Festkörperverschweißung oxidbehafteter Aluminiumoberflächen in der Umformtechnik

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470385288

Das „Solid State Bonding“ (Festkörperverschweißung) ist ein physikalischer Prozess, durch den Werkstoffverbunde durch Druckbeaufschlagung der zu verschweißenden Oberflächen umformtechnisch hergestellt werden können. Festkörperverschweißungen erfolgen per Definition bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Verbundpartner und ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes. Umformtechnische Prozesse, bei denen die erforderlichen Drücke und Dehnungen für eine Festkörperverschweißung erzielt werden sind unter anderem das Walzplattieren, das Accumulative Roll Bonding und das Strangpressen sowie Recyclingverfahren zur direkten Wiederverwertung von Aluminiumschrotten. Bisher wurden die Verfahren lediglich hinsichtlich ihrer prozessspezifischen Parameter und deren Einfluss auf die entstehende Verschweißung erforscht. Eine hinreichende Übertragbarkeit der physikalischen Zusammenhänge ist bislang nicht vorhanden. Diese Übertragbarkeit fehlt teilweise auch innerhalb einzelner Verfahrensklassen, da die in der Verschweißzone vorliegenden Umformbedingungen häufig nicht genau bekannt sind. Aufgrund des unzureichenden Wissens fehlen aktuell ebenfalls allgemeingültige physikalisch basierte Modelle zur Vorhersage der Verschweißfestigkeit, die über den gesamten relevanten Bereich von Temperaturen und Dehnraten zu genauen Ergebnissen führen. Des Weiteren fehlen experimentelle Verfahren zur Bestimmung lokaler Verschweißfestigkeiten.Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist damit die quantitative Bestimmung des Einflusses physikalischer Einflussgrößen auf die lokale Verschweißung oxidbehafteter Oberflächen. Dazu werden experimentelle Methoden zur Ermittlung einer lokalen Verschweißfestigkeit abgeleitet sowie Berechnungsmethoden zur Vorhersage der Verschweißfestigkeit in Abhängigkeit der Umformbedingungen in der Verschweißzone erarbeitet. Zur Erzeugung von Schweißnähten soll eine auf dem Strangpressen basierende experimentelle Methode angewandt werden, die die gezielte Verschweißung zweier oxidbehafteter Oberflächen bei bekannten Umformbedingungen sowie eine Probenentnahme mit bekannter Schweißnahtposition zulässt. Das erlangte Wissen wird genutzt um bestehende Verschweißmodelle zu verallgemeinern und zu validieren. Zuletzt werden Methoden abgeleitet, um die Verschweißung oxidbehafteter Oberfläche zu begünstigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer