Analytik, Werkstofftechnik und Prozessdiagnostik

Die metallographische bzw. materialographische Untersuchung von Probekörpern und Kundenbauteilen ist wesentlich für die Arbeiten am Fachgebiet Fertigungstechnik. Neben der Zielpräparation unterschiedlichster Werkstoffe von u.a. Aluminiumlegierungen, Stählen, Kupfer und Kunststoffen können weitergehende Analysen durchgeführt werden. Der Zugang zu weiteren Gerätschaften, u.a. Rasterelektronenmikroskop, Röntgendiffraktometer oder Laser-Scanning-Mikroskop sowie weiteren Geräten ist über das Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano® möglich.

Zur berührenden sowie berührungslosen Temperaturmessung stehen verschiedene Systeme zur Verfügung, die einen Rückschluss auf die Temperatur-Zeit-Regime während der Materialbearbeitung zulassen. Die zeitliche Synchronisation zu weiteren Messsignalen, bspw. Strom-Spannungs-Verlauf beim Lichtbogenschweißen, die Verknüpfung mit Signalen der Prozessemission beim Laserstrahlschweißen oder den Prozesskräften und -momenten beim Rührreibschweißen erlauben eine tiefgehende Analyse des Prozess- und Werkstoffverhaltens.

Die Aufzeichnung und Auswertung von Strömungsvorgängen kann mittels Hochgeschwindigkeits-Schlierentechnik durchgeführt werden. Der selbst entwickelte, mobile Versuchsstand ermöglicht maximalen Kontrast bei geringsten Dichteunterschieden und kann dabei in verschiedenen Laboren oder vor Ort bei Partnern bzw. Kunden eingesetzt werden. Der Aufbau ermöglicht die Durchführung der Untersuchung im laufenden Schweißprozess, wobei die Prozessemissionen weitestgehend ausgeblendet werden können.

Die Analyse von Verformungen während der mechanischen Prüfung erlaubt die Beschreibung vorliegender Schädigungsmechanismen sowie die Lokalisierung kritischer Bauteilbereiche. Korrespondierende Untersuchungen, insbesondere mittels Prozessdiagnostik und Metallographie, erlauben die detaillierte Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Prozess, Werkstoff und mechanischen Eigenschaften. Neben dem Einsatz in der Werkstoffprüfung können die Systeme, die auch ein Messen auf heißen Oberflächen erlauben, in den Füge- und Schweißprozessen zur Quantifzierung des Verzuges, der Bestimmung lokaler Dehnungsfelder sowie werkstofflichen Veränderungen eingesetzt werden.

Hochgeschwindigkeitsaufnahmen ermöglichen die Entwicklung eines weitreichenden Prozessverständnisses durch die zeitliche Auflösung der Vorgänge durch die Beobachtung von außen, bspw. hinsichtlich der Spritzerablösung beim Laserstrahlschweißen, des Tropfenübergangs und der Lichtbogenauslenkung beim Metallschutzgasschweißen, der Erstarrungsvorgänge des Schmelzbades heißrissanfälliger Werkstoffe oder des Werkzeugverhaltens während Rührreibschweißprozessen. Die Quantifizierung von Effekten erfolgt auf Grundlage eigens entwickelter Softwarelösungen.

Spektrale und akustische Prozessemissionen werden für die Prozessüberwachung und -regelung genutzt, bspw. für die Regelung des gepulsten Laserstrahlschweißens von Aluminium-Kupfer-Verbindungen. Die Systeme erlauben eine flexbile Aufzeichnung der Prozessemissionen sowie die zeitliche Synchronisation zu weiteren Messsignalen. Über die bestehenden Systeme des Fachgebietes hinaus wird auf dem Gebiet der akustischen Emissionen mit dem Fraunhofer IDMT sowie dem Fraunhofer IZFP kooperiert.

Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls kann einerseits gezielt durch optische Elemente manipuliert werden, andererseits treten in der Praxis häufig Abweichungen, bspw. ein Fokusshift, aufgrund von Verschmutzungen oder dem Effekt der thermischen Linse auf. Die präzise Kenntnis des Strahlprofils, der Leistungsverteilung sowie der Leistungsdichten ist dabei maßgeblich für gleichmäßige Bearbeitungsergebnisse. Neben Geräten zur Kaustik- und Leistungsmessung von kontinuierlich betriebenen Strahlquellen, besteht die Möglichkeit zur zeitaufgelösten Leistungsmessung gepulster Laserstrahlquellen.