Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Untersuchungen zum Einfluss der Oberflächentopographie und Korrosion

auf die Schwingfestigkeit magnetpulsgeschweißter Stahl/Aluminium Hybridbleche

Die bisherigen Untersuchungen, die aus der Literaturrecherche und nationalen sowie internationalen Forschungsaktivitäten resultieren, liefern keine Ergebnisse zur Schwingfestigkeit und Alterungsbeständigkeit magnetpulsgeschweißter St/Al-Hybridverbindungen. Die Zielsetzung des Forschungsvorhabens liegt folglich in:

• der Bestimmung zyklischer Eigenschaften magnetpulsgeschweißter St/Al-Hybridbleche sowie dem Nachweis der Schwingfestigkeit,

• der Bestimmung des Korrosionseinflusses auf die zyklischen Eigenschaften magnetpulsgeschweißter St/Al-Hybridbleche und

• der Ermittlung des Potenzials, durch gezielte Topographieeinstellung die Schwingfestigkeit magnetpulsgeschweißter St/Al-Hybridbleche positiv zu beeinflussen.

Die am wpt neu bzw. weiter zu entwickelnde Methode des Laststeigerungsverfahrens, kombiniert mit Einstufenversuchen zur effizienten Charakterisierung des Ermüdungs- und Schädigungsverhaltens, erlaubt gegenüber der klassischen Wöhlerkurven eine zeit- und ressourceneffiziente Charakterisierung der Verbindungseigenschaften von artfremden Hybridverbindungen. Mit dem Ziel einer robusten und kostengünstigen St/Al-Verbindung. Der momentan vorliegende Mangel an Informationen zur Schwingfestigkeit magnetpulsgeschweißter St/Al-Blechschweiß-Verbindungen hindert den Einsatz der Magnetpulstechnologie und der momentane Nutzerkreis entspricht nicht dem Potential des Verfahrens. Die wirtschaftlichen Erfolgsaussichten basieren auf den verhältnismäßig geringen Investitionskosten (vgl. Laserstrahlschweißen) sowie der geringen Komplexität des Schweißverfahrens (geringe Anzahl an Verfahrensparametern, deutlich geringere Prozesskenntnisse erforderlich (vgl. Rührreibschweißen)), wovon besonders die KMU als Anlagenhersteller oder Lohnschweißer profitieren. Durch die Jet-Bildung werden auch geringe Anforderungen an die Nahtvorbereitung (speziell Flyer-Seite) gestellt, die in Abhängigkeit der Schweißparameter, der Werkstoffe und deren Kontamination auch komplett entfallen kann.

Ergebniszusammenfassung:

Der Einfluss der Schweißnahtcharakteristiken, der Fügepartneroberflächentopographie und der Korrosion auf das Ermüdungsverhalten magnetpulsgeschweißter Hybridbleche aus Stahl und Aluminium wurde untersucht. Es wurde gezeigt, dass die zyklischen Eigenschaften und Schwingfestigkeiten von St/Al-Hybridverbindungen nicht nur werkstoffkombinations-, sondern auch prozess- bzw. oberflächentopographieabhängig sind. So kann die Schweißnahtausprägung und Ermüdungsfestigkeit je nach Werkstoffkombination bspw. eine proportionale Abhängigkeit zur Höhe des Entladestroms haben und je nach verwendeter Schweißgeometrie stark differieren. Die Anwendung einer V-Nut Schweißgeometrie zeigt sich als besonders vielversprechend, da insb. im HCF-Regime die Ermüdungsfestigkeit gesteigert werden kann. Mit Hilfe von vorbehandelnden Verfahren zur Einstellung spez. Oberflächentopographien sind Oberflächentopographie - wie auch werkstoffkombinationsspezifische Steigerungen der Ermüdungsfestigkeiten möglich, sodass bspw. im LCF-Bereich, durch Laserstrukturierung des Stahl-Fügepartners, die Lebensdauer der Hybridverbindung um bis zu ca. 50 % gesteigert werden kann. Hinsichtlich des Korrosionseinflusses belegen die Untersuchungen, dass die Schweißnaht keine Korrosion aufweist und die detektierten Schwingfestigkeitseinbußen durch Korrosion des unedleren Fügepartners bedingt sind. Die Applikation einer kathodischen Tauchlackierung sowie die Verwendung eines verzinkten Stahls als Fügepartner erweisen sich in diesem Fall als effektive Korrosionsschutzmaßnahmen. Das verwendete Untersuchungskonzept zur Lebensdauerabschätzung der Hybridverbindungen erlaubt die Aufstellung einer abschätzenden Wöhlerlinie auf Basis eines Laststeigerungsversuchs und zweier Einstufenversuche. Dies führt zu einer deutlichen Verminderung des Aufwands für den Nachweis der Schwingfestigkeit, womit das Untersuchungskonzept auch für andere Hybridverbindungen sowie Fügeverfahren ein großes Potential besitzt.