Verfahrenserweiterung des Widerstandselementschweißens für stahlintensive Dreiblech-Hybrid-Mischverbindungen mit zwei höchstfesten Stahlgüten in Mittel- und Basislage

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Z01_Rotzsche-LWF


Kernthesen

  • Die Ursache-Wirkung-Zusammenhänge beim dreilagigen Widerstandselementschweißen (WES) verzinkter Stahlgüten in Mittel- und Basislage können mittels wissenschaftlicher Methoden analysiert und Optimierungsmaßnahmen abgeleitet werden.
  • Die Problematik der Linsenauslegung beim Widerstandselementschweißen von Dreiblechverbindungen, welche sich für den Linsendurchmesser vom Widerstandspunktschweißen (WPS) unterscheidet, kann durch Anpassungen der Hilfsfügeteilgeometrie sowie der Prozessparameter an die jeweilige Material-Dicken-Kombination gelöst werden.
  • Die steifigkeitsabhängigen Verbindungseigenschaften können mittels genormter Prüfverfahren analysiert, beschrieben und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.

 


Zusammenfassung

Im modernen Karosserieleichtbau werden neben unterschiedlichen Aluminiumwerkstoffen vor allem hochfeste Stahlwerkstoffe eingesetzt. Diese zeichnen sich mitunter durch Zugfestigkeiten bis 2000 MPa aus. Infolge dieses Werkstoffmixes entstehen Fragestellungen zum Verbinden der physikalisch und chemisch differenten Werkstoffe. Das Widerstandselementschweißen (WES) ist eine geeignete Technologie für diesen Anwendungsfall.

Es handelt sich um ein Widerstandspunktschweißverfahren, bei dem ein Schweißelement aus Stahl in einem (vorgelagerten) Prozessschritt in das Aluminiumfügeteil (Decklage) gesetzt und anschließend mit dem Stahlfügeteil (Basislage) verschweißt wird. Die zunehmend höheren Crashanforderungen führen zu Bauweisen, die mindestens zwei höchstfeste Stahlgüten in der Basislage beinhalten.

Um den Anforderungen gerecht zu werden, ist sicherzustellen, dass die daraus resultierende Dreiblechverbindung mittels WES hinsichtlich Linsenausbildung sowie mechanisch-technologischer Verbindungseigenschaften in Anlehnung an bekannte Normen und Richtlinien umgesetzt werden kann. Folglich bestehen Entwicklungsschwerpunkte im Bereich der Schweißelementgeometrie und der Prozessauslegung. Der Einsatz der FE-Simulation erlaubt diesbezüglich die Abschätzung der optimalen Elementgeometrie und Prozessparameter.

Diese werden mittels wissenschaftlichen Methoden im Realversuch validiert. Zusätzlich liegen Versuchsschwerpunkte auch auf der Ermittlung des Einflusses von Klebstoff sowie fertigungsbedingter Störgrößen auf die Verbindungseigenschaften. Ziel ist die anwendungsgerechte Auslegung der WES-Verbindung für eine Aluminiumdecklage und zwei höchstfeste Stahlbauteile in Mittel- und Basislage.


Projekt

FOSTA P 1404, IGF 21517 N

Referent: Dipl.-Ing. Dirk Rotzsche, LWF Uni Paderborn


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