Kupfer-Aluminium-Schweißen: Wie lassen sich industrielle Hindernisse überwinden?
Kupfer und Aluminium sind Schlüsselmaterialien für elektrische und thermische Anwendungen. Das eine bietet eine hervorragende Leitfähigkeit, das andere ist leicht und kostengünstig. Aber sie zusammenschweißen? Hier wird es knifflig. Metallurgische Unverträglichkeiten, galvanische Korrosion, begrenzte Fügeverfahren… die Herausforderungen sind real.
Angesichts der steigenden Kupferpreise und der zunehmenden Nachfrage nach Leichtbaulösungen in der Transport- und Leistungselektronik hat die Industrie jedoch keine andere Wahl: Sie muss lernen, wie man Kupfer und Aluminium zuverlässig verbindet.
Welche Verfahren können eingesetzt werden? Wie hoch sind die Risiken? Gibt es heute robuste, skalierbare Lösungen? Finden wir es heraus.
Kupfer und Aluminium – zwei Metalle, zwei Verhaltensweisen
Kupfer ist ein hervorragender Wärme- und Stromleiter. Es ist leicht zu formen und bleibt der Industriestandard für Energie- und Wärmesysteme.
Es gibt jedoch vier wesentliche Einschränkungen:
Aluminium hingegen entwickelt sich zu einer starken Alternative:
Obwohl Aluminium nur halb so leitfähig ist wie Kupfer, gleicht die Verdoppelung des Querschnitts diesen Verlust aus – und das bei einer Gewichtsreduzierung um 50 % im Vergleich zu Kupfer.
Kupfer-Aluminium-Schweißen – Warum herkömmliche Verfahren versagen
Kupfer – Ein schwierig zu schweißendes Metall
Trotz seiner breiten Verwendung in der Industrie ist Kupfer von Natur aus schwer zu schweißen. Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit wird die Wärme schnell abgeleitet, so dass es schwierig ist, ein geschmolzenes Schweißbad zu erhalten. Darüber hinaus oxidiert es bei hohen Temperaturen leicht und erfordert eine strenge Gasabschirmung.
Infolgedessen führen selbst bewährte Verfahren wie WIG oder MIG häufig zu porösen oder wenig widerstandsfähigen Verbindungen.
Einfach ausgedrückt: Das Schweißen von Kupfer auf Kupfer ist bereits komplex. Komplexes Schweißen von Aluminium? Das ist eine ganz andere Ebene. Ihre Schmelzpunkte sind sehr unterschiedlich (1085° bei Kupfer, 660° bei Aluminium), sie dehnen sich bei Wärme unterschiedlich aus, und bei der Verschmelzung kommt es zu empfindlichen intermetallischen Phasen.
Zu vermeidende Prozesse
Kurz gesagt: Herkömmliche Verfahren liefern nur selten feste, dauerhafte Cu-Al-Verbindungen.
FSW – Zuverlässiges, leistungsstarkes Cu-Al-Schweißen im industriellen Maßstab
Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist ein völlig neues Verfahren. Als Festkörperverfahren schmilzt es die Metalle nicht. Stattdessen rührt ein rotierendes Werkzeug die Werkstoffe in einem halbfesten Zustand an, wodurch eine robuste mechanische und metallurgische Verbindung entsteht.
Warum FSW ideal für Kupfer-Aluminium-Baugruppen ist:
FSW ermöglicht die Herstellung von Cu-Al-Sammelschienen und Kühlplatten mit starken, zuverlässigen Verbindungen – ein großer Schritt nach vorn für Elektrofahrzeuge und kompakte elektronische Systeme.
Was ist mit galvanischer Korrosion?
Die Verbindung zweier ungleicher Metalle kann eine elektrochemische Reaktion auslösen. In feuchter Umgebung kann das unedlere Metall – Aluminium – schnell korrodieren. Dies ist galvanische Korrosion.
Die gute Nachricht ist, dass man das Problem wirksam in den Griff bekommen kann, vorausgesetzt, man hat es im Griff:
Unternehmen wie Stirweld bieten bereits bewährte technische Lösungen – einschließlich eines speziellen Korrosionsschutzes – für Cu-Al-Verbindungen an.
Kupfer – Aluminium: ein Erfolgsduo – wenn man den Schweißprozess beherrscht.
Kupfer-Aluminium-Verbindungen sind nicht länger eine technische Kuriosität. Sie sind eine strategische Kombination: Sie reduzieren das Gewicht, senken die Kosten und helfen, die Kupferknappheit zu überwinden.
Um diese Vorteile nutzen zu können, muss jedoch die Schweißtechnik beherrscht werden. FSW ist die vielversprechendste Option, die Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Leistung miteinander verbindet.
Industrien, die bereits Cu-Al FSW verwenden
Cu-Al FSW ist nicht nur eine Innovation aus dem Labor – es liefert bereits Ergebnisse in anspruchsvollen Industriezweigen:
Automobil & EVs
Luft- und Raumfahrt
Leistungselektronik und erneuerbare Energien
Mobilität auf See
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