Sprengschweißen – auch Explosionsschweißen oder Sprengplattieren – verbindet zwei Metallplatten, indem eine kontrollierte Detonation die eine auf die andere schleudert. Der Aufprall ist so schnell und so heftig, dass die Oberflächen innerhalb von Mikrosekunden gereinigt und im festen Zustand, ohne Aufschmelzen, verbunden werden. Es ist das Standardverfahren für plattierte Bleche und Übergangsverbindungen aus Metallen, die sich nicht schmelzschweißen lassen, etwa Titan oder Aluminium auf Stahl.
So funktioniert Sprengschweißen
- Aufbau: Das Plattierblech (das Flugblech) liegt parallel über dem Grundblech, mit einem kleinen, genau eingestellten Abstand. Auf dem Flugblech wird gleichmäßig eine Sprengstoffschicht verteilt.
- Detonation: Der Sprengstoff wird an einer Kante gezündet, die Detonationsfront läuft über das Blech.
- Kollision: Hinter der Front wird das Flugblech über den Spalt beschleunigt und trifft unter einem kleinen Winkel auf das Grundblech. Der Kollisionspunkt wandert mit der Detonationsgeschwindigkeit über das Blech.
- Jetbildung: Am Kollisionspunkt ist der Druck so hoch, dass eine dünne Metallschicht beider Oberflächen als Jet vorausgeschleudert wird. Der Jet nimmt Oxide und Verunreinigungen mit und hinterlässt saubere Metalloberflächen, die aneinandergepresst werden.
- Bindung: Die sauberen Oberflächen verbinden sich auf atomarer Ebene. Es entsteht eine durchgehende metallurgische Bindung, meist mit der typischen welligen Bindezone.
Die entscheidenden Parameter
| Parameter | Was er steuert |
|---|---|
| Detonationsgeschwindigkeit | Geschwindigkeit des Kollisionspunkts – sie muss unter der Schallgeschwindigkeit der Metalle liegen, damit sich ein Jet bildet |
| Sprengstoffmenge (Dicke / Dichte) | Geschwindigkeit des Flugblechs und damit die Kollisionsenergie |
| Abstand | Beschleunigungsweg des Flugblechs und damit Kollisionswinkel und -geschwindigkeit |
| Dicke von Flug- und Grundblech | Zu beschleunigende Masse und Abstützung hinter der Bindung |
| Oberflächenvorbereitung | Saubere, ebene Oberflächen für eine gleichmäßige Bindung |
Zusammen bestimmen sie für jede Metallpaarung ein Schweißfenster. Innerhalb des Fensters ist die Bindezone durchgehend und wellig; bei zu wenig Energie verbinden sich die Bleche nicht, bei zu viel kann die Bindezone örtlich aufschmelzen oder die Wellen werden zu groß. Diese Parameter für jede Kombination und Dicke einzustellen, ist das Know-how des Plattierers.
Vorteile
- Nahezu jede Metallpaarung: Titan, Zirkonium, Tantal, Aluminium, Kupfer und Nickellegierungen auf Stahl – Kombinationen, die durch Schmelzschweißen unmöglich sind, weil spröde intermetallische Phasen entstehen.
- Kein Aufschmelzen, keine Aufmischung: Beide Metalle behalten Chemie und Eigenschaften; es gibt praktisch keine Wärmeeinflusszone.
- Große Flächen und dicke Auflagen: Bleche von vielen Quadratmetern, Auflagen von etwa 1 mm bis zu mehreren zehn Millimetern auf Grundwerkstoffen von mehreren hundert Millimetern.
- Feste Bindung: Die Bindung ist in der Regel mindestens so fest wie das schwächere der beiden Metalle und besteht Scher-, Zug- und Biegeversuche.
- Kurze Lieferzeiten und kleine Mengen: keine Walzwerkskampagne erforderlich.
Grenzen
- Geometrie: überwiegend ebene Bleche und Ronden (und einige zylindrische Teile). Mäntel und Böden werden nach dem Plattieren umgeformt.
- Duktilität: Das Flugblech muss den Aufprall aushalten; sehr spröde Metalle eignen sich nicht als Auflage.
- Richten: Der Aufprall verformt das Blech, deshalb werden plattierte Bleche anschließend gerichtet.
- Standort und Sicherheit: Das Verfahren braucht ein genehmigtes Sprenggelände. Sprengschweißen unter freiem Himmel ist laut; in einer Vakuumkammer sinken Lärm und Emissionen.
Sprengschweißen in der Vakuumkammer
Beim Sprengschweißen an der Luft muss die Kollision die Luft aus dem Spalt zwischen den Blechen verdrängen. Shockwave verbindet in Vakuumkammern: Ohne Luft gibt es kein Luftpolster und kein eingeschlossenes Gas in der Bindezone, die Bindung ist oxidfrei und gleichmäßiger, und es wird weniger Sprengstoff benötigt. Das geschlossene System filtert die Reaktionsgase und senkt den Lärm erheblich. Mehr zur Vakuum-Sprengschweißtechnik und zum Sprengplattierverfahren.
Wofür Sprengschweißen eingesetzt wird
- Plattierte Bleche für Druckbehälter, Kolonnen und Reaktoren – Edelstahl, Nickellegierungen, Titan und Zirkonium auf Stahl.
- Plattierte Rohrböden für Wärmetauscher und Kondensatoren.
- Übergangsverbindungen: Triplate® (Aluminium–Stahl für Schiffe), CryoClad® (Tieftemperatur) und Triconnect® (elektrisch, Aluminiumhütten).
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Häufig gestellte Fragen
Was ist Sprengschweißen?
Ein Schweißverfahren im festen Zustand, bei dem eine kontrollierte Detonation ein Metallblech mit hoher Geschwindigkeit auf ein anderes schleudert. Der Aufprall reinigt beide Oberflächen und verbindet sie auf atomarer Ebene ohne Aufschmelzen. Es wird auch Explosionsschweißen oder Sprengplattieren genannt.
Wie funktioniert Sprengschweißen?
Eine Sprengstoffschicht auf dem Flugblech wird von einer Kante gezündet. Das Flugblech überquert einen kleinen Spalt und trifft schräg auf das Grundblech; am Kollisionspunkt entfernt ein Jet aus Oberflächenmetall die Oxide, und die sauberen Oberflächen verbinden sich, meist mit welliger Bindezone.
Welche Vorteile hat Sprengschweißen?
Es verbindet nahezu jede Metallpaarung – auch Titan, Zirkonium und Aluminium auf Stahl – ohne Aufschmelzen und Aufmischung, auf großen Flächen und mit dicken Auflagen, mit einer Bindung, die mindestens so fest ist wie das schwächere Metall.
Welche Nachteile hat Sprengschweißen?
Es ist überwiegend auf ebene Bleche und Ronden beschränkt, braucht duktile Auflagewerkstoffe und ein genehmigtes Sprenggelände, und die Bleche müssen anschließend gerichtet werden. An der Luft ist es laut; Vakuumkammern verringern Lärm und Emissionen.
Ist Sprengschweißen dasselbe wie Sprengplattieren?
Ja. Sprengschweißen, Explosionsschweißen und Sprengplattieren bezeichnen dasselbe Verfahren; Sprengplattieren ist seine Anwendung zur Herstellung plattierter Bleche.
Verfasst von Joeri Hofstede, CEO von Shockwave Metalworking Technologies – Spezialisten für Vakuum-Sprengschweißen seit 1985.