Neuartige Fügetechnologie zur Herstellung hybrider Bauteilstrukturen mit kurzem Flansch aus höchstfestem Stahl und Aluminium : Berichtszeitraum: 01.05.2018 bis 31.10.2020 : Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 20.165 BR

Abstract

Im Fahrzeugleichtbau werden zunehmend höchstfeste Stähle eingesetzt und diese mit Bauteilen aus Al-Legierungen kombiniert. Für diese Werkstoffkombination wurden mechanische Fügeverfahren weiterentwickelt, die jedoch grundsätzliche technologische Grenzen aufweisen und speziell im Bereich der KMU nicht so verbreitet angewendet werden wie die Widerstandsschweißtechnik. Speziell beim Fügen formgehärteter Bauteile mit dünnen Al- Blechen sind hohe Fügekräfte und kleine Toleranzfelder für einen stabilen Fügeprozess erforderlich. Für die Realisierung eines kostenattraktiven Leichtbaus soll ein Verfahren für Mischverbindungen aus hoch- und höchstfesten Stählen mit Al-Blechen entwickelt werden, bei dem einfache kostengünstige Fügeelemente und kurze Flansche umsetzbar sind. Darüber hinaus soll dieses Verfahren auch unter unterschiedlichen Produktionsrandbedingungen flexibel anwendbar sein, so wie sie häufig bei KMU erforderlich sind und bei denen kurze Flansche < 10 mm möglich sind. Die Technologie soll es KMU ermöglichen, ihr Knowhow aus der Widerstandsschweißtechnik zu nutzen um damit Stahl-Aluminium-Verbindungen herstellen zu können, ohne auf Niet- oder Schraubtechnik umzustellen, was mit erheblichen Investitionen in Anlagen und Mitarbeiter verbunden wäre. Die Fügeelemente wurden aus Schweißdraht hergestellt und bilden in der Verbindungsebene den Werkstoffübergang von Stahl auf Aluminium, ohne das intermetallische Phasen die Verbindungseigenschaften verschlechtern. Die Verbindung kann durch einen sehr kurzen Schweißprozess < 30 ms erfolgen, der dabei so wenig Wärme einbringt, dass zusätzliches Kleben möglich ist. Die Verbindungseigenschaften wurden sowohl an geeigneten Prüfkörpern mit einem Drahtelement ermittelt, als auch an speziellen Mehrpunktproben, die die komplexen Beanspruchungen im Produktionsprozess sowie im Betrieb nachbilden. Neben den Anwendern aus dem Bereich der Komponenten- und Zuliefererindustrie sollen Hersteller von Schweißanlagen von den Ergebnissen profitieren, welche größtenteils klein und mittelständig geprägt sind. Durch die Herstellung von Musterbauteilen mit realitätsnaher Geometrie wurde das Verfahren validiert und das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.