Belastungsgerechte Lichtbogenlötverbindung hochfester Stahlfeinbleche unter metallurgischen und geometrischen Aspekten (Gemeinschaftsantrag)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Aufgrund der im Rahmen des Projektes gewonnenen Erkenntnisse können die Bedenken gegenüber dem „Undermatching“ auf Seiten des Anwenders weiter entkräftet werden. Auch mit einem Lotwerkstoff auf einem niedrigen Festigkeitsniveau, wie dem CuSi3 kann eine hochfeste Lötverbindung unter Einsatz eines energiearmen Kurzlichtbogenprozesses realisiert werden. In diesem Zusammenhang wird bei Verwendung des Lötzusatzwerkstoffes CuSi3 die Einstellung einer definierten Spalthöhe empfohlen. Bedingt durch die gute Fließfähigkeit des Lotes kann bereits bei niedrigen Streckenenergien ein Versagen im wärmebeeinflussten Grundwerkstoff herbeigeführt werden. Aufgrund der als gering einzuschätzenden Grundwerkstoffschädigung liegt die erzielte Nennspannung nur geringfügig unter der Zugfestigkeit des Dualphasenstahls HCT780XD. Durch die systematische Anwendung der Bildkorrelation konnte das Dehnungsverhalten der Lötverbindung unter Last dargestellt werden. Es wurde gezeigt, dass sich die Orientierung der Hauptdehnungsvektoren in den jeweiligen Verbindungsbereichen an die unteren und oberen Benetzungswinkel der Überlappverbindung angleichen. Diese Erkenntnis belegt, dass flache Benetzungswinkel einen günstigeren Kraftfluss ermöglichen und somit insbesondere für zyklische Lastfälle die Kerbwirkung reduzieren. Des Weiteren konnte der Spalt als höchstbelasteter Bereich einer Überlappverbindung bestätigt werden. Zur Spaltverstärkung konnte durch Einlegen von Cu-Basis-Lötbändern die Zugfestigkeit gesteigert werden. Im Gegensatz zu vorangegangenen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich die Orientierung der Dehnungsvektoren an die Kontur des Lotvolumens anpasst und dieses gänzlich ausnutzt. Alle Ergebnisse für den Lötzusatzwerkstoff CuAl8 verdeutlichen, dass die Zugfestigkeit bei Verbindungen im Überlappstoß bei hochfesten Stählen immer oberhalb der reinen Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffes liegt. Für einige Lötkonfigurationen erreichte die Zugfestigkeit geringfügig geringere Werte als der reine Grundwerkstoff HCT780XD. Bei diesen Lötkonfigurationen versagten die Proben im wärmebeeinflussten Bereich des Grundwerkstoffes und nicht innerhalb der Lötnaht. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Lötnaht nicht weiterhin als Schwachpunkt bei einer Überlappverbindung angesehen werden muss. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass der Anteil an intermetallischer Phasen (Fe3AlyCuz) innerhalb der Lötnaht bis zu einem bestimmten Grenzwert einen positiven Einfluss auf die Zugfestigkeit der Verbindung hat. Diese Untersuchungsreihen unterstrichen zudem, dass der Einsatz des CMT-Synchropuls Prozesses einen positiven Einfluss auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften einer Lötverbindung hat. Neben einer reduzierten Wärmeeinbringung in den Grundwerkstoff konnte auch eine Steigerung der Zugfestigkeit erreicht werden. Durch die numerische Simulation konnten die kritischen Bereiche mit den höchsten Spannungsniveaus und damit die Versagensursache identifiziert werden. Das Ziel, eine Lötverbindung mit gleichzeitig guten statischen und zyklischen Festigkeitseigenschaften zu realisieren, konnte erfolgreich umgesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Load-Capable Design of Arc Brazing Joints for Different Applications in Automotive Engineering, Proceedings of the International Brazing and Soldering Conference 2015, 19.-22. April 2015, Long Beach, CA, USA, 2015
Reisgen, U.; Angerhausen. M.; et al.
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Untersuchungen zur Erzeugung einer belastungsgerechten Lichtbogenlötverbindung hochfester Stahlfeinbleche unter metallurgischen und geometrischen Gesichtspunkten, Große Schweißtechnische Tagung 2015, 14.-17. September 2015, Nürnberg, Germany, 2015
Wesling, V.; Schram, A.; Barthelmie, J.; et al.
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Arc-brazing of high-strength steels using copper-based brazing materials, Proceedings of the Loet 2016 Conference, 7.-9. Juni 2016, Aachen, Germany, 2016
Reisgen, U.; Wesling, V.; et al.
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New Opportunities of Thermal Joining using Zinc- and Copper- based Brazing Materials for Modern Car Manufacturing, Proceedings of the World Automotive Congress 2016, 26.-30. September 2016, Busan, Korea, 2016
Reisgen, U.; Angerhausen. M.; et al.
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Plasma-MIG-Löten von hochfesten Stahlfeinblechen mit Cu-Basis-Loten, 37. Assistentenseminar Füge- und Schweißtechnik 2016, 05.- 07. September 2016, Päwesin, Germany
Wesling, V.; Schram, A.; Barthelmie, J.; et al.
