Miljövänligt flygande är vid horisonten. Över hela världen, forskare utvecklar ny teknik för att uppnå detta mål. Ett fokus för utvecklingen är tanken på att använda vätgasdrivna motorer för flygplan i framtiden. Flygbolagen, fastän, står inför utmaningen att lagra denna energikälla. Väte blir flytande när det kyls till minus 253 grader Celsius, och först då kan det användas som ett så kallat kryogent bränsle. Både tankar och rörsystem i flygplanet måste vara absolut täta vid så låga temperaturer. En innovativ ny svetsprocess har utvecklats för att hjälpa:magnetisk pulssvetsning. Forskare vid Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS i Dresden har nu visat att denna sammanfogningsteknik kan producera extremt motståndskraftig, metalliska blandade fogar för kryogena applikationer. De uppnådde framgångsrikt dessa enastående gemensamma fastigheter i samarbete med det tekniska universitetet i München.

Forskare vid Fraunhofer IWS försåg forskningsneutronkällan Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) vid Münchens tekniska universitet med en speciell komponent av koppar, högkvalitativt stål och aluminium för sina kryostater-kylsystem som kan hålla extremt låga temperaturer. Tills nu, denna enhet måste tillverkas genom en komplex process som involverar flera laserstrålsvetsade sömmar, ytterligare sammanfogningselement och en lödad eller elektronstrålsvetsad söm. "Men då fanns det problem med stabilitet och täthet, "förklarar doktor Markus Wagner, Gruppchef Design och specialprocesser vid Fraunhofer Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS. Magnetpulsmetoden skapar tätare leder inom bara några mikrosekunder. Dessa leder fungerar tillförlitligt både vid mycket låga temperaturer ner till minus 270 grader Celsius och även där extrema temperaturskillnader råder. Överlappningar, som ger ännu mer stabilitet, skapas också vid lederna.

Teknologierna som tidigare använts av forskarna vid Münchens tekniska universitet är bland gruppen av fusionssvetsprocesser. Metaller smälts samman för att skapa en fog mellan dem. Dock, dessa metoder är beroende av att metaller har liknande smältpunkter. Detta är temperaturen vid vilken ett ämne börjar smälta. Som doktor Jürgen Peters, Chef för provmiljö vid forskningsneutronkällan Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) vid Münchens tekniska universitet förklarar:"Problemet kommer när vi försöker skapa fogar mellan metaller som har mycket olika fusionstemperaturer eller blir extremt spröda när de blandas ihop —Aluminium med koppar eller högkvalitativt stål, till exempel. Proverna svetsade med magnetpulsmetoden från våra partners på Fraunhofer IWS klarade täthetstesterna. "

Snabb, kostnadseffektiv anslutning

Forskare i Dresden har forskat om en ny process i flera år nu. Materialen behöver inte smälts samman. "Magnetisk pulssvetsning är inte baserad på hög värmeinmatning. Processen bygger huvudsakligen på ett högt tryck mellan de sammanfogande partnerna, "förklarar Jörg Bellmann, expert på magnetisk pulssvetsning i Markus Wagners grupp. När processen startar, det finns ett avstånd på en till en och en och en halv millimeter mellan de sammanfogande partnerna. Ett magnetfält får en av de två partnerna att accelerera. Under resten av processen, metallerna kolliderar med en ljus blixt vid höga hastigheter - 200 till 300 meter per sekund. Ett högt tryck genereras sedan på sammanfogningsytan och detta svetsar slutligen ihop de två metallerna. Ett mätsystem, likaledes utvecklat på Fraunhofer IWS, garanterar genom allt detta att komponenterna är korrekt placerade, kolliderar i rätt vinkel och att hela processen förbrukar minsta möjliga mängd energi.

Processen får höga poäng med flytande väte

Den stora fördelen med magnetisk pulssvetsning:Den kan förena kombinationer av metaller som, hittills har varit omöjligt eller svårt att svetsa ihop - särskilt viktigt när det gäller applikationer med flytande väte. Material med dålig värmeledningsförmåga, högkvalitativt stål till exempel, måste förenas med lätta konstruktionsmaterial som aluminium. Den nya processen gör nu detta möjligt. "Temperaturen blir bara riktigt varm vid själva gränsytan, "rapporterar Wagner. Processen sägs vara snabb och kostnadseffektiv och kan producera skarvar av genomgående hög kvalitet." Vi kan också använda denna metod för att kombinera extremt tunnväggiga komponenter, "tillägger Bellmann. Detta görs möjligt genom att introducera speciella stödelement som kan tas bort igen när processen är klar.

Och den nya processen har potential för mer än bara konstruktion av flygplan. Dess goda elektriska konduktivitet i sammanfogningszonerna gör det också till ett attraktivt förslag för elrörelsessektorn och för processer inom elektronikindustrin. "Denna svetsteknik kommer också att skapa nya möjligheter för rymdresor, säger Bellmann.