Optimeret samlingsteknologi åbner døren til sikker brug af brint i luftfartsindustrien

Miljøvenlig flyvning er i horisonten. Over hele verden, forskere udvikler nye teknologier for at nå dette mål. Et fokus på udviklingen er ideen om at bruge brintdrevne motorer til fly i fremtiden. Flyselskaberne, selvom, står over for udfordringen med at lagre denne energikilde. Brint bliver flydende, når det afkøles til minus 253 grader Celsius, og først da kan det bruges som et såkaldt kryogent brændstof. Både tanke og rørsystemer i flyet skal være helt stramme ved så lave temperaturer. En innovativ ny svejseproces er blevet udviklet til at hjælpe:magnetisk pulssvejsning. Forskere ved Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS i Dresden har nu vist, at denne sammenføjningsteknologi kan producere ekstremt modstandsdygtig, metalliske blandingsled til kryogene applikationer. De opnåede med succes disse fremragende fælles ejendomme i samarbejde med det tekniske universitet i München.

Forskere ved Fraunhofer IWS forsynede forskningsneutronkilden Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) ved det tekniske universitet i München med en særlig komponent fremstillet af kobber, stål og aluminium af høj kvalitet til sine kryostater-kølesystemer, der er i stand til at opretholde ekstremt lave temperaturer. Indtil nu, denne samling skulle fremstilles ved en kompleks proces, der involverede flere laserstrålesvejsede sømme, yderligere sammenføjningselementer og en loddet eller elektronstrålesvejset søm. "Men så var der problemer med stabilitet og tæthed, "forklarer Dr. Markus Wagner, Gruppechef Design og særlige processer ved Fraunhofer Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS. Den magnetiske pulsmetode skaber strammere led inden for få mikrosekunder. Disse led fungerer pålideligt både ved meget lave temperaturer på ned til minus 270 grader Celsius og også hvor ekstreme temperaturforskelle hersker. Overlapninger, som giver endnu mere stabilitet, skabes også ved leddene.

De teknologier, som forskerne ved det tekniske universitet i München tidligere har anvendt, er blandt gruppen af ​​fusionssvejsningsprocesser. Metaller smeltes sammen for at skabe en samling mellem dem. Imidlertid, disse metoder er afhængige af, at metallerne har lignende fusionspunkter. Dette er den temperatur, ved hvilken et stof begynder at smelte. Som Dr. Jürgen Peters, Leder af prøvemiljø ved forskningsneutronkilden Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) fra det tekniske universitet i München forklarer:"Problemet kommer, når vi forsøger at skabe samlinger mellem metaller, der har meget forskellige fusionstemperaturer eller bliver ekstremt sprøde, når de blandes sammen —Aluminium med kobber eller stål af høj kvalitet for eksempel. Prøverne svejset efter den magnetiske pulsmetode leveret af vores partnere på Fraunhofer IWS bestod tæthedstestene. "

Hurtig, omkostningseffektiv sammenføjning

Forskere i Dresden har forsket i en ny proces i flere år nu. Materialerne skal ikke smeltes sammen. "Magnetisk pulssvejsning er ikke baseret på en høj varmeindgang. Processen bygger hovedsageligt på et højt tryk mellem de samlende partnere, "forklarer Jörg Bellmann, ekspert i magnetisk pulssvejsning i Markus Wagners gruppe. Når processen starter, der er en afstand på en til halvanden millimeter mellem sammenføjningspartnerne. Et magnetfelt får en af ​​de to partnere til at accelerere. I resten af ​​processen, metallerne støder sammen med et kraftigt blitz ved høje hastigheder - 200 til 300 meter i sekundet. Et højt tryk genereres derefter på forbindelsesoverfladen, og dette svejser i sidste ende de to metaller sammen. Et målesystem, ligeledes udviklet hos Fraunhofer IWS, garanterer i alt dette, at komponenterne er korrekt placeret, støder sammen i den rigtige vinkel, og at hele processen forbruger mindst mulig energi.

Processen scorer højt med flydende brint

Den store fordel ved magnetisk pulssvejsning:Den kan forbinde kombinationer af metaller, der, indtil nu har været umuligt eller svært at svejse sammen - især vigtigt når det kommer til applikationer med flydende brint. Materialer med dårlig varmeledningsevne, for eksempel stål af høj kvalitet, skal forbindes med lette byggematerialer som aluminium. Den nye proces gør dette nu muligt. "Temperaturen bliver kun rigtig varm ved selve grænseoverfladen, "rapporterer Wagner. Processen siges at være hurtig og omkostningseffektiv og er i stand til at producere samlinger af en konsekvent høj kvalitet." Vi kan også anvende denne metode til at kombinere ekstremt tyndvæggede komponenter, "tilføjer Bellmann. Dette gøres muligt ved at indføre særlige støtteelementer, der kan fjernes igen, når processen er fuldført.

Og den nye proces rummer potentiale til mere end bare flykonstruktion. Dens gode elektriske ledningsevne i forbindelseszonerne gør det også til et attraktivt forslag for elektromobilitet og processer i elektronikindustrien. "Denne svejseteknologi vil også skabe nye muligheder for rumrejser, «siger Bellmann.