Die Fügetechnik als Schlüsseltechnologie für den Karosseriemischbau
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- Manfred Neumann
- vor 5 Jahren
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1 AfT-Tagung, Die Fügetechnik als Schlüsseltechnologie für den Karosseriemischbau Dipl.-Ing. (FH) Tobias Broda
2 Die Gewichtsspirale am Beispiel der Kompaktklasse [VW] Bilder: motortalk.de Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 2
3 Von der EU-Verordnung zum Trend 2008: EU-Rat und -Parlament verabschieden Die EU-Verordnung zur Verminderung der CO2-Emissionen von Personenkraftwagen Durchschnittlicher CO2-Ausstoß auf 95 g/km bis 2020 Trend: Substitution von Stahlblechen durch Aluminiumbleche Sicherheitsrelevante und tragende Elemente aus (höchstfestem) Stahl Stahl und Aluminium müssen gefügt werden Fügetechnik als Mischbau bisher vorrangig bei kleinen Serien und Sonderanwendungen Anlagentechnik aufwendig und wenig flexibel Im Großserieneinsatz dominieren Stähle Anlagentechnik: Widerstandsschweißen Voraussetzung ist ein massentaugliches Fügekonzept [VW] Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 3
4 Das Zweistoffsystem Eisen-Aluminium Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 4
5 Bildung intermetallischer Phasen Elektronenstrahlschweißnaht Detail Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 5
6 Kombiniertes Ultraschall-Widerstandsschweißen Fügetechnologie als Schlüsselkompetenz Mechanische Fügeelemente zur Verbindung von Aluminiumblechen Übertragen der Technologie auf Mischverbindungen Neue mechanisch-stoffschlüssige Verfahren WES Kleben Reibverbinder Vollstanznieten CMT, Laserlöten, Hybridprozesse Vollnieten [VW] Schrauben Halbhohlnieten Rivtac Reibnagel Probleme: u.a. elektrochemische Korrosion, Aufbau der Fügeelemente, Randbedingungen Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 6
7 InnoJoin Friction spot welding Electromagnetic pulse welding Resistance welding with process tape Advanced thermal joining technologies for joining dissimilar materials Resistance Element welding Friction element welding Friction stir welding Laser beam welding Arc element welding Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 7
8 Fügetechnologie als Schlüsselkompetenz Widerstandsschweißen führt zu St/Al-Phasensaum (Fügebereich) und CuAl-Sprödphasen (Elektrodeneindruck) HC420LAD+Z Stahl-WEZ EN AW 5754 Elektrodeneindruck HC420LAD+Z 5754 St/Al-Phase CuAl-Phasen 5754-Schmelze Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 8
9 Fügetechnologie als Schlüsselkompetenz Widerstandsschweißen von 22MnB5 mit AlSi-Beschichtung führt zu sprödem Versagen auf Grund der Beschichtung Stahl-Oberfläche schränkt Schweißmöglichkeit ein 22MnB5+AS EN AW FeAlSi FeAlSi 22MnB5+AS Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 9
10 Anforderungen an den Fügeprozess motortalk.de Stoffschlüssiges St-Al-Fügeverfahren Kein Aufbau der Fügeelemente Nutzung vorhandener Anlagentechnik Verarbeitung höchstfester Stähle mit AS-Beschichtung Umgehen/Vermeiden von Sprödphasen Fügeprozess Universell nutzbarer Schweißprozess HC420LA + AlMg3 22MnB5 + AlMg3 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 10
11 Direktes Widerstandspunktschweißen nach [Leuschen] [Neudel] Besonderheit: Wärme muss exakt geführt werden, Phasenbildung ist Voraussetzung Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 11
12 Puffern Stahl Zinkschicht (Tauchbad) AlSi12 (WIG) AlSi5 (MIG/ WIG) Aluminium Pufferlage: Zwischenlage, die mehrere Aufgaben erfüllen kann, u.a.: intermetallische Phasen vermeiden Ausgleich unterschiedlicher Schmelztemperaturen Ausgleich unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten Verringerung von Eigenspannungen im Übergangsbereich Nach [Pohle] Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 12
13 Bimetallische Zwischenschichten Durch Walzplattieren werden TM- Bleche (TM = Transition Materials - Verbundmaterialien) hergestellt Beim Widerstandsschweißen werden zeitgleich zwei Schweißlinsen erzeugt Große Blechspalte entsprechend TM- Dicke [Leuschen] Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 13
14 Ultraschall-Lotapplikation punktförmige Lotapplikation von L-AlSi12 (9 x 6 mm²) auf Blech DC01 Zweistufiger Prozess: Ultraschall-Lotapplikation kalter Fügeprozess; Loteigenschaften bleiben erhalten Widerstandslöten: Wärmeführung zum Aufschmelzen des Lots DC01 L-AlSi12 Al99,5 Mikroschliff - Widerstandslöten DC01 + L-AlSi12 + Al99,5 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 14
15 neuer Ansatz Ultraschall-Element- Widerstandspunktschweißen USERP - USIRSW Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 15
16 Kombinierter Schweißprozess kalter Schweißprozess heißer Schweißprozess St-Blech Al-Blech Schweißeinlage Schweißeinlage Al-Blech Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 16
17 Kombinierter Schweißprozess Ultraschall-Schweißen: Einlage AW-5754 Einlage auf AW-5754 Widerstandspunktschweißen: HC420LAD+Z AW-5754 Schälversuch HC420LAD+Z Scherzugversuch- 22MnB5+AS 17
18 Festigkeiten Festigkeiten - Duktilität Scherzugversuch T-Zugversuch F F F F F Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 18
19 Schliffbild AW MnB5 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 19
20 Messgrößen beim Punktschweißen [DVS ] Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 20
21 Schliffbild AW MnB5 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 21
22 Messgrößen beim USERP d fw d n g p i t r d ni Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 22
23 Zusammenfassung Langfristig werden Aluminiumbleche Stahlbleche in vielen Bereichen ersetzen Ein (klein-) serientauglicher Fügeprozess im Mischbau ist bisher nur über mechanische Fügeelemente realisiert Stoffschlüssige Verfahren scheitern an der Sprödphasenbildung bzw. an Blechoberflächen Die etablierte Anlagentechnik in der Großserie ist Widerstandsschweißen Ein neues Verfahren ist das Ultraschall-Element-Widerstandspunktschweißen CHANCEN Sprödphasenfreies Fügen Kein Aufbau der Fügeelemente Etablierte Anlagentechnik nutzbar Kurze Prozesszeiten RISIKEN Ultraschallschweißen als neues Fügeverfahren im Blechbereich Fügeelementgeometrie Beeinflussung der Schweißprozesse Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH 23
24 Ende Forschungsprojekt: Ultraschall-Widerstandspunktschweißen von Aluminium-Stahl-Blechverbindungen Untersuchungen zur Charakterisierung und zur Bestimmung des Eigenschaftsprofils Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (alle Rechte vorbehalten) 24
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