Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Punktschweißkleben höherfester Dickblechaluminiumverbindungen

Das Forschungsvorhaben ermöglicht die Qualifizierung des Rührreibpunkt- und Reibpunkschweißens für das wärmereduzierte punktschweißkleben dickwandiger (> 3 mm) hochfester Aluminiumlegierungen (Rm > 300 MPa). Der Einsatz dieser Werkstoffe erfolgt bei Komponenten mit erhöhten Ansprüchen an die auftretenden Belastungen in verschiedenen Bereichen der Industrie. In KMU-geprägten Wirtschaftszweigen zählen hierzu insbesondere die Luft- und Raumfahrt (z.B. Flugzeugaußenhaut) und der Schienenverkehr (z.B. Fahrzeugrahmen für Bahnwaggons). Durch die Materialsubstitution und der erschließenden Blechstärken (z.B. Mehrblechverbindungen) steigen gleichzeitig die Anforderungen an potentielle Fügeverfahren. Kleine u. mittelständische Industriebetriebe setzen seit jeher auf mechanische Fügeverfahren sowie wirtschaftlich attraktive Schmelzschweißverfahren. Die hohe Wärmeeinbringung der Schmelzschweißverfahren erlaubt nur unter einem hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand ein verzugsarmes und werkstoffgerechtes Fügen hochfester Al-Dickblechlegierungen. Das für kleine Serien einsetzbare Blindnieten weist wegen der zusätzlichen Prozessschritte ebenfalls einen wirtschaftlichen Nachteil auf. Vorlochfreie mechanische Fügeverfahren stoßen infolge geringer Werkstoffduktilität an ihre verfahrensbedingten Grenzen.

Die reibbasierten Fügetechnologien ermöglichen das qualitative und wirtschaftliche Fügen von hochfesten, artgleichen Aluminiumdickblechverbindungen in Kombination mit dem Klebstoff. Durch die geringe Wärmeeinbringung der reibbasierten Verfahren entsteht nur ein geringer Klebstoffabbrand. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Überlappungslängen zu reduzieren und somit einen Beitrag zur Leichtbaurealisierung und Ressourcenschonung zu leisten. Damit bieten die Forschungsergebnisse vor allem KMU ein Alleinstellungsmerkmal zur Realisierung leichtbaubasierter Innovationen. Die Arbeitsinhalte umfassen sämtliche, technisch relevante Bereiche (u.A. Standzeiten, Störgrößen).

Ergebniszusammenfassung:

Es konnte im Projekt gezeigt werden, dass die Verweilzeiten beim Rührreibpunktschweißen erheblichen Einfluss auf die Zugkräfte haben. Durch Minimierung der Verweilzeit des Schweißstiftes im Schweißpunkt kann der Klebstoffabbrand weitestgehend vermieden werden. Die Untersuchung der Scherzugfestigkeiten der vier unterschiedlichen Materialdickenkombinationen, mit Gegenüberstellung von Schweißungen mit und ohne Klebstoff hat gezeigt, dass trotz unveränderter Schweißnaht-Ausprägung der Proben ein überdurchschnittlicher Anstieg der Scherzugfestigkeit erreicht werden kann. Beim Reibpunktschweißen wie auch beim Widerstandspunktschweißen wurden die beiden gegenläufigen Beeinflussungen des Klebstoffs auf den Punktschweißprozess bzw. die Punktschweißverbindungsausprägung sowie des Schweißprozesses auf die Klebverbindung mit Hilfe von Scherzugversuchen analysiert. Wenngleich der Einfluss des Klebstoffs auf die Punktschweißfestigkeiten in allen betrachteten Fällen nach einer entsprechenden Optimierung als gering einzustufen ist, kommt es bei beiden Verfahren zu einer minimalen Verminderung der Klebverbindungsfestigkeit. Bei der Gegenüberstellung der drei Verfahren hinsichtlich der Alterung nach Salzsprühnebelprüfung wie auch nachschwingender Scherzugbelastung lässt sich festhalten, dass das Widerstandspunktschweißkleben die größten Prüfkräfte ermöglicht und damit die geringste Beeinflussung und Beeinflussbarkeit darstellt. Grundsätzlich war es mit allen Verfahren möglich, reproduzierbar hybride Verbindungen (mit Klebstoff) zu erzeugen, welche geeignete Prüfkräfte übertragen konnten.