Werkstoffgruppe mit einzigartigem Eigenschaftsprofil
Kupfer- und Kupferlegierungen zeichnen sich durch besondere Eigenschaften aus, die sie für zahlreiche Anwendungen als unverzichtbare Werkstoffgruppe qualifizieren. Insbesondere können die hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, der hohe Korrosionswiderstand sowie die gute Tieftemperaturzähigkeit als charakteristische Eigenschaften angeführt werden. Wegen der Neigung des Kupfers zur Legierungsbildung mit vielen weiteren metallischen Elementen kann das Eigenschaftsspektrum in Abhängigkeit des Legierungssystems in weiten Grenzen variiert werden.
Fügen von Kupfer
Unter Berücksichtigung der physikalischen, mechanisch-technologischen und metallurgischen Besonderheiten können Kupfer und Kupferlegierungen mit verschiedenen Prozessen thermisch gefügt werden. Bezüglich der Auswahl der Prozessparameter, die für den Wärmeeintrag relevant sind, müssen speziell der hohen Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung besondere Achtung geschenkt werden, um einerseits die notwendige Energie zielgerichtet bereitzustellen und andererseits den thermisch induzierten Verzug und unerwünschte Bauteildeformationen zu vermeiden.
Eine Einstufung der schmelzschweißtechnischen Verarbeitbarkeit kann daran orientiert werden, ob es sich um einen ein- oder mehrphasigen Kupferwerkstoff, eine ausscheidungshärtende Legierung oder einen kaltverfestigten Werkstoff handelt. Von besonderer Bedeutung für die Schweißeignung ist der Sauerstoffgehalt im Metall, der durch eine atmosphärische Gasaufnahme während der Verarbeitung zusätzlich ansteigen kann. Sauerstoff kann in Kupferwerkstoffen versprödend wirken und unter Anwesenheit von Wasserstoff zur sog. Wasserstoffkrankheit führen.
Fügekonzepte in innovativen Zukunftstechnologien
Das Fügen von Kupfer und Kupferlegierungen im Bereich der Stromkontaktierung hat vor allem mit dem Aufschwung der Elektromobilität signifikant an Bedeutung gewonnen. Im automobilen Bordnetz werden aus Gründen der Kostenreduzierung bspw. auch Mischverbindungen (Cu-Al) eingesetzt. Je nach geforderten Verbindungseigenschaften finden zur Realisierung oftmals Fügeverfahren mit geringem Wärmeeintrag wie das Ultraschallschweißen, das Widerstandsschweißen oder das Rührreibschweißen Anwendung.
In technischen Installationen der Gas- und Wasserversorgung stellen das WIG-Orbital- sowie das WIG-Rundnahtschweißen wichtige Verfahren zur Verbindung von Kupferrohren dar. Wegen der hohen Qualitätsansprüche an die geförderten Medien ist u.a. eine Minimierung der Anlauffarben im Innern der Rohrleitung durch eine optimierte Prozessführung anzustreben.
Für Bauteile mit größeren Wanddicken und hohen Qualitätsanforderungen kommen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Kupferwerkstoffe vielfach Strahlschweißverfahren mit hoher Energiedichte zum Einsatz, wie z.B. das Laserstrahlschweißen unter Atmosphärendruck oder im Vakuum und das Elektronenstrahlschweißen.
Weitere potenzielle Themenfelder in Bezug auf Kupferwerkstoffe im Kontext der Schweißtechnik sind bspw. die Untersuchung der Elektrodenstandmenge beim Widerstandspunktschweißen, Verschleißuntersuchungen von Stromkontaktrohren oder die Analyse des Einflusses der Drahtelektrodenverkupferung auf das Prozessverhalten und die Schweißmetallurgie.