Herstellung umformfähiger Tailored Hybrid Blanks aus Leichtbauwerkstoffen mittels Laserstrahllöten mit Zusatzwerkstoff

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Ostendorf
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5470189

Das vor allem in der Automobilindustrie bereits etablierte Leichtbaukonzept des Tailored Blanking bietet hinsichtlich der Ausnutzung der Stoffeigenschaften noch erhebliches Potenzial, wenn Einzelplatinen unterschiedlicher Leichtbauwerkstoffe miteinander verbunden werden. Zur Generierung von Tailored Hybrids aus hochfesten Stählen, Aluminium- und Magnesiumlegierungen werden Grundlagen für eine auf dem energiearmen Laserlöten basierende Fügetechnik erforscht. Im Vordergrund stehen metallurgische und verfahrenstechnische Untersuchung zur Herstellung von Komponenten einer Sicherheitszelle bzw. umformfähiger Platinen zur Realisierung des Multi Material Designs. Von besonderem Interesse ist dabei die an die Werkstoffkombinationen angepasste Auswahl des Lotes, wobei in erster Linie die stark unterschiedlichen Schmelzpunke der Fügepartner und die Bildung intermetallischer Phasen zu berücksichtigen sind. Zum einen werden konventionelle Weichlote auf Zinkbasis erprobt, zum anderen sollen den besonderen Anforderungen angepasste Lotlegierungen entwickelt, pulvermetallurgisch hergestellt und als Pulver, Fülldraht oder Paste appliziert werden. Darüber hinaus ist die Anwendbarkeit von konventionellen Hartloten zu untersuchen, wobei in diesem Fall der niedrigschmelzende Fügepartner mit aufschmilzt, also ein Schweißlöten vorliegt. Auf den Einsatz von Flussmitteln soll nach Möglichkeit verzichtet werden. Stattdessen kommen unterschiedliche Prozessgase zur Anwendung, deren Eignung zur Oberflächenaktivierung vor allem bei Aluminium zu untersuchen ist. Weiterhin kommt der Prozessstrategie (Nahtgeometrie, Nahtvorbereitung, Anbindungsfläche, Spanntechnik, Prozessgaszufuhr, Strahlparameter) besondere BedeutunWg zu. Beispielsweise kann über einen Zweistrahlprozess durch gezieltes Pulsen des verlaufenden Laserstrahls die schnell wachsende Oxidschicht beim Aluminium aufgebrochen werden. Um die Arbeitstemperatur im Hauptbrennfleck möglichst genau einzuhalten, kommt ein am LZH entwickeltes Temperaturregelsystem zum Einsatz, wobei die Oberflächentemperatur des Werkstücks pyrometrisch erfasst wird. Die Prüftechnik, die sowohl metallurgische Aspekte (Lot, Diffusionszone, Wärmeeinflusszone) als auch die Ermittlung der Verbindungsfestigkeit in Quer- und Längszugversuchen sowie der Umformbarkeit durch Tiefungs- bzw. Tiefziehversuche berücksichtigt, rundet die Projektthematik ab. Darüber hinaus ergänzt die Ermittlung linearer oder flächiger Härteverläufe im Nahtquerschliff die Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften der Verbindung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 505: Hochleistungsfügetechnik für Hybridstrukturen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Oliver Meier