Gebündelte Kompetenz in Dresden [ PDF 1.93 MB ]
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Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 FRAUNHOFER INSTITUTE M AT E R I A L A N D B E A M T E C H N O L O G Y I W S TAILORED JOINING CLUSTERED KNOW-HOW IN DRESDEN Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 FÜGETECHNISCHE KOMPETENZ IN DRESDEN Fügen ist eine zentrale Herausforderung in modernen Produktionsketten und stellt oft einen signifikanten Kostenfaktor dar. Durch häufig geringe Schweißeignung moderner Funktionsmaterialien einerseits und hohe Qualitätsanforderungen andererseits ist die Kenntnis und Auswahl des richtigen Fügeverfahrens von großer Wichtigkeit. Dresden versammelt in einzigartiger Art und Weise verschiedenste Kompetenzen im Bereich fügetechnischer Verfahren. Das Fraunhofer IWS, das Institut für Fertigungstechnik der TU Dresden und der Lehrstuhl Fügetechnik an der HTW Dresden forschen seit vielen Jahren auf diesem Themengebiet. Neben thermischen Verfahren wie dem Laserstrahl-, Elektronenstrahl- und Lichtbogenschweißen werden unter anderem Entwicklungen zum Rührreibschweißen, Magnetpulsschweißen, mechanischen Fügen, Kleben sowie zu Hybrid-Fügeverfahren vorangetrieben. Die Broschüre bietet einen aktuellen Überblick der verfügbaren Fügetechnologien, Anwendungsmöglichkeiten und Leistungsangebote zur Bauteilauslegung, Prozessüberwachung, Sensorik und optischen Messtechnik. Ziel ist es, die vorhandenen Kompetenzen weiter auszubauen und zu bündeln. Prof. Dr.-Ing. habil. Eckhard Beyer Institutsleiter, Fraunhofer IWS Dresden Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Füssel Professur für Fügetechnik und Montage, TU Dresden Prof. Dr.-Ing. Gunther Göbel Professur Fügetechnik, HTW Dresden Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 3 JOINING & WELDING KNOW-HOW IN DRESDEN Joining technologies represent the central challenge in modern process chains. Very often they are the essential factor to run up the costs. It is of the utmost importance to be aware of the some-times poor weldability of modern functional materials on the one hand and the high quality demands on the welding results on the other hand. Due to these decisive factors the choice of the best suitable joining procedure is deciding. Dresden represents a unique cluster of know-how in the field of joining and welding. The Fraunhofer IWS, the Institute of Manufacturing Technology of the TU Dresden and the University of Applied Sciences have been conducting research on this topic for many years. Besides thermal procedures like laser beam welding, electron beam welding and arc welding, joining processes such as friction stir welding, magnetic pulse welding, mechanical joining, adhesive bonding and hybrid technologies are of particular interest. This brochure provides an overview of available joining technologies and applications and offers service for component design, process monitoring, sensor technology and optical measuring techniques. Our goal is to further expand and to bundle the existing expertise in this field. Prof. Dr.-Ing. habil. Eckhard Beyer Executive Director, Fraunhofer IWS Dresden Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Füssel Chair of Joining Technology and Assembly, TU Dresden Prof. Dr.-Ing. Gunther Göbel Chair of Joining Technology, University of Applied Sciences Dresden Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 4 Nabe / hub Schweißnaht / weld seam Welle / shaft Presssitz / press fit BAUTEILAUSLEGUNG Leistungsangebot: In enger Zusammenarbeit mit der Prozessentwicklung und der Werkstofftechnik des Fraunhofer IWS Dresden werden prozess-, werkstoff- und belastungsgerechte Konstruktionslösungen entwickelt. Dabei können wir insbesondere auf Erfahrungen im Bereich Automobilbau (Karosserie, Powertrain, Fahrwerk), Schienenfahrzeugbau (Wagenkasten, Crashelemente) und Flugzeugbau (Rumpfstrukturen) zurückgreifen. Wir bieten an: - Bauteilauslegung, speziell für lasergeschweißte Konstruktionen - belastungsangepasste Bauteiloptimierung durch lokale Laserverfestigung - statische strukturmechanische Berechnungen zur Verformungsund Spannungsanalyse - strukturdynamische Berechnungen zur Steifigkeits- und Schwingungsanalyse - Temperaturfeldanalysen - FE-Crashsimulation - Schweißprozess-Simulation und Verzugsberechnung (Abb.) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 5 700 ° C 20 ° C COMPONENT DESIGN Service offers: Design solutions taking into account the effects of processes, materials, and loads are developed in close association with the process development and materials engineering sections of the Fraunhofer IWS Dresden. We are able to rely on our experience particularly in the domains of automotive engineering (car body, powertrain, and chassis), railcar engineering (railcar body, crash components), and aerospace engineering (fuselage structures). Our portfolio: - component design, especially for laser-welded constructions - load adapted component design by local laser hardening - static analyses (e. g. stress and deformation analyses) - dynamic analyses (e. g. modal analyses) - temperature field analyses - crash simulations - welding simulation and calculation of weld distortion, residual stress contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 6 LASERSTRAHLSCHWEISSEN Prinzip: Durch die hohe Intensität des Laserstrahls im Fokus bildet sich im Schmelzbad eine Dampfkapillare aus. Tiefe und schlanke Schweißnähte, ein geringer Energieeintrag und damit geringe Schweißverzüge, hohe Schweißgeschwindigkeiten im Bereich von mehreren m/min sowie Flexibilität der zu verschweißenden Geometrien kennzeichnen dieses moderne Fügeverfahren. Typische Anwendungen / Materialien: - Eisenmetalle (Baustahl, härtbare Stähle, Gußeisen) - Nichteisenmetalle (Aluminium, Titan, Magnesium, Kupfer) - Mischverbindungen (Al + Cu, Al + Mg, ...) - Stahlbau, Maschinenbau, Fahrzeugbau (Getriebe- und Karosseriebau), Anlagenbau, Apparatebau, Werkzeugindustrie - Leichtbau (Luftfahrt und Automobilbau) - Energietechnik (Batterien) Wir bieten an: - Beratungen und Machbarkeitsstudien - Technologieentwicklungen & Verfahrenserprobungen - Systementwicklungen zusammen mit unseren Partnern - verfahrenstechnische Unterstützung bei Prozesseinführung - Schulung von Ingenieuren und Anlagenbedienern - Schadensfallanalysen Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 7 LASER BEAM WELDING Principle: Through the high intensity of the laser beam in the focus, a vapor cavity is generated in the weld pool. Deep and narrow weld seams, low energy input and, thus, low welding distortion, high welding speeds in the range of several m/min as well as flexible weld geometries characterize this modern joining technology. Typical applications / materials: - ferrous metals (construction steel, hardenable steel, cast iron) - non-ferrous metals (aluminum, titanium, magnesium, copper) - mixed joints (Al + Cu, Al + Mg, ...) - steel construction, engineering, automotive industry (gear manufacturing & body construction), plant engineering, tool industry - lightweight construction (aircraft and automotive industry) - energy technologies (batteries) Our portfolio: - consulting and feasibility studies - technological development & process testing - system development in cooperation with our partners - assistance during process implementation - training of engineers and machine operators - failure analysis contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 8 ELEKTRONENSTRAHLSCHWEISSEN UND -LÖTEN Prinzip: Im Vakuum wird das Bauteil durch einen extrem schnell magnetisch ablenkbaren Elektronenstrahl erhitzt und (ähnlich zum Laser) eine schlanke Dampfkapillare gebildet. Im Vakuum dringt der Strahl extrem tief ein und erzeugt per Ablenkung hochflexibel anpassbare Nahtquerschnitte ohne jegliche Oxidationsgefahr. Zum Löten können ebenfalls per Strahlablenkung optimierte Wärmefelder genutzt werden. Typische Anwendungen / Materialien: - Stähle, Titan, Kupfer, Aluminium - metallische Mischverbindungen - Getriebebau, Präzisionsanwendungen - Teile mit großen Wanddicken - chemisch empfindliche Werkstoffe (Oxidation…) Wir bieten an: - Beratungen und Machbarkeitsstudien - Verfahrensvergleiche - Technologieentwicklungen & Verfahrenserprobungen - Systementwicklungen zusammen mit unseren Partnern Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 9 ELECTRON BEAM WELDING AND BRAZING Principle: The parts are heated up under vacuum by a focused electron beam which is dynamically positioned using deflection by magnetic fields. Similar to laser welding, a thin vapor keyhole is created but with generally deeper penetration and more flexibility in shape due to the deflection system. Brazing also benefits strongly from optimized energy distributions. Created welds and braze seams are 100% oxide free. Typical applications / materials: - steel, titanium, copper, aluminum - mixed-metal joining - power train components, precision parts - parts with high wall thickness - chemically sensitive parts (against oxidation …) Our portfolio: - consulting and feasibility studies - process comparisons - technological development & process testing - system developments in cooperation with our partners contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 LASERHYBRIDSCHWEISSEN Prinzip: Beim Laserhybridschweißen wird der Laser mit einer zusätzlichen Energiequelle (WIG-, MIG-, Plasmalichtbogen) in den Wirkort des Laserstrahls gekoppelt. Dadurch kann eine problem- und werkstoffangepasste Leistungsdichteverteilung erreicht werden. Die insbesondere bei Dickblechanwendungen verfahrenstypischen Nachteile des Laserstrahlschweißens hinsichtlich aufwendiger Nahtvorbereitung, geringer Spaltüberbrückbarkeit, höherer Aufhärtung und eingeschränkter Nahtgeometrie werden umgangen. Typische Anwendungen / Materialien: - Stahlbau (Kranausleger, Industrieschornsteine, ... ) - Anlagenbau (geschweißte Stahlprofile) - Rohre und Rohrleitungsbau - Karosseriebau (Al- oder Stahlbauteile) Wir bieten an: - Beratungen und Machbarkeitsstudien - Technologieentwicklungen & Verfahrenserprobungen - Systementwicklungen zusammen mit unseren Partnern - verfahrenstechnische Unterstützung bei Prozesseinführung - Schulung von Ingenieuren und Anlagenbedienern - Schadensfallanalysen Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 LASER HYBRID WELDING Principle: Laser hybrid welding implies that the laser is coupled with an additional energy source (TIG, MIG, plasma arc) to the focus of the laser beam. This principle enables a material adapted power density distribution. Thus it is possible to overcome the disadvantages, especially in the case of thick sheet metal laser welding, with respect to elaborate seam preparations, poor gap bridging, increased hardening and limited geometry. Typical applications / materials: - steel construction (crane booms, factory chimneys, ...) - equipment manufacturing (welded steel profiles) - pipes and pipeline construction - car body construction (Al or steel components) Our portfolio: - consulting and feasibility studies - technological development and process testing - system development in cooperation with our partners - assistance during process implementation - training of engineers and machine operators - failure analysis contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 Electrode Droplet Weld pool LICHTBOGENSCHWEISSEN Prinzip: Zwischen einer Elektrode und dem Werkstück brennt ein elektrischer Lichtbogen. Durch den Energieeintrag werden der Grundund ggf. auch der Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen. Lichtbogenverfahren sind durch hervorragende Handhabbarkeit, hohe Verfügbarkeit und sehr gute Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Sie werden im Handwerk sowie in der Serienfertigung eingesetzt. Typische Anwendungen / Materialien: - allgemeiner Stahlbau - Automobil- und Schienenfahrzeugbau, Schiff- und Flugzeugbau - Anlagen- und Behälterbau - Stahl (Baustahl, hochlegierter Stahl), Aluminium, Kupfer, Magnesium, Mischverbindungen (Stahl + Aluminium) Wir bieten an: - Entwicklung und Applikation von MSG-, WIG- und Plasmaprozessen sowie deren Kombinationen - numerische Lichtbogenprozesssimulation - Brennerentwicklung, insbes. Optimierung der Gasabdeckung (Schutz- und Schleppgas) - Messung von Schweißrauchemissionen - Metallografie, REM, Zugprüfung, ... Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 2 mm ARC WELDING Principle: An electric arc is established between a work piece and an electrode. Due to the arc-induced heat input, the base and, if applicable, the filler material are melted. Arc processes are characterized by ease of use, high applicability and costeffectiveness. They are widely used in crafts enterprises as well as in mass productions. Typical applications / materials: - steel construction - car and railway vehicle manufacturing, ship and aircraft industry - plant and container construction - steel (carbon, high-alloy), aluminum, copper, magnesium, mixed material joints (steel + aluminum) Our portfolio: - development and application of GMA, GTA and plasma processes as well as their combinations - numerical arc process simulation - torch development, esp. optimization of gas protection (shielding and backing gas) - measurements of fume emissions - metallography, SEM, tensile test, ... contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 RÜHRREIBSCHWEISSEN Prinzip: Ein rotierendes Werkzeug, das aus Schulter und Pin besteht, wird entlang der Fügestelle bewegt. Durch Reibung werden die Bauteilkanten in den teigigen Zustand erhitzt und durch Verrühren schmelzefrei verschweißt, es entsteht eine hochfeste, verzugsarme Fügezone. Typische Anwendungen / Materialien: - Aluminium (auch nicht schmelzschweißbare Legierungen) - Kupfer, Kupferlegierungen - Mischverbindungen (Al + Cu, …) Wir bieten an: - Beratung zu schweißgerechter Konstruktion - Verfahrensentwicklung für Schweißprozesse, auch für 3DSchweißkonturen - Entwicklung von Spanntechniken - Maschinenkonzeptanalyse - Simulation von Verfahren und Verzug - Prototypenfertigung (max. Arbeitsraum der Anlage am IWS: 6,5 m x 2,5 m x 1,5 m) - Bauteilprüfung (Zug, zyklisch, Torsion, …) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 FRICTION STIR WELDING (FSW) Principle: A rotating tool consisting of a shoulder and a pin is moved along the weld line. By friction the joining sides are heated into a nearly molten state and the stirring creates a continuous high-strength low distortion weld. Typical applications / materials: - aluminum welding (also alloys that do not allow fusion welding) - copper, copper alloys - mixed material joints (Al + Cu, …) Our portfolio: - analysis/optimization of the weld design - process development, also for 3D shaped weld lines - optimization/development of weld fixtures - machine concept analysis - numerical simulation of process / distortion - prototype welding (max. work space of the system at the IWS: 6.5 m x 2.5 m x 1.5 m) - mechanical part testing (tension, fatigue, torsion, …) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 WIDERSTANDSPUNKTSCHWEISSEN Prinzip: Zwei Elektroden mit guter elektrischer Leitfähigkeit werden an die zu fügenden Werkstoffe angepresst. Unter dieser Druckeinwirkung und einem Stromfluss über die Werkstoffe schmelzen diese auf oder an und verbinden sich. Die Werkstoffe selbst müssen dabei elektrisch leitfähig sein, ansonsten kennt der Prozess kaum Anwendungsgrenzen. Typische Anwendungen / Materialien: - Stahlwerkstoffe aller Art von 0,1 mm bis 5,0 mm - Nichteisenmetalle (Aluminium, Magnesium, …) - Mischverbindungen (Stahl + Aluminium, …) - Drähte Wir bieten an: - Grundlagenforschung (zerstörungsfreie Prüfung, Kontaktsituation, Verfahrensanalytik) - Untersuchung neuer Werkstoffkombinationen - Analyse von Reproduzierbarkeit, Prozesssicherheit und Elektrodenstandmenge - fügetechnische Aufgaben von Mikroschweißaufgaben bis Standard-Automotive-Aufgaben - Schulungen (Schweißfachingenieur) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 RESISTANCE SPOT WELDING (RSW) Principle: Two welding electrodes with good electrical conductivity are pressed against the materials to be joined. Under the influence of pressure and a current flow through the materials, they melt and merge. The materials themselves must be electrically conductive, otherwise the process applicability is almost unlimited. Typical applications / materials: - all kinds of steel sheets from 0.1 mm to 5.0 mm - non-ferrous metals (aluminum, magnesium, …) - mixed material joints (steel + aluminum, …) - wires Our portfolio: - basic research (non-destructive testing, contact situation, process analysis) - investigation of new material combinations - analysis of reproducibility, process safety and electrode life time - any joining tasks from micro-welding to standard automotive welding - training (International Welding Engineer) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 MAGNETPULSFÜGEN Prinzip: Durch Kondensatorentladung wird in einer Werkzeugspule kurzzeitig ein sehr starkes lokales Magnetfeld erzeugt. Damit lässt sich in metallischen Bauteilen berührungslos eine intensive Kraftwirkung erreichen, die zum Krimpen oder schmelzefreien Verschweißen genutzt werden kann. Typische Anwendungen / Materialien: - hochproduktive Herstellung von Rohr+Knoten oder RohrDeckel-Verbindungen (Al + Al, Al + Stahl) - Herstellung von Mischverbindungen (Al + Cu, Al + Stahl, …) - präzises Prägen/lokales Umformen (Al, Cu, Mg) Wir bieten an: - Beratung zu pulsfügegerechter Konstruktion - Verfahrensentwicklung Fügeprozesse - Auslegung und Entwicklung von Werkzeugspulen - Maschinenkonzeptanalyse - Simulation von Verfahren und Feldwirkung - Prototypenfertigung - Bauteilprüfung (Zug, zyklisch, Torsion, …) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 1 ELECTROMAGNETIC FORMING AND MAGNETIC PULSE WELDING Principle: By coupling a charged capacitor bank to a tool-coil a very short but strong magnetic pulse can be generated. This is used to create strong forces in metallic parts. Joining is either achieved by crimping or even melt free welding. Typical applications / materials: - high volume production of tube+node joints or tube-cap-joints (Al + Al, Al + steel) - mixed material joints (Al + Cu, Al + steel, …) - precise or local forming of Al, Cu, Mg Our portfolio: - analysis / optimization of the joint design - process development and consulting - optimization / development of tool coils - machine concept analysis - numerical simulation of process and magnetic field distributions - prototype welding - mechanical testing of parts (tension, fatigue, torsion, …) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 HART- UND WEICHLÖTEN Prinzip: Lot und Grundwerkstoff unterscheiden sich in ihrer Schmelztemperatur so, dass bei der Zufuhr von Wärme das Lot aufschmilzt während der Grundwerkstoff fest bleibt. Aufgrund der Kapillarwirkung fließt das flüssige Lot in den Lötspalt und erstarrt beim Abkühlen. Typische Anwendungen / Materialien: - Aluminium und Legierungen - Kupfer und Legierungen - Stähle - Hartmetalle - Wärmetauscher, Kühler, Verdampfer Wir bieten an: - Durchführung von Lötversuchen im Schutzgas- / Vakuumofen - Induktionslöten, NIR-Löten - Charakterisierung und Bewertung von Lötverbindungen - Ermittlung von Parametern zur Herstellung von Lötverbindungen - Erarbeitung alternativer Verbindungskonzepte und Fügetechnologien Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 5 mm BRAZING AND SOLDERING Principle: Due to the different melting temperatures of filler metal and base material, the filler metal will melt when heat is supplied, whereas the base material remains solid. Because of the capillary force the liquid solder flows into the brazing gap and solidificates during cooling. Typical applications / materials: - aluminum and its alloys - copper and its alloys - steel - hard metals - heat exchanger, cooler, evaporator Our portfolio: - perfoming brazing tests in shielding gas / vacuum furnace - induction brazing, NIR-brazing - characterization and evaluation of joints - determination of parameters for soldered and brazed joint manufacturing - development of alternative joint concepts and joining technologies contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 LASERWALZPLATTIEREN Prinzip: Zwei induktiv vorgewärmte metallische Schmalbänder werden unter einem Winkel von ca. 90° zueinander in einen Walzspalt geführt. Ummittelbar vor dem Spalt werden die Innenflächen der beiden Bänder mittels Laserstrahl auf die notwendigen Plattiertemperaturen gebracht und in einem Walzstich zu einem Bimetallstreifen mit hoher mechanischer Festigkeit miteinander verbunden. Typische Anwendungen / Materialien: - verschiedene Stähle - Aluminium / Kupfer - Stahl / Kupferlegierungen - Stahl / Aluminium Wir bieten an: - Verfahrensentwicklung für Plattierprozesse - Entwicklung von Bandführungen - Maschinenkonzeptanalyse - Prototypenfertigung - Bauteilprüfung (Zug-, Scher-Zug-Prüfung) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 LASER ROLL PLATING Principle: Two inductively preheated metal stripes are fed to a rolling gap at an angle of about 90° to each other. Directly in front of that gap, the inner surfaces of the two stripes are heated by laser up to the required plating temperature. In a single rolling step the two metal stripes are joint to a bi-metal stripe with good mechanical stability. Typical applications / materials: - various steels - aluminum / copper - steel / copper alloys - steel / aluminum Our portfolio: - process development for roll plated joints - optimization and development of strip guidance devices - machine concept analysis - prototype manufacturing - mechanical testing of parts (tensile test, shear-tensile-test) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 UMFORMTECHNISCHES FÜGEN Prinzip: Durch die Umformung der zu fügenden Bauteile und / oder Fügeelemente erfolgt die Fertigung einer kraft- und formschlüssigen Fügeverbindung, mit oder ohne Fügeelement. Typische Anwendungen / Materialien: - Stahl (Tiefziehqualität bis pressgehärtete Stähle) - Aluminium (Bleche, Strangpressprofile, Guss) - Kupfer, Kupferlegierungen - CFC- / GFC-Werkstoffe - Mischverbindungen (St + Al, Al + Cu, … ) Wir bieten an: - Verfahrensentwicklung - Gestaltung durchgängiger Fügeprozesse von der Oberflächenvorbehandlung bis zur Qualitätssicherung - Konstruktion von Vorrichtungen und Werkzeugen für elementares und hybrides Fügen - Ausführung von Tests zum Festigkeits-, Alterungs- und Korrosionsverhalten von elementaren und hybriden Verbindungen - elektrotechnische Auslegung von umformtechnischen Fügeverbindungen - Weiterbildungsveranstaltungen Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 JOINING BY FORMING Principle: By the deformation of the components and / or the joining elements, a non-positive and form-fitting joint connection, with or without joining element, is generated. Typical applications / materials: - steel (from deep drawing quality to press hardened steels) - aluminum (sheets, profils, cast) - copper, copper alloys - CFRC / GFRC materials - mixed material joints (St + Al, Al + Cu, …) Our portfolio: - process development - design of consistent joining processes - construction of devices and tools for joining processes - tests for strength, aging and corrosion behavior of elemental or hybrid joints - electrical design of mechanical joints - training events contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 KLEBEN UND THERMISCHES DIREKTFÜGEN Prinzip: Das Kleben und thermische Direktfügen ermöglicht die Herstellung von dauerhaften Verbindungen unterschiedlichster Materialien. Die Verbindungsfestigkeit kann dabei durch gezielte Vorbehandlung der Fügeteiloberflächen erhöht werden. Typische Anwendungen / Materialien: - Metalle, Glas, Holz, ... - Kunststoffe, faserverstärkte Kunststoffe - Mischverbindungen Wir bieten an: - Oberflächenvorbehandlung mittels Plasma- und Lasertechniken, - Silikatisierung - Charakterisierung (Rauheitsmessung, Kontaktwinkelbestimmung, elektrische Leitfähigkeit, Rheologie) - Klebstoffmodifizierung - künstliche Alterung (Klimaschrank, Salzsprühkammer, Suntest, Pressure Cooker Test) - Bestimmung mechanischer Kennwerte (Zug-, Zugscher-, Schäl-, Torsionsbeanspruchung und kombinierte Beanspruchungen) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 ADHESIVE BONDING AND THERMAL DIRECT JOINING Principle: The joining technologies, adhesive bonding and thermal direct joining enables the manufacturing of durable joints out of most different materials. The bonding strength of the joint can be improved using special surface pre-treatments. Typical applications / materials: - metals, glass, timber, … - plastics, fiber-reinforced plastics - mixed material joints Our portfolio: - surface pre-treatment by plasma and laser radiation, - silicatization - characterization (roughness, contact angle, electrical conductivity, rheology) - modification of the adhesives - artificial ageing (climate chamber, salt spray test, sun test, pressure cooker test) - determination of mechanical properties (tensile, tensile shear, peel, torsion and combined tests) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 DIREKTVERSCHRAUBUNG Prinzip: Die Direktverschraubung kann für verschiedene Werkstoffe, im Leichtbau sowie bei Mischbauweise angewendet werden. Es gibt Verfahrensvarianten mit und ohne Vorloch, je nach Anwendung und Werkstoff. Bei der Direktverschraubung wird das Muttergewinde während des Einschraubvorgangs direkt durch die Geometrie der gewindefurchenden Schraube erzeugt. Typische Anwendungen / Materialien: - Blechverschraubungen (Dünn-, Dickblech, …) - Nichteisenmetall (Magnesium, …) - Kunststoffe (Thermoplast, Duroplast, …) - Mischverbindungen (Kunststoff + Aluminium, …) Wir bieten an: - Erforschung neuer Technologien - Untersuchung von Verbindungselementen zum Fügen neuer Werkstoffkombinationen - Analyse der Reproduzierbarkeit und Prozesssicherheit - Simultanmessung von Vorspannkraft, Drehmoment und -winkel - Kennwertermittlung bei Realbauteilen - Schulungen (Schraubfachingenieur) Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 2 SELFTAPPING FASTENERS Principle: The selftapping fasteners can be used for different materials, lightweight construction as well as mixed constructions. There are variants of the process with and without pre-holes, depending on the application and material. Selftapping fasteners directly generate the female thread by the screw’s geometry during the screwing process. Typical applications / materials: - metal plates (thin, thick, …) - non-ferrous metal (magnesium, …) - plastics (thermoplastic, duroplast, …) - mixed material joints (plastics + aluminum, …) Our portfolio: - research of new technologies - analysis of fasteners for joining new material combinations - investigation of reproducibility and process safety - simultaneous measurement of the clamp load and installation torque - identification and determination of numerical values - training (fastener specialist) contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 3 FÜGEN MIT REAKTIVMULTISCHICHTEN Prinzip: Durch die Aktivierung der atomaren Diffusion in NanometerReaktivmultischichten (RMS) wird kurzzeitig und lokal thermische Energie bereit gestellt. Diese kann zum Aufschmelzen eines Lotes verwendet werden, das als Schicht beidseitig auf der RMS aufgebracht wird. Das ermöglicht Fügungen mit minimaler thermischer Belastung der Bauteile bei gleichzeitig hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeiten der Fügestelle. Typische Anwendungen / Materialien: - Metalle, z. B. Al, Cu, Stahl, Ti, … - keramische Materialien, Glas - Silizium - Polymere Wir bieten an: - Machbarkeitsuntersuchungen - Prozessentwicklung und -beratung - Prototypenfertigung - Bauteilprüfung Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 3 REACTIVE MULTILAYERS FOR JOINING Principle: With the activation of atomic interdiffusion in nanometer reactive multilayer systems (RMS), thermal energy will be locally and temporarily delivered. This energy can be used for the melting of solder layers which coat the RMS on both sides. Reactive multilayer systems enable the joining of components with minimal thermal loads and with good electrical and thermal conductivity. Typical applications / materials: - metals, e. g. Al, Cu, steel, Ti, … - ceramics, glass - silicon - polymers Our portfolio: - feasibility studies - process development and consultation - fabrication of prototypes - mechanical testing of parts and joining zones contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 3 PROZESSÜBERWACHUNG UND SENSORIK Prinzip: Industrielle Produktionsprozesse zu überwachen sowie deren Produkte während bzw. nach der Fertigung zu charakterisieren, ist eine allgegenwärtige Aufgabenstellung in modernen Fügeprozessen. Die systemtechnischen Kernkompetenzen zur Prozessüberwachung und Sensorik am Fraunhofer IWS Dresden sowie am Anwendungszentrum für optische Messtechnik Zwickau konzentrieren sich auf die Entwicklung optischer, optisch-spektroskopischer Sensorik und deren Implementierung im Bereich der Laserund Oberflächentechnologie. Wir bieten an: Entwicklungen für das Monitoring von Laserprozessen - High-Speed Temperaturüberwachung (E-MAqS® / E-FAqS®) - Mess- und Regelsystem für Temperaturüberwachung (LompocPro®) - Laserstrahlanalyse zur Qualitätskontrolle von Optiken und Laserquellen (LasMon®) Optisch-spektroskopische Verfahren - hyperspektrale Bildgebung zur Bewertung von Oberflächen und deren abgeleiteten Eigenschaften (imanto®) - infrarot-basierte in-situ Multigasanalytik (ISPROM®) - Plasmaspektroskopie für das Laserstrahlschweißen - ortsauflösende Temperaturmessung unabhängig vom Emissionskoeffizient und Materialoberflächenstruktur zur Detektion von Bearbeitungsfehlern und Prozesssteuerung im Fügeprozess Kontakt: [email protected] [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 12:59 Seite 3 PROCESS MONITORING AND SENSOR TECHNOLOGY Principle: One central task in modern industrial production processes is to monitor the processes and to analyze the products during and after fabrication. This includes the development of appropriate process analytical sensors, measurement methods and devices. The core competences of Fraunhofer IWS Dresden and the Application Center for Optical Metrology and Surface Technologies in Zwickau focus on the development of optical and optical-spectroscopic sensors and their implementation in the field of laser and surface technologies. Our portfolio: Foci for the monitoring of laser processes include - high-speed temperature monitoring (E-MAqS® / E-FAqS®) - measurement and control systems for temperature monitoring (LompocPro®) - laser beam analysis for quality control of optics and laser sources (LasMon®) Optical-spectroscopic measurement techniques include - imaging analysis tools (hard and software) for Hyperspectral Imaging (imanto®) - infrared based in-situ multi gas analysis (ISPROM®) - plasma spectroscopy for laser welding tasks - spatially resolved temperature measurement, independent of emission coefficient and material surface structure, for detection of machining errors and process control in the joining procedure contact: [email protected] [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 WERKSTOFFPRÜFUNG UND -CHARAKTERISIERUNG Prinzip: Neue, leistungsfähige Werkstoffe sind die Grundlage und der Motor für die Entwicklung zuverlässiger und innovativer Produkte. Um das Eigenschaftspotenzial klassischer sowie neuartiger Konstruktions- und Funktionswerkstoffe bestmöglich ausnutzen zu können, bedarf es eines breiten Spektrums an experimentellen Erfahrungen und eines tiefen Verständnisses für die werkstoffphysikalischen Vorgänge. Dieser Herausforderung stellt sich das Kompetenzfeld Werkstoffprüfung und -charakterisierung des IWS. Es versteht sich dabei als Partner für alle Geschäftsfelder sowie für externe industrielle Kunden. Wir bieten an: - Bestimmung mechanischer Kennwerte von Werkstoffen und Werkstoffverbunden - Ermittlung von Kennlinien zur Bewertung der Schwingfestigkeit - zeitverkürzte Ermüdungsprüfung bei hohen Prüffrequenzen - hochauflösende, abbildende und analytische Charakterisierung von lasermodifizierten Randzonen, Fügegrenzflächen, Dünnschichtsystemen, Nanotubes und Nanopartikeln - Versagens- und Schadensfallanalysen - Beratung im Hinblick auf Werkstoffalternativen, Gestaltoptimierungen und Prozessverbesserungen für eine zukünftige Schadensprävention sowie Entwicklung von Prüfstrategien Kontakt: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 1 mm MATERIALS TESTING AND CHARACTERIZATION Principle: The basis and the driver for the development of reliable and innovative products are advanced, high performance materials. However, a broad range of experimental experience combined with a profound expertise in materials science is required in order to take advantage of the unique properties of new and conventional structural and functional materials. The department of materials characterization and testing of the Fraunhofer IWS is facing this challenge. It is therefore a competent partner for all business units as well as external industrial customers. Our portfolio: - determination of mechanical properties of materials and composites (static, cyclic, flow curves) - evaluation of fatigue behavior (Woehler curve, crack propagation) and time reduced fatigue testing at high frequencies - high resolution imaging and analysis of laser treated surfaces, joining zones, thin films, nanotubes and nano particles - failure analyses - consultation with respect to the choice of material, component design, process optimization to prevent failure, and the development of alternative testing strategies contact: [email protected] Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 FRAUNHOFER IWS DRESDEN WIR FORSCHEN FÜR DIE PRAXIS. Das Fraunhofer IWS steht für Innovationen im Bereich der Laserund Oberflächentechnik. Es bietet kundenspezifische Lösungen zum Fügen, Trennen, Auftragen, Abtragen, Mikrostrukturieren, Randschichtbehandeln und Beschichten mit Laser sowie PVDund CVD-Verfahren. Die Kombination eines umfangreichen werkstofftechnischen Know-hows mit weitreichenden Erfahrungen in der Entwicklung von Technologien und Systemen ist die Basis für zahlreiche in die industrielle Fertigung überführte Lösungen. Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Winterbergstr. 28, 01277 Dresden Telefon +49 351 83391-0, Fax +49 351 83391-3300 [email protected] Kontakt: Dr. Jens Standfuß Geschäftsfeldleiter Fügen Telefon +49 351 83391-3212, Fax +49 351 83391-3210 [email protected] www.iws.fraunhofer.de Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 FRAUNHOFER IWS DRESDEN R E S E A R C H T H AT C A N B E P U T I N T O P R A C T I C E . Fraunhofer IWS is known for its innovations in the field of laser and surface technology. We provide customized solutions for joining, cutting, cladding, ablation processes, micro structuring and surface treatment, laser coating as well as PVD and CVD processes. The combination of the comprehensive know-how in the field of materials engineering with the profound expertise in the development of systems and technologies form the basis for numerous implementations into industrial applications. Fraunhofer IWS Dresden Winterbergstr. 28, 01277 Dresden, Germany Phone +49 351 83391-0, Fax +49 351 83391-3300 [email protected] Contact: Dr. Jens Standfuß Head of business unit Joining Phone +49 351 83391-3212, Fax +49 351 83391-3210 [email protected] www.iws.fraunhofer.de/en Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 ANWENDUNGSZENTRUM FÜR OPTISCHE MESSTECHNIK UND OBERFLÄCHENTECHNOLOGIEN Im August 2015 hat das neue Fraunhofer-IWS-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien (AZOM) seine Arbeit aufgenommen. Angesiedelt im Umfeld der Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) bildet es eine Brücke zwischen dem Fraunhofer IWS in Dresden und der regionalen Wirtschaft in Westsachsen. Die Arbeitsfelder liegen insbesondere in den Bereichen: - photonische Systemkomponenten und Fasertechnologien - optische Messtechnik, Bildverarbeitung und Prozesskontrolle - Oberflächen- und Werkstofftechnologien - Biophotonik und Medizintechnik AZOM Zwickau Keplerstr. 2, 08056 Zwickau Telefon +49 375 536 1538, Fax +49 375 536 1503 Kontakt: Prof. Dr. Peter Hartmann [email protected] www.iws.fraunhofer.de Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 3 APPLICATION CENTER FOR OPTICAL METROLOGY AND SURFACE TECHNOLOGIES In August 2015 the novel Fraunhofer IWS Application Center for Optical Metrology and Surface Technologies (AZOM) started work in Zwickau. In cooperation with the Westsächsischen Hochschule Zwickau (WHZ) the center bridges the gap between the Fraunhofer IWS in Dresden and the reginal economy in West Saxony. Their work focuses on: - photonic system components and fiber technologies - optical metrology, image processing and process control - surface and material technologies - biophotonics and medical technologies AZOM Zwickau Keplerstr. 2, 08056 Zwickau, Germany Phone +49 375 536 1538, Fax +49 375 536 1503 Contact: Prof. Dr. Peter Hartmann [email protected] www.iws.fraunhofer.de/en Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 4 INSTITUT FÜR FERTIGUNGSTECHNIK, TU DRESDEN Am Institut für Fertigungstechnik (IF) der TU Dresden werden die Grundlagen der wichtigsten Gebiete der Fertigungstechnik untersucht, erarbeitet und die entsprechenden Fertigungsverfahren weiter entwickelt. Diese Gebiete reichen von der Oberflächenbehandlung bis zur Nanotechnik sowie von der Fügetechnik bis zur Montage. Die Lasertechnik, die Fertigungsmesstechnik und die Qualitätssicherung sind Querschnittsthemen, mit denen sich das Institut für Fertigungstechnik intensiv beschäftigt. TU Dresden Institut für Fertigungstechnik George-Bähr-Str. 3c, 01069 Dresden Telefon +49 351 463-31993, Fax +49 351 463-37755 Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Füssel Professur für Fügetechnik und Montage Telefon +49 351 463-37615, Fax +49 351 463-37249 [email protected] www.if.mw.tu-dresden.de Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 4 INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY, TU DRESDEN At the Institute of Manufacturing Technology, TU Dresden, the basics of the main fields of manufacturing technology are investigated and the corresponding production processes are further developed. These subjects range from surface processing to nanotechnology as well as from joining technology to assembly. Laser technology, production metrology and quality management are interdisciplinary subjects of the Institute of Manufacturing Technology. TU Dresden Institute of Manufacturing Technology George-Bähr-Str. 3c, 01069 Dresden, Germany Phone +49 351 463-31993, Fax +49 351 463-37755 Contact: Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Füssel Chair of Joining Technology and Assembly Phone +49 351 463-37615, Fax +49 351 463-37249 [email protected] www.if.mw.tu-dresden.de Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 4 PROFESSUR FÜGETECHNIK, HTW DRESDEN An der Professur für Fügetechnik der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden werden, neben einem breiten Angebot an konventionellen Lichtbogen- und Pressschweißverfahren, insbesondere elektronenstrahl-basierte Technologien untersucht und weiterentwickelt. Eine flexible und moderne Anlagen- und Analysetechnik bietet die Basis für Forschung und Verfahrensvergleiche zu Schweiß- und Lötanwendungen. HTW Dresden Fakultät Maschinenbau Friedrich-List-Platz 1, 01069 Dresden Telefon +49 351 462 2124, Fax +49 351 462 2170 Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Gunther Göbel Professur Fügetechnik Telefon +49 351 462 2523 [email protected] www.htw-dresden.de Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 4 CHAIR OF JOINING TECHNOLOGY, HTW DRESDEN At the University of Applied Sciences Dresden a wide range of joining technologies are available for research and process development. Besides conventional arc and pressure based joining, research work focusses on high-power electron-beam technologies for thermal and non-thermal processes. Modern lab equipment and analysis tools are the basis for research and process comparisons for welding and brazing applications. University of Applied Sciences Dresden Mechanical Engineering Department Friedrich-List-Platz 1, 01069 Dresden, Germany Phone +49 351 462 2124, Fax +49 351 462 2170 Contact: Prof. Dr.-Ing. Gunther Göbel Chair of Joining Technology Phone +49 351 462 2523 [email protected] www.htw-dresden.de/en Broschuere_Fuegeverfahren_2016-02-15_DIN-Lang-Publikation 16.02.2016 13:00 Seite 4 FRAUNHOFER-INSTITUT W E R K S T O F F - U N D S T R A H LT E C H N I K I W S INNOVATIVE FÜGEVERFAHREN GEBÜNDELTE KOMPETENZ IN DRESDEN