Elektromagnetische Schmelzbadverdrängung zum Fügen artungleicher Materialien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Kai Hilgenberg
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390568262

Das Fügen von artungleichen Materialien ist eine zentrale Herausforderung bei der Erzeugung funktions- und gewichtsoptimierter Strukturen in einer Vielzahl industrieller Anwendungsfelder. Insbesondere im automobilen Leichtbau spielt die Verbindung Aluminium mit Stahl eine wesentliche Rolle, da diese mit etablierten Schmelzschweißverfahren nicht zuverlässig erzeugt werden kann. Derzeitig eingesetzte Verfahren wie das mechanische Fügen und Klebverbindungen sind ihrerseits mit Nachteilen verbunden, so dass weiterhin die Notwendigkeit der Entwicklung neuartiger Fügetechnologien besteht.Das beantragte Vorhaben zielt auf die Erlangung von Grundlagenwissen für die Entwicklung einer neuartigen Fügetechnologie, die eine punktförmige Verbindung durch Stoff- und Formschluss von artungleichen Materialien ermöglichen soll. Der Ansatz basiert auf der Erzeugung eines lokalisierten Schmelzbades durch gepulste Laserstrahlung auf Seiten eines Fügepartners, das durch elektromagnetisch induzierte Kräfte in eine Formkontur des zweiten Fügepartners verdrängt werden soll. Im Stand der Technik wird bisherig eine elektromagentische Beeinflussung nur bei kontinuierlich arbeitenden Schweißprozessen eingesetzt. Zielsetzung des Projektes ist es daher, ein grundsätzliches Verständnis über die Beeinflussbarkeit eines kurzzeitig (Existenzzeit < 0,5 s) existierenden Schmelzbades durch elektromagnetisch induzierte Lorentzkräfte zu gewinnen und Einflussfaktoren und Freiheitsgrade zu erkennen.Durch eine gezielte zeitliche Pulsformung soll eine Temperatureinstellung in der Schmelze erreicht werden, die eine Überhitzung des Schmelzbades und ein Aufschmelzen des anderen Fügepartners vermeidet und damit bekannte Probleme derartiger Mischverbindungen reduziert (intermetallische Phasen, Rissbildungen). Die für die Auslegung der Energieeinbringung notwendige Kenntnis der Wärmebilanz in der Schmelze soll durch die Weiterentwicklung eines bestehenden FE-Prozessmodells, das die elektromagnetischen Kräfte mit der Schmelzbadströmung koppelt, ermöglicht werden. Metallografische, elektronenmikroskopische und Festigkeitsuntersuchungen der erstellten Fügeverbindungen schließen das Projekt ab, mit dem Ziel ein Verständnis über die Zusammenhänge zwischen Temperatureinwirkung, resultierenden Werkstoffeigenschaften und der Festigkeit der erzielten Fügeverbindung zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen