Fortschrittliches Fügen für Hochleistungsbauteile

Das Diffusionsschweißen ist ein stoffschlüssiges Fügeverfahren, das hochqualitative Verbindungen ohne lokale Spannungen oder zusätzliche Zwischenlage erzeugt. Es eignet sich zum Fügen von Werkstoffen wie Edelstahl, Werkzeugstählen, Aluminium, nickelbasierten Superlegierungen, Keramik, Glas und Kupfer. Außerdem erlaubt das Verfahren das Verbinden unterschiedlicher Materialkombinationen (z. B. Stahl–Kupfer, Titan–Keramik oder Titan–Stahl).

Besonders geeignet ist das Diffusionsschweißen auch für empfindliche Werkstoffe wie Titan, Niob oder Zirkonium, da es zuverlässige Verbindungen ermöglicht, ohne die Werkstoffeigenschaften zu beeinträchtigen.

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Anwendung

Zu den bereits etablierten Anwendungen zählen vor allem temperierte Spritzgussformen (Stichwort: „Conformal Cooling“), Heißkanalverteilerplatten, Kühlplatten und Hochleistungswärmetauscher. Durch große Oberflächen und kleinste Kanalstrukturen lassen sich Bauteile mit großen Wärmeübertragungsraten und damit hervorragenden Wirkungsgraden realisieren.

Zwei Ingenieure neben einer großen blauen Diffusionsschweißanlage in einer Fertigungshalle.

Vorteile

Keine Fremdwerkstoffe am Fügevorgang beteiligt
Keine Flüssigphase während des gesamten Fügevorganges
Hochvakuumatmosphäre: blanke Oberfläche und die Möglichkeit auch empfindliche Materialien zu fügen (Ti, Nb, Zr)
Sehr hohe Festigkeiten (nahe an denen der Grundwerkstoffe)
Höchste Korrosionsresistenz
Porenfreie, visuell nicht wahrnehmbare Fügestelle
Gleichartige Werkstoffverbunde: Edelstähle, Werkzeugstähle (1.2083, M333 usw.) Titan, Aluminium, Nickel-Superlegierungen, Keramik, Glas, Kupfer uvm.
Verschiedenartige Werkstoffverbunde möglich: Stahl-Kupfer, Titan-Keramik, Titan-Stahl
Großflächige Verbunde ohne Verzug

Innenansicht einer Hochvakuumofenkammer mit Heizelementen und Substrathalterungen.

Service

Die PVA kann inzwischen auf eine breite Palette erfolgreich gefügter Materialkombinationen zurückblicken. In Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen bauen wir unsere Expertise in diesem innovativen Fügetechnologiefeld kontinuierlich aus.

Am Standort Wettenberg betreiben wir zwei der größten Diffusionsfügeanlagen, die in Europa als Lohnanlagen zur Verfügung stehen.

Beide Anlagen verfügen über eine einachsige hydraulische Pressvorrichtung mit Pressplatten aus hochfestem Graphit. Ein Mehrfach‑Werkzeugsystem sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Presskraft über die Pressplatte. Verfügbare Nutzvolumina: 900 × 1.000 × 450 mm (B × L × H) und 840 × 840 × 600 mm (B × L × H).

Kammerevakuierung auf Hochvakuumniveau zur Reinigung der Prozessumgebung.

Procedure

Das Pressschweißverfahren erfolgt unter Aufbringung von Pressdrücken bei gleichzeitig hohen Temperaturen. Die zu fügenden Bauteile werden unter Hochvakuum auf die erforderliche Prozesstemperatur erwärmt. Anschließend erfolgt die Einleitung der Presskräfte durch den Pressstempel (uniaxial). Hierbei werden die Rauhigkeitsspitzen der Materialoberflächen geglättet und so ein inniger Materialkontakt zwischen den Fügeflächen hergestellt. Im Gegensatz zu vielen anderen Schweißverfahren kommt das Diffusionsschweißen ohne flüssige Phase und Fremdwerkstoffe aus.

FAQ

Ist es möglich, mehrere Bauteile in einem Ofenzyklus zu schweißen?

Der Ofenzyklus ist der Hauptkostentreiber beim Diffusionsschweißen. Durch Kombination von mehreren Bauteilen (Voraussetzung: gleiche Höhe und gleiches Material) kann sich dieser Prozess als extrem wirtschaftlich erweisen.

Setzen Sie sich mit uns in Verbindung und erhalten Sie ein unverbindliches Angebot.

Welche Voraussetzungen muss das Bauteil erfüllen?

Beim Diffusionsschweißen ist die Fügeoberfläche ein entscheidendes Kriterium für einen festen Werkstoffverbund. Generell gilt, je kleiner die Oberflächenrauhigkeiten und die Welligkeit des Bauteils, desto besser das Fügeresultat. Makroskopische Beschädigungen, wie Kratzer oder Risse, sollten in jedem Fall vermieden werden, wenn höchste Ansprüche an Dichtigkeit und Festigkeit gefordert sind.

Kann die Dienstleistung auch für Entwicklungsprojekte genutzt werden?

Auch für einzelne Entwicklungsprojekte steht diese Anlage zur Verfügung. Darüber hinaus sind Ihnen unsere Ingenieure bei der diffusionsschweißgerechten Konstruktion behilflich.

Ist auch eine Serienproduktion möglich?

Die Diffusionsschweißanlage steht auch für die Serienproduktion zur Verfügung. Eine entsprechende Jahreslosgröße wirkt sich positiv auf die Preisgestaltung aus.

Ich bin mir nicht sicher, ob diese Fügetechnik für mein Bauteil in Frage kommt. An wen kann ich mich wenden?

Bei allgemeinen Fragen zum Diffusionsschweißen und konkreten Fragen zu konstruktionstechnischen Auslegungen von Bauteilen für das Diffusionsschweißen kontaktieren Sie bitte über das Kontaktformular.

Welche Werkstoffkombinationen sind möglich?

Erfolgreich verbundene gleichartige Werkstoffpaarungen:

Aaustenitische Stähle (1.4301, 1.4404 etc.)
Werkzeugstähle (1.2344, 1.2343, 1.2083, Böhler M333 etc.)
Hochlegierte Aluminiumwerkstoffe (z.B. AW 6061)
Kupfer (sauerstofffrei) Titan uvm.

Erfolgreich verbundene verschiedenartige Werkstoffpaarungen:

Wolfram an Kupfer
Titan an Kupfer
Stahl (z.B. 1.2767) an Kupfer uvm.

Wie viel Materialaufmaß sollte eingeplant werden?

Da prozessbedingt eine Materialstauchung entsteht, sollte ein Aufmaß von 1% bis 5% eingeplant werden.

Wie lange dauert ein Diffusionsschweißprozess?

Ein Ofenzyklus dauert etwa 24 Stunden - inklusive Aufheizen und Abkühlen.

Was ist presskraftunterstützes Löten?

Großflächige Verbunde können nicht verzugsfrei gelötet werden. Materialverzug ist beim Vakuumlöten insofern problematisch, dass dieser infolge der Vergrößerung der Lötnaht zu Sprödigkeit und damit zu Festigkeitseinbußen führen kann. In der Heißpresse kann dieser Verzug durch Aufbringung ausreichender Presskräfte vermieden werden. Das Ergebnis sind fest verlötete Werkstoffverbunde.

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