Kaltschweißen ist ein Prozess, der wenig oder keine Wärme benötigt, um zwei oder mehr Metalloberflächen zu verbinden. Die erste wissenschaftliche Bestätigung des Kaltschweißverfahrens wurde 1724 aufgezeichnet, als sich zwei Bleikugeln berührten. In den 1940er Jahren wurde der Schweißprozess offiziell als allgemeines Materialphänomen anerkannt, bei dem zwei aneinander gepresste reine Metalloberflächen durch Kontakt im Vakuum haften.

Obwohl es Jahre gedauert hat, bis der Berufsstand das Verfahren des Kaltmetallschweißens im Detail kennengelernt hat, ist es dennoch für einige Branchen zu einer unverzichtbaren Technik geworden, da es sich um ein einfaches, aber einzigartiges Verfahren handelt.

 

Was ist Kaltschweißen?

Geschweißte Überlappungsverbindungen haben einen reduzierten Querschnitt. Betroffene Gelenke erzeugen einen Blitz, der bald darauf verschwindet. Kaltmetallschweißen, auch bekannt als Kaltpressschweißen oder Kontaktschweißen, ist ein Schweißverfahren, das zwei saubere Metalloberflächen mit ausreichendem Druck verbindet, um eine Metallverarbeitung durchzuführen. Im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren, die Hitze und geschmolzenes Material zum Verbinden von Metallen verwenden, hat diese Art des Schweißens die Fähigkeit, Metalle ohne Wärmeenergie zu verbinden, um eine nahezu perfekte Verbindung zwischen Materialien zu schaffen. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen reagiert die Metalloberfläche mit Sauerstoff, um eine Oxidschicht zu bilden. Diese Oxidschicht wirkt als Barriere, die Atome schneidet, um eine Bindung zu bilden. Um Metalle für das Kaltschweißen zu reinigen, wird die Oxidschicht durch Schneiden, Bürsten oder andere mechanische und chemische Verfahren entfernt. Metalle sollten zumindest einigermaßen duktil sein und müssen keiner starken Härtung unterzogen werden. Eine weitere Einschränkung dieses Prozesses besteht darin, dass Metalle keinen Kohlenstoff enthalten können. Kaltschweißen funktioniert am besten im Vakuum, wo kein Sauerstoff vorhanden ist. Manche Menschen sind mit dem Kaltschweißen nicht vertraut, da es sich um ein unkonventionelles Schweißverfahren handelt, das sich von dem allgemeinen Schweißverfahren unterscheidet, bei dem Wärme involviert ist. Es ist am besten, einige sogenannte Kaltschweißtechniken zu verstehen, die eigentlich Heißschweißverfahren sind, die entweder eine leitfähige Elektrode oder eine Oberfläche verwenden.

 

Übertragung von kaltem Metall

Cold Metal Transfer ist ein Schmelzlichtbogenschweißverfahren, bei dem ein elektrischer Lichtbogen verwendet wird, um Schweißnähte zu erzeugen. Dieses MIG-Schweißverfahren wird fälschlicherweise als Kaltmetallschweißen bezeichnet, da die im Schweißbad aufgebrachte Wärme um 90 % geringer ist als beim herkömmlichen MIG-Verfahren.

 

WIG-Kaltschweißen

Die sogenannten WIG-Kaltschweißnähte werden erreicht, indem der Wärmeeintrag deutlich reduziert und der Lichtbogen in Sekundenbruchteilen präzise auf einen winzigen Punkt gebracht wird. Die Wärme wird schnell abgeleitet, so dass dieses Verfahren keine Schmelzverbindung aufweist und nur zum Verbinden dünner Metallbleche effektiv ist.

 

Kaltschweißverfahren

Als Voraussetzung für das Kaltschweißverfahren werden die Metalle gereinigt, indem Oxidschichten an der Oberfläche mit einer Drahtbürste entfernt oder die Oberflächen geschnitten werden. Nachdem die Oberflächenkontamination entfernt wurde, können die Metalle mit Industriemaschinen unter hohem Druck zusammengepresst werden. Dieser Schweißprozess funktioniert auf der mikrostrukturellen Ebene zwischen den Metallatomen, da Elektronen zwischen zwei sauberen Oberflächen übertragen werden, die in Kontakt kommen. Die Kaltschweißverbindung ist stark mit wenigen Verunreinigungen und rauen Stellen, kann aber auch merklich schwächer sein, wenn Verunreinigungen oder Oberflächenunregelmäßigkeiten vorhanden sind. Zudem ist die Zeit zwischen der vorbereitenden Metallreinigung und dem eigentlichen Kaltschweißprozess entscheidend. Dieses Zeitfenster ist kurz, weil die Atome auf der Oberfläche des reinen Metalls beginnen, mit der Atmosphäre zu reagieren. Langfristige Belastung kann eine außergewöhnliche Menge an Verunreinigungen hinterlassen, die später die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen. Für dieses relativ einfache Schweißverfahren sind nur wenige Werkzeuge erforderlich, eine Drahtbürste zum Entfernen der oberflächlichen Oxidschicht und eine Kaltpressschweißmaschine zum Kontakt mit der frisch freigelegten Metallatmosphäre.

 

Kaltpressschweißmaschine

Eine typische Kaltpressschweißmaschine enthält einen Mechanismus zum Aufbringen von Druck (eine Stanzpresse), ein Stanzwerkzeug oder Matrizen, die als Führungen für Metalle dienen, Rollen für Drähte oder Bleche und eine statische Last, um mechanisch oder pneumatisch Druck auszuüben. Beim Kaltschweißen von Drähten wird eine Form der geeigneten Größe für den Draht ausgewählt und dann in die Kaltschweißmaschine eingesetzt. In den meisten Fällen sind Kaltdrahtschweißmaschinen mit Instrumenten zum Schneiden/Schneiden der Metallenden ausgestattet, um Oxidschichten zu entfernen und flache Oberflächen zu erzielen. Anschließend werden die beiden Drähte oder Bänder mit Hochdruck verbunden. Im Kontaktbereich zwischen den beiden Metalloberflächen wird ein Grat erzeugt und das überschüssige Metall wird entfernt. Kaltschweißdrähte und sehr dünne Bleche werden in der Halbleiterindustrie voll ausgenutzt, wo die Teile kompakt und empfindlich sind.

Die Größe der Kaltpressschweißmaschine kann je nach Art und Größe des Materials stark variieren. Sie können von Handgeräten, die hauptsächlich zum Kaltschweißen von Kupferdrähten verwendet werden, bis zu pneumatisch betriebenen Maschinen variieren.

 

Zum Kaltschweißen geeignete Metalle

Metalle mit ähnlichen Metallstrukturen und weiche Nichteisenmetalle eignen sich am besten für das Kaltschweißen, aber auch das Verbinden unterschiedlicher Metalle ist möglich. Hier sind einige der häufigsten Metalle, die oft kalt geschweißt werden:

• Aluminium (einschließlich der Klassen 2xxx und 7xxx, die allgemein als nicht schweißbar gelten)
• Kupfer
• Zink
• Messing 70/30
• Nickel
• Silberlegierungen
• Gold
• Rostfreier Stahl

 

Anwendungsgebiete des Kaltschweißens

Luftfahrt- und Automobilindustrie

Diese Branchen suchen ständig nach Kombinationen aus leichten und funktionellen Materialien, um Leistung, Kraftstoffverbrauch usw. zu verbessern. Hier kommt das Kaltschweißen ins Spiel, insbesondere beim Schweißen von Aluminium und Edelstahl. Diese Technik verhindert, dass die Materialien übermäßiger Hitze ausgesetzt werden, und reduziert so das Risiko, dass sie zu spröde werden.

 

Unterirdische Drahtleitungen

Kaltschweißen ist eine hervorragende Lösung in Situationen, in denen das Einbringen von Wärme in die Umgebung gefährlich sein kann. Ein bekanntes Beispiel ist das sichere Verbinden von unterirdischen Kabelleitungen durch Kaltschweißen, wo Hitze eine Gefahr darstellen kann, weil sie mit explosiven Gasen in Kontakt kommen kann.

 

Herstellung

Wärmetauscher, die zum Kühlen verwendet werden, verwenden Kaltschweißen, wenn rohrförmige Durchgänge in großformatigen Blechen hergestellt werden. Einige Aufbewahrungs- oder Verpackungsvorrichtungen verwenden auch Kaltschweißen. Als zusätzlicher Vorteil trägt das Verbinden von Metallen ohne Hitze dazu bei, die Integrität des Materials zu bewahren.

Vorteile des Kaltschweißens

1. Kaltschweißen erzeugt saubere und starke Schweißnähte. Die Stärke der erzeugten Bindung ist nahe an der des Grundmetalls, wenn nicht gleich.
2. Kaltschweißen erzeugt keine Wärmeeinflusszone, die die Metallstruktur schwächt.
3. Kaltschweißen ermöglicht das Verbinden verschiedener Metalle wie Kupfer- und Aluminiumlegierungen.
4. Der Prozess ist schnell, fast ohne Verformung und Biegung des Metalls.
5. Kaltschweißen kann in hitzeempfindlichen Umgebungen durchgeführt werden, in denen die Verwendung anderer Schweißverfahren nicht als sicher angesehen wird.

 

Nachteile des Kaltschweißens

1. Das Kaltschweißen erfordert viel Vorbereitungszeit, um das Metall zu reinigen.
2. Nur bestimmte Materialien können kalt geschweißt werden. Metalle müssen duktil sein und dürfen keinen Kohlenstoff enthalten.
3. Das Kaltschweißen von unregelmäßigen Oberflächen ist schwierig, das Verfahren liefert die besten Ergebnisse, wenn es auf ebenen Oberflächen durchgeführt wird.
4. Die Festigkeit der Verbindung kann leicht durch Verschmutzung beeinträchtigt werden. Dies kann durch Oxidschichten, Oberflächenunregelmäßigkeiten und andere unvorhersehbare Gründe verursacht werden.
5. Ein Teil des Materials wird während der Vorbereitung verbraucht (Haare schneiden, schneiden, bürsten)

 

Fazit

Im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren, bei denen Metalle einer flüssigen oder geschmolzenen Phase ausgesetzt werden (Lichtbogenschweißen, Reibschweißen, Punktschweißen usw.), ermöglicht das Kaltschweißen das Verbinden von Metallen ohne Wärmeeinwirkung. Dieses Verfahren zeichnet sich durch gleichmäßige und starke Ergebnisse aus, da es keine Wärmeeinflusszone in der Schweißnaht hinterlässt. Obwohl es sehr wichtig ist, Oxidschichten und Oberflächenunregelmäßigkeiten zu entfernen, um hervorragende Ergebnisse zu erzielen, sollten Sie bedenken, dass der Prozess am besten im Vakuum durchgeführt wird.

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