Fügen neuer metallischer Werkstoffe und Hybridmaterialien

Neue Metalllegierungen und Hybridmaterialien ermöglichen konstruktive Veränderungen in der Bauteilgestaltung. Für die Verbindung von Bauteilen aus diesen Werkstoffen werden geeignete Fügeverfahren benötigt. Durch die Berücksichtigung der charakteristischen Werkstoff-eigenschaften und die vereinfachte experimentelle Bestimmung der Haltbarkeit der Fügeverbindung können bekannte Fügeverfahren dafür qualifiziert werden.

Fragestellung

Die steigenden Anforderungen an Materialeffizienz und Leistungsfähigkeit von technischen Produkten führt zur Entwicklung optimierter Stahllegierungen, wie beispielsweise hochfeste Stähle. Die Herstellung von Fügeverbindungen für diese Materialien erfordert die Berücksichtigung der werkstoffspezifischen Besonderheiten. Etablierte Fügeverfahren wie das Schweißen sind deshalb entsprechend anzupassen. Häufig können aus den neuen Stahllegierungen keine Schweißdrähte gefertigt werden. Es besteht daher die Notwendigkeit für neue technische Lösungen für den Schweißprozess.

Gleiches gilt auch beim Einsatz von Hybridmaterialien, also Verbindungen aus unterschiedlichen Werkstoffgruppen, beispielsweise Aluminium-Kunststoffverbunde oder Keramik-Metall-Mischbauweisen. Für diese Werkstoffgruppen sind keine speziellen Fügetechnologien verfügbar, so dass die bestehenden Fügeverfahren auf diese Werkstoffe zu adaptieren sind. Dabei ist neben der Herstellung einer haltbaren Fügeverbindung gleichzeitig das mögliche Trennen nach Beendigung des Produktlebenszyklus im Wertstoffrecycling zu berücksichtigen.  

Lösung

Es wird eine optimale Fügeverbindung in Abhängigkeit der zu fügenden Werkstoffe und der auftretenden Belastungen ermittelt. Dafür werden etablierte Fügeverfahren, wie Schweißen, Löten, Clinchen, hinsichtlich ihrer Eignung für neue Werkstoffe analysiert und für reale Anforderungen bewertet. Bei diesen Analysen steht insbesondere der Einfluss des Fügeprozesses auf das Werkstoffverhalten und die daraus resultierenden Bauteileigenschaften im Vordergrund. Dabei wird die experimentelle Charakterisierung der Fügeverbindung an vereinfachten Geometrien ermittelt. Die ermittelten Ergebnisse fließen in die Optimierung bekannter und verfügbarer Fügetechniken ein und ermöglichen so das Fügen neuer Werkstoffgruppen und Hybridmaterialien. Beispielsweise können so die richtigen Schweißdrähte und Schweißzusätze empfohlen als auch die Vermeidung von umweltgefährdenden sowie nicht recyclierbaren Schweißmaterialien ermöglicht werden.

Entwicklungsstand

Erprobung, Bewertung und Optimierung neuer Fügeverbindungen für kommerziell verfügbare Werkstoffe im Labormaßstab  

Vorteile

Die ganzheitliche Betrachtungsweise ermöglicht die Qualifizierung etablierter Fügeverfahren für neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen. Es werden die werkstoffspezifischen Eigenschaften analysiert und in bestehende Prozesstechnik integriert. Dies ist für verschiedene Metalllegierungen, beispielsweise Aluminium-, Stahl-, Titanlegierungen, als auch für Hybridmaterialien realisierbar.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

• Automobil Karosseriebau, beispielsweise B-Säule aus unterschiedlichen Stahlblechen
• Schweißverbindungen im allgemeinen Stahl- und Kranbau sowie im Schiffbau
• Clinchverbindungen für Gehäuse von Schaltschränken
• Fügeverbindungen bei Leiterplatten und Elektroniksteuergeräten
• Fügen von Hybridmaterialien für Bauteilkomponenten der Verkehrstechnik, Luftfahrt und im Automobilbau
• Fügen von Sandwichblechen aus Aluminium und Kunststoff
• Fügeverbindungen an emaillierten Waschbecken
• Komponenten der Landwirtschaftstechnik
• Löten von Mischverbindungen aus Keramik-Metall für Bauteile von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Schlagworte

Erprobung, Optimierung, Fügeverbindungen, Werkstoffe, Labormaßstab

17.06.2021