Bediener einer Versiegelungsmaschine bei der ArbeitDie meisten Produkte, von unkompliziertem Spielzeug bis hin zu hochentwickelter Elektronik und Großgeräten, weisen Materialverbindungen auf. Durch das Verbinden von oft unterschiedlichen Materialien können Objekte ihren funktionalen Zweck erfüllen. In diesem Artikel werden wir uns mit ausgewählten Klebeverfahren vertraut machen, d. h. mit dem Schweißen und Löten.

Verfahrenstechniken zum Verbinden von Werkstoffen

Das Kleben beruht auf der Verbindung verschiedener Materialkomponenten zu einem strukturellen Ganzen. Diese Aktion kann zu lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen führen. Lösbare Verbindungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie demontiert werden können (die Demontage verursacht keine Schäden an Materialien oder Verbindungen). Bei den abnehmbaren Verbindungen lassen sich folgende Typen unterscheiden:

  • Einpressen,
  • Keilnut,
  • verzahnt,
  • keilförmig,
  • Rundschreiben,
  • Stifte,
  • mit Gewinde.

Nicht trennbare Verbindungen hingegen zeichnen sich dadurch aus, dass die einzelnen Komponenten der Verbindung nicht getrennt werden können, ohne dass sie strukturell beschädigt werden. Dies gilt sowohl für die zu verbindenden Komponenten als auch für das Verbindungselement. Andererseits werden bei den Verfahren zur Herstellung unlösbarer Verbindungen Gruppen wie Schweißen, Schweißen, Löten, Kleben und Nieten unterschieden.

Kurz und bündig über Schweißen, Kleben und Nieten

Vereinfacht ausgedrückt ist Schweißen das Zusammenfügen von Werkstücken durch Erhitzen und Schmelzen an der Verbindungsstelle. Dies geschieht mit oder ohne Zugabe eines Zusatzmetalls. Beim Kleben wird eine Klebstoffschicht, eine nichtmetallische Substanz mit adhäsiven Eigenschaften (die für Haftung und Griffigkeit sorgt), zwischen die zu verbindenden Oberflächen eingebracht. Die Art des Klebstoffs bestimmt häufig die Festigkeit, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit der Verbindung, d. h. die Hitzebeständigkeit und die Elastizität der Verbindung. Nieten ist das Herstellen von Nietverbindungen mit so genannten Nieten, entweder kalt oder heiß. Diese Art von Technologie basiert auf mechanischer Wirkung und nutzt die Reibungskraft und die Eigenschaften der Geometrie der einzelnen Komponenten der zu formenden Verbindung. In diesem Artikel werden wir uns jedoch auf das Schweißen und Löten konzentrieren.

Schweißen

Schweißer bei der ArbeitBeim Schweißen erfolgt die Verbindung von Werkstoffen durch die Anwendung von Wärmeenergie und die Ausübung von Druck. Bei diesem Verfahren wird kein Bindemittel verwendet. Beim Schweißen verflüssigen sich die Zonen an der Schnittstelle zwischen den Oberflächen der Werkstoffe, manchmal sogar bis zu einem flüssigen Zustand. Die Spannkraft ist der entscheidende Faktor für eine einwandfreie Verbindung. Es gibt verschiedene Schweißverfahren, die sich unter anderem durch die Art der verwendeten Energie, die Art und Weise, wie sie auf die Verbindungsstelle aufgebracht wird, und die Art der Druckausübung unterscheiden.

Schweissverfahren

Unter den Schweißverfahren sind die folgenden besonders hervorzuheben:

  • Beim elektrischen Widerstandsschweißen befinden sich die zu verbindenden Teile in einem Stromkreis; auf der Grundlage des Joule-Lenz'schen Gesetzes sammelt sich die durch den Stromfluss erzeugte Wärme an den Punkten mit dem höchsten elektrischen Widerstand; die besten Ergebnisse werden mit einem hohen Strom und einer kurzen Fließzeit erzielt,
  • Elektrisches Stumpfschweißen: Bei dieser Schweißtechnik wird die Verbindung hergestellt, indem Druck auf die einander gegenüberliegenden Materialien ausgeübt und die Kontaktfläche mit Strom erhitzt wird,
  • Das Diffusionsschweißen ist durch den konstanten Aggregatzustand der Materialien während des Prozesses gekennzeichnet - das Material wird auf eine Temperatur unterhalb seines Soliduswertes erwärmt; dieses Schweißen nutzt Adhäsion und Diffusion (Dispersion und Vermischung verschiedener Moleküle); es wird in Vakuumkammern oder unter Schutzatmosphäre durchgeführt,
  • Explosionsschweißen - hier wird die Verbindung der Teile sowohl durch die dynamisch auf die zu verbindenden Teile ausgeübte Spannkraft als auch durch die lokale Explosion des Sprengstoffs verursacht,
  • Reibschweißen und Pressschweißen - die aneinander reibenden Werkstoffe erzeugen Wärme an ihrer Grenzfläche; der Prozess wird von zwei Faktoren bestimmt: einer Temperatur, die unter dem Solidus der Werkstoffe liegt, und der Diffusion der Teilchen,
  • Ultraschallschweißen - die Teile werden durch mechanische Schwingungen mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz sowie durch Druck und die daraus resultierende Wärmeenergie zusammengefügt; bei diesem Verfahren wird ein Wandler für die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und ein so genannter Schwingungsstift verwendet (der es ermöglicht, die Schwingungen auf die zu verbindenden Teile zu richten),

Löten

Lötverbindung - Beispiel1Das Hartlöten ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Werkstoffen unter Einwirkung von Wärmeenergie erfolgt, wobei die Werkstoffe fest bleiben und ein metallisches Bindemittel, das so genannte Lot, verwendet wird. Das Lot muss bei einer Temperatur schmelzen, die unter der Temperatur der zu lötenden Bauteile liegt, in der Regel Metall oder Keramik. Das Lot benetzt die Oberflächen der Materialien, verteilt sich auf ihnen und dringt in ihre Poren ein. Nach dem Abkühlen bilden sich an der Verbindungsstelle intermolekulare Bindungen (durch Adsorption, multidirektionale Diffusion und die Bildung intermetallischer Phasen).

Arten und Methoden des Lötens

Die Arten von Lötverfahren sind:

  • weich - das Bindemittel hat einen Schmelzpunkt von bis zu 450 Grad Celsius,
  • hart - das Bindemittel hat einen Schmelzpunkt von über 450 Grad Celsius,
  • Hochtemperatur - das Bindemittel hat eine Temperatur von über 1.000 Grad Celsius.

Bekannte Lötverfahren sind:

  • mit einem Lötkolben, einem speziellen Lötwerkzeug,
  • Ofen, unter Vakuum, in einer inerten oder desoxidierenden Gasatmosphäre oder unter Verwendung von Flussmitteln (Verbindungen, die den Anteil nichtmetallischer Stoffe an der Oberfläche der Bauteile verringern),
  • Bädern, in Flussmittelbädern, Salzbädern, flüssigen Loten,
  • Induktion, verwendet eine Art von Induktionserwärmung,
  • Flamme - hier wird die Verbindung mit einer Gasflamme erhitzt,
  • Mikrowelle - nutzt die Mikrowellentechnologie als Wärmequelle,
  • heißes Gasflussmittel, das mit Gasbrennern, Lötlampen und Gebläsen verarbeitet wird
  • Elektrischer Widerstand und Induktion.

Zusammenfassung der Klebemethoden

Das Kleben von Werkstoffen ist ein Gebiet, das sowohl für die Wissenschaft und die Technik als auch für die Wirtschaft (Industrie) von Interesse ist. Die verschiedenen Gemeinschaften entwickeln es und arbeiten zusammen, um die Rentabilität, die Prozesseffizienz und die gemeinsame Qualität zu maximieren. Diese Rentabilität, Effizienz und Qualität in diesem Bereich schlagen sich in den Produkten und deren Wert für Kunden und Verbraucher nieder.