Aluminiumlegierungen - im Ganzen geschweißt

Schweißmängel beeinträchtigen die Ermüdungsfestigkeit von Verbindungen und sind zudem mit den existierenden zerstörungsfreien Prüfverfahren nur schwer nachzuweisen. Ein EU-finanziertes Forschungskonsortium hat nun eine Methodik entwickelt, mit der Fehler dieser Art aufzuspüren sind.

Industrielle Technologien

Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist ein relativ neues Verfahren zum Verbinden von Aluminiumblechen unterschiedlicher Dicke, das speziell bei der Fertigung von Flug- und Fahrzeugbauteilen von Nutzen ist. Leider sind derartige Schweißverbindungen auf eine Art von Defekt anfällig, sogenannte Kissing Bonds (unverschweißte Wurzeln, d. h. Unterseiten einer Schweißnaht), was den Einsatz des Rührreibschweißens begrenzt. Das EU-finanzierte Projekt STIRSCAN(öffnet in neuem Fenster) (Detection of kissing bonds in friction stir welds in aero structures) wurde zur Entwicklung eines zerstörungsfreien Prüfsystems auf den Weg gebracht, das Kissing Bonds in Flug- und Fahrzeugteilen aufspüren kann. Ziel war der Nachweis von Defekten von weniger als 0,3 mm Länge. Die STIRSCAN-Projektpartner haben eine innovative Methode entwickelt, bei der ein nichtlineares Ultraschallverfahren und ein schräg einfallendes Hochfrequenz-Ultraschallverfahren kombiniert werden. So wird eine empfindliche Messung eines breiten Spektrums an Defekten sowie die Erfassung kleiner Kissing Bonds realisierbar. Die Hochfrequenz-Ultraschalltechnik beruht auf der Reflexion von zwei phasenverschobenen Chirp-Signalen, die eine Sendewandler mit einer Frequenz von ~ 3,5 MHz emittiert. Mit Hilfe des Einsatzes von Schallwellen einer relativ höheren Frequenz können kleinere Schweißfehler nachgewiesen werden. Das nichtlineare Ultraschallverfahren basiert auf harmonischen Frequenzbestandteilen, die während der Wellenausbreitung durch einen Defekt erzeugt werden. Einige Fallstudien haben bestätigt, dass die Empfindlichkeit der beiden Verfahren weitaus besser als bei konventionellen Methoden ist. Mit der wirksamen Erfassung von Kissing Bonds eröffnet sich ein viel breiteres Anwendungsspektrum für das Rührreibschweißen, wozu auch sicherheitskritische Bauteile zählen. Die Möglichkeit der breitangelegten Übernahme des Rührreibschweißens in den von kleinen und mittleren Unternehmen dominierten Markt der Teile für die Luft- und Raumfahrt sowie den Fahrzeugbau hat einen potenziellen Wert von Milliarden Euro.

Schlüsselbegriffe

Aluminiumlegierungen, zerstörungsfreie Prüfung, Reibrührschweißen, Rührreibschweißen, Kissing Bond, unverschweißte Wurzeln, nichtlineares Ultraschallverfahren