Kernthesen
- Nachweis der Fügbarkeit des zweistufigen WES für stahlintensive Dreiblech-Hybrid Mischverbindungen mit zwei höchstfesten Stahlgüten in Mittel- und Basislage
- Schweißparameterermittlung mittels numerischer Schweißprozesssimulation
- Ableitung von Handlungsempfehlungen durch experimentelle Untersuchungen der mechanisch-technologischen Verbindungseigenschaften
Zusammenfassung
Der moderne Karosserieleichtbau setzt zunehmend auf das sogenannte Multi-Material-Design, um die bestmögliche Performance hinsichtlich Sicherheit und Leichtbau zu generieren. Hierzu werden zur gesteigerten Sicherheit der Fahrzeuginsassen Advanced High Strength Steels (AHSS) mit Zugfestigkeiten von bis zu 2000 MPa eingesetzt.
Um den gesetzlichen Vorgaben der Treibhausgasemissionen gerecht zu werden, werden für entsprechende Leichtbaumaßnahmen adäquate Aluminiumwerkstoffe eingesetzt. Dadurch entstehen Problemstellungen bezüglich einer geeigneten thermischen Fügetechnik, um diese chemisch und physikalisch verschiedenen Werkstoffe zu verbinden. Das Widerstandselementschweißen (WES) ist in der Lage, diese Inkompatibilitäten zu umgehen und grundsätzlich schweißtechnisch ungeeignete Werkstoffpaarungen zu realisieren.
Hierbei wird ein Hilfsfügeteil in ein NE-Werkstoff eingebracht, woraufhin eine formschlüssige Verbindung erzeugt wird. Dieser Verbund aus NE-Werkstoff und Hilfsfügeteil wird in einem nachgeschalteten Schweißprozess mit dem entsprechenden Fügepartner aus Stahlwerkstoff verbunden, indem mittels konventioneller Schweißtechnik Hilfsfügeteil und Verbundpartner eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt wird. Im Hinblick auf die stetig steigenden Anforderungen an die Sicherheit der Fahrzeuginsassen ist es notwendig, Verbindungen zu realisieren, bei denen mindestens zwei höchstfesten Stahlgüten anforderungsgerecht gefügt werden müssen.
Dazu ist es notwendig, die entsprechenden Dreiblechverbindungen hinsichtlich der Linsenausbildung und mechanisch-technologischen Eigenschaften prozesssicher und kostengünstig zu erzeugen.
Der Beitrag befasst sich mit der Optimierung einer dreilagigen Widerstandselementschweißung mit hoch- und höchstfesten Stahlgüten in Mittel- und Basislage, sowie der numerischen Prozessanalyse zur Untersuchung der Schweißlinsenausbildung. Weiterhin wird die hybride Prozesseignung durch die Herstellung normgerechter Scher- und Kreuzkopfzugproben aufgezeigt und im Anschluss durch quasistatische Belastungsuntersuchungen qualifiziert.
Darstellung des Nutzens für KMU
Der moderne Stahlkarosseriebau ist geprägt vom punktförmigen Fügeverfahren des Widerstandspunktschweißens (WPS). Dieses Verfahren besitzt eine vergleichsweise einfache Prozesscharakteristik, erfordert jedoch ein ausgeprägtes Prozessverständnis, welches überwiegend in klein- und mittelständischen Unternehmen generiert wird.
Die verwendete Anlagentechnik kann für das WES weiterhin genutzt werden und erspart dem Anwender somit hohe Investitionskosten in neuartige Anlagentechnologien. Dies ermöglicht dem Hersteller und Anwender eine Erweiterung des Angebotsspektrum und erhöht die Effektivität durch Reduzierung von zeit- und kostenintensiven Voruntersuchungen. Durch die steigende Bedeutung des Leichtbaukonzeptes liefern die gewonnenen Erkenntnisse einen wichtigen Beitrag, besonders für mittelständige Zulieferer.
Durch eine Ausarbeitung von Handlungsempfehlungen und Hinweisen für einen Anwender der Widerstandsschweißtechnik wird ein wichtiger Beitrag zur Steigerung der wirtschaftlichen und prozesssicheren Herstellung von Dreiblechverbindungen geleistet.
Insbesondere Betriebe, die eine Integration von dreilagigen Mischverbindungen in ihre Produktionslinien planen, können von den generierten Erkenntnissen profitieren. So können signifikante Vorteile im Bereich der Einsparung von Material, Zeit, Gewicht und Kosten erzielt werden.
Projekt
IGF 01IF21517N - FOSTA P 1404 - Laufzeit 01.01.2021 - 31.12.2023
Referent: Marcel Heitmann, M.Sc., Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn
