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TU Berlin

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Elektromagnetische Schmelzbadverdrängung zum Fügen artungleicher Materialien

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Zur Erzeugung von funktions- und gewichtsoptimierten Strukturen innerhalb der Fahrzeugtechnik ist die Kombination von unterschiedlichen Werkstoffen von besonderem Interesse („multi material design“). Die Werkstoffkombination der bevorzugten Karosseriematerialien Stahl und Aluminium besitzt hinsichtlich des Fahrzeugbaus eine enorme Wichtigkeit. Das Fügen dieser Werkstoffe mit Hilfe von Schmelzschweißverfahren, wie zum Beispiel dem Laserstrahlschweißen, unterliegt besonderer Voraussetzungen.  Beim Fügen dieser Werkstoffe bildet sich in der schmelzflüssigen Phase aufgrund ihrer begrenzten Löslichkeit eine spröde, harte intermetallische Phase aus. Aufgrund der geringen Duktilität dieser Phase erhöht sich im Bereich der Fügeverbindung das Risswachstum, sodass keine ausreichenden Betriebsfestigkeiten erzielt werden können. Darüber hinaus erschweren ebenfalls die unterschiedlichen Schmelztemperaturen und Wärmeausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe den Schweißprozess. Aus diesem Grund werden bislang Fügetechniken angewendet, die das Aufschmelzen der Fügepartner vermeiden (z.B. Kleben, Löten und mechanisches Fügen).

Für diese Anwendung wird eine neuartige Fügetechnologie entwickelt, bei der beide Fügepartner in einer Überlappverbindung angeordnet werden und in den obenliegenden Fügepartner (in unserem Fall Stahl) eine Bohrung eingebracht wird. Mit Hilfe eines Laserstrahls wird durch die Bohrung hindurch der untenliegende Fügepartner (in unserem Fall Aluminium) aufgeschmolzen. Das entstandene Aluminiumschmelzbad wird anschließend mit Hilfe einer elektromagnetischen Schmelzbadbeeinflussung durch die Bohrung entgegen der Schwerkraft in die obere Stahllage hinein verdrängt und füllt diese formschlüssig aus.

Ziel des dreijährigen DFG-Projektes "Elektromagnetische Schmelzbadverdrängung zum Fügen artungleicher Materialien" ist die FEM-unterstützte Untersuchung geeigneter Prozessparameter zur Erzeugung eines kontrollierten Schmelzbades mit Hilfe des Laserstrahlschweißens, die Kontrolle des Schmelzbadverdrängungseffektes sowie die Herstellung einer Fügeverbindung zwischen Stahl und Aluminium mit ausreichender Festigkeit.

Ansprechpartner: Jennifer Heßmann
 

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