werden, kommt es zum Einsatz.
Rennofen
editor
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