Erzeugung von Al/hochfester Stahl-Verbunden durch ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen: Prozess und Robustheit, mechanische Eigenschaften unter Anwendung zerstörender und innovativer zerstörungsfreier Prüfmethoden, Mikrostruktur, Korrosion und fügezonenintegrierter Korrosionsschutz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Fuerbeth; Professor Dr.-Ing. Guntram Wagner; Dr.-Ing. Bernd Wolter
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228911405

Bisher standen die erfolgreiche Entwicklung und der Aufbau eines völlig neuartigen hybriden Schweißverfahrens, dem ultraschallunterstützten Rührreibschweißen (UA-FSW), im Vordergrund. Dabei zeigte sich, dass das FSW-Verfahren zum einen sehr gut geeignet ist, Werkstoffverbunde zwischen artfremden Materialien, auch mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten, zu erzeugen und zum anderen, dass der parallel zum FSW-Prozess eingebrachte Leistungsultraschall erwartungsgemäß die quasistatischen und zyklischen Eigenschaften der erzeugten FSW-Verbindungen erheblich verbessert. Neue FSW-Werkzeuge mit feststehender Schulter bei drehendem Pin ermöglichen es, auch Werkstoffe mit stark unterschiedlichen Schmelzpunkten zu schweißen, ohne dass ein unzulässig hoher Verschleiß am Werkzeug auftritt. Ferner finden in der Fahrzeugtechnik zunehmend hochfeste Stähle als Elemente von Leichtbaustrukturen Anwendung. Versuche, Al/hochfeste Stahl-Verbunde durch konventionelles FSW mit ausreichender Festigkeit zu erzeugen, sind aber bisher nur wenig erfolgreich. Auch hier stellt das UA-FSW ein richtungsweisendes stoffschlüssiges Verfahren dar, da der Leistungsultraschall zu einer intensiveren Bindungsbildung beitragen kann, ohne dass die Prozesstemperaturen oder der Verschleiß der Werkzeuge durch direkten Kontakt des Rührpins mit den hochfesten Werkstoffen ansteigen. Daher sollen in der dritten Förderperiode Al- Legierungen/hochfester Stahl-Verbunde durch UA-FSW erzeugt werden. Neben der zerstörenden Ermittlung mechanischer Eigenschaften sind moderne zerstörungsfreie Prüfmethoden vor und nach, aber auch während des FSW-Prozesses vorgesehen. Ebenfalls werden die erzeugten Verbindungen nicht nur hinsichtlich der sich einstellenden Mikrostruktur analysiert. Neben der reinen Charakterisierung der Korrosionseigenschaften der unterschiedlichen Al/Stahl-Verbunde -hochfeste Stähle und Stähle mit metallischen Überzügen- soll auch der Einfluss der Korrosion auf die mechanischen Eigenschaften sowie die Erprobung geeigneter fügezonenintegrierter Korrosionsschutzkonzepte abseits von Beschichtungen im Mittelpunkt stehen. Die Nutzung thermografischer Methoden zur Optimierung des Fügeprozesses hat sich bewährt und wird daher weiter fortgesetzt. Bezüglich der zu betrachtenden Leichtbauwerkstoffe werden die in den ersten beiden Förderperioden und auch in anderen Projekten des SPP1640 eingesetzten Al- Legierungen EN-AW 6061 und EN-AC 48000 weiter verwendet. Bei den Fügepartnern aus hochfestem Stahl sollen die in der industriellen Anwendung zunehmend an Bedeutung gewinnenden Stahlgruppen, wie borlegierter Vergütungsstahl 22MnB5 im martensitischen Zustand, DP600 sowie MS-W 1200 betrachtet werden. Die zu erzeugenden Verbunde bieten damit auch eine sehr gute Vergleichbarkeit zu den im laufenden Vorhaben zu betrachtenden duktilen und geringfesten Stählen C45 und DC04 und bilden die Basis zur Stabilisierung des Prozesses und der erzeugten Verbunde hinsichtlich Robustheit und Vorhersagbarkeit.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation