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Werkstoffe Neue Schweißtechnik für Aluminium-Stahl-Verbindungen

Redakteur: Sven Prawitz

Mit der elektromagnetischen Puls-Technologie (EMPT) lassen sich hohe Festigkeiten bei Mischverbindungen etwa zwischen Aluminium und Stahl erzielen. Laut Fraunhofer LBF eignet sich das Verfahren somit für Leichtbauansätze im Automobil.

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Stahl-Aluminium-Verbindung nach zyklischer Schälbeanspruchung: Versagen im Aluminium.
Stahl-Aluminium-Verbindung nach zyklischer Schälbeanspruchung: Versagen im Aluminium.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Fraunhofer entwickelt ein Schweißverfahren, um Bleche aus Aluminium und Stahl verbinden zu können. Beteiligt sind das Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) in Darmstadt und das Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg. Für den Prozess wird eine sogenannte elektromagnetische Puls-Technologie (EMPT) eingesetzt. Dabei werden die zu fügenden Bleche durch ein gepulstes elektromagnetisches Feld auf hohe Geschwindigkeiten aufeinander zu beschleunigt und stoffschlüssig miteinander verbunden.

Bedingt durch die hohen Relativverschiebungen der Bleche während des Fügeprozesses sollen sich eine wellenartige Verbindungsstruktur in der Fügezone bilden. „Bei den Aluminium-Stahl-Verbindungen lassen sich auf den Schliffbildern keine signifikanten intermetallischen Phasen im Verbindungsbereich nachweisen, wie sie bei anderen stoffschlüssigen Mischverbindungen typischerweise auftreten. Dies dürfte der Grund für die hohe Festigkeit der Verbindungen sein“, erklärt Jörg Baumgartner, der für das Forschungsprojekt am Fraunhofer LBF verantwortlich ist. Somit lassen sich mittels EMPT Mischschweißverbindungen Komponenten für Leichtbau-Konstruktionen herstellen.

Versagen tritt außerhalb der Fügezone auf

In Schwingfestigkeitsversuchen zeigte sich nach eigenen Angaben, dass die eigentliche Fügezone der schwingenden Beanspruchung standhielt. Bei allen Proben initiierten die Risse bei zyklischer Beanspruchung immer an den scharfen Wurzelkerben der Überlappverbindungen. Bei den artgleichen Aluminiumverbindungen erfolgte der Rissfortschritt immer durch den Grundwerkstoff. „Dieses Verhalten konnten wir auch bei den Aluminium-Stahl-Proben unter Schäl-Beanspruchung beobachten. Unter Scher-Beanspruchung wies die Fügezone dieser Proben eine derart hohe Festigkeit auf, dass das Versagen im Aluminiumgrundwerkstoff außerhalb der Fügezone auftrat“, so Baumgartner.

Das Forschungsprojekt „Versagensverhalten von Mischschweißverbindungen unter mehrachsiger crashartiger und schwingender Beanspruchung am Beispiel von EMPT-Blechschweißungen“ wurde im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

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