Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Quantifizierung der Schweißeignung vergossener Aluminium-Druckgusswerkstoffe

Das Schmelzschweißen von Aluminium-Druckgusswerkstoffen stellt eine wirtschaftliche höchst relevante Fügeaufgabe für KMU des produzierenden Gewerbes dar. Durch das Auftreten von Durchschüssen und Schweißnahtporosität entstehen den KMU dabei in der industriellen Praxis meist hohe Ausschusskosten. Zudem wird der Einsatz geschweißter Baugruppen häufig von den Anwendern gemieden, so dass das wirtschaftliche Potenzial der Schweißaufgabe von KMU nicht vollständig ausgeschöpft werden kann. Die hauptsächliche Defektursache stellt hier die mangelnde Möglichkeit zur Beschreibung der für die Schweißeignung relevanten Druckgussqualität dar. So wird die Kommunikation zwischen Gießerei und Schweißbetrieb sowie die Definition gemeinsamer Qualitätskriterien erschwert. Hier setzt das geplante Vorhaben an: Systematisch werden mess-und quantifizierbare Größen die die Schweißeignung beeinflussen definiert und Einflussfaktoren aus Simulation, Druckgieß- und Schweißprozess analysiert. Die Einflussfaktoren werden im Rahmen einer multivariaten Datenanalyse im Hinblick auf die Schweißeignung untersucht und relativ zu einander betrachtet, so dass Haupteffekte identifiziert, und Zusammenhänge quantifiziert werden können. Durch den gezielten Einsatz strukturprüfender und strukturentdeckender, multivariater Analyseverfahren wird die Berücksichtigung bekannter und die Findung neuer Zusammenhänge ermöglicht. Zusätzlich können Zusammenhänge auf diesem Wege quantifiziert werden. Insbesondere die hohe Anzahl an Einflussfaktoren in Gieß- und Schweißprozess, die durch eine beachtliche Anzahl erfolgter Publikationen belegt wird, legt diese Vorgehensweise nah. Durch die Ergebnisse des Forschungsvorhabens wird eine Klassifizierung der Schweißeignung von Druckgusswerkstoffen ermöglicht, die Legierungszusammensetzung und Gießprozessführung berücksichtigt. Aus den Ergebnissen werden mögliche Maßnahmen zum Ausgleich geringer Druckgussqualitätsschwankungen für die schweißtechnische Verarbeitung abgeleitet.

Der Nutzerkreis für dieses Vorhaben ist potenziell sehr groß. Der Antragsteller legt ausführlich dar, dass geschweißte Baugruppen aus Al-Druckguss vor allem bei Zulieferern des Transport- und Verkehrswesens in großer Stückzahl hergestellt werden. In dieser Sparte bestehen die Zulieferbetriebe zu über 80% aus KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnisse:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden verschiedene numerische und experimentelle Untersuchungen durchgeführt. In der Gießprozesssimulation erfolgte eine Parametervariation mit dem Ziel, Parametersätze für die Herstellung unterschiedlicher lokaler Bauteilqualitäten und Schweißeignungen von Aluminium-Druckgussbauteilen zu ermitteln. Die abgegossenen Bauteile wurden zum einen Werkstoffuntersuchungen unterzogen und zum anderen wurden mit zwei verschiedenen Verfahren Schweißnähte hergestellt. Anschließend fand eine Überprüfung der Schweißnahtgüte statt.

Es konnte eine Korrelation zwischen experimentellen und numerischen Untersuchungen der Bauteile und der Schweißeignung festgestellt werden. Daher wird davon ausgegangen, dass mit den untersuchten experimentellen Untersuchungen sowie der Formfüllsimulation eine Quantifizierung der Schweißeignung bzw. eine Vorhersage der Schweißnahtgüte von Druckgussbauteilen möglich ist.

Anwendungsmöglichkeiten:

Mittels der festgestellten Korrelation, die noch an weiteren Bauteilen bestätigt werden muss, ergibt sich die Möglichkeit, bereits während der Konzeption und Konstruktion eines Bauteils und des zugehörigen Druckgießwerkzeugs durch Simulationen Problemstellen hinsichtlich der lokalen Schweißeignung der Bauteile zu identifizieren und Maßnahmen zur Kompensation zu ergreifen.