Numerisch gestützte Entwicklung eines einseitigen Widerstandslötprozesses an Blech-Rohrverbindungen

Abstract

In addition to material lightweight design, form lightweight design is an important strategy for weight-optimized component development. If we consider for example the light weighting efforts in car body construction, hollow sections made of high-strength steel are also used in addition to the use of aluminum parts in order to op-timize component design in terms of strength, weight and installation space. To join these hollow sections to sheet-metal parts single-sided resistance welding was de-veloped. However, if the state of the art is considered, the deficits of the process become clear. The thermal and mechanical stress on the component as a result of the joining process leads, among other things, to unwanted component deformations and splashes. Due to the lack of a counter electrode, the component stiffness and thus the wall thickness further limits the process. Premature component failure under cy-clic loading can also be deduced as a disadvantage. In order to counteract the known deficits, an alternative process based on resistance brazing was developed in the un-derlying work. In addition to the experimental and numerical analysis of the joining and heating process and the determination of quality and design criteria, the process advantage in the thin-walled area will be presented as well. A practical example com-pletes the investigations.

Neben dem Stoffleichtbau ist der Formleichtbau ein wichtiger Ansatz zur gewichts-optimierten Bauteilentwicklung. Betrachtet man beispielsweise die Leichtbaubestre-bungen im Karosseriebau, so werden neben dem Einsatz von Aluminiumteilen ebenso Hohlprofile aus hochfestem Stahl genutzt, um eine kraft-, gewicht- und bauraumop-timierte Bauteilgestaltung zu ermöglichen. Um die Profile mit blechartigen Teilen zu verbinden, wurde das einseitige Widerstandsschweißen entwickelt. Betrachtet man je-doch den Stand der Technik, so werden die Defizite des Verfahrens deutlich. Durch die thermische und mechanische Bauteilbelastung in Folge des Fügeprozesses kommt es u.a. zu ungewollten Bauteildeformationen und Spritzern. Ein vorzeitiges Bauteil-versagen unter zyklischer Belastung kann ebenso als Nachteil abgeleitet werden. Auf-grund der fehlenden Gegenelektrode begrenzt weiter die Bauteilsteifigkeit und somit die Wandstärke den Prozess. Um den bekannten Defiziten entgegenzuwirken, wurde in der zugrundeliegenden Arbeit ein alternativer Verfahrensansatz auf Basis des Wi-derstandslötens entwickelt. Neben der experimentellen und numerischen Analyse des Verbindungs- und Erwärmungsprozesses sowie der Ableitung von Qualitäts- und Auslegungskriterien wird ebenso der Prozessvorteil im dünnwandigen Bereich darge-stellt. Ein praktisches Anwendungsbeispiel rundet die Untersuchungen ab.