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TU Berlin Rührreibschweißen von Alu und Stahl

| Redakteur: Bernd Otterbach

Das Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik der TU Berlin hat ein Forschungsprojekt zum Thema Stumpfstoß- und Überlapprührreibschweißverbindungen von Aluminium und Stahlwerkstoffen erfolgreich abgeschlossen.

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Neben gleichartigen und artfremden Aluminiumverbidnungen lassen sich durch Rührreibschweißen auch Alu und Stahl fügen. Dabei muss das Werkzeug so positioniert werden, dass es nur geringfügig in den Stahl eindringt und nur die Oberfläche im Stoßbereich deformiert und Oberflächengrenzschichten entfernt. Dann kann das plastifizierte Aluminium eine Verbindung eingehen kann.

Im Stumpfstoß wird die Werkzeugachse gegenüber dem Stoß in Richtung Aluminium versetzt. Im Überlappstoß wird die Stiftlänge geringfügig länger als die Blechdicke des Aluminiumfügepartners gewählt und das Aluminium über dem Stahl angeordnet. Die Oberfläche des Stahlfügepartners wird durch die Reibung mit dem Werkzeugstift deformiert und die Oberflächengrenzschichten werden entfernt. So entsteht eine metallisch blanke, aktivierte Grenzfläche, mit der das plastifizierte Aluminium eine Bindung eingehen kann.

Es entstehen nur sehr dünne Diffusionsbereiche. Von der Stahloberfläche abgetrennte Partikel werden in der Aluminiummatrix der Rührzone eingebettet und es kann ein Grat entstehen, der diese Rührzone hineinragt. Im Überlappstoß kann dieser Grat zu einer Reduzierung der Festigkeit führen und sollte deshalb möglichst minimiert werden. Vorraussetzung dafür ist eine Plastifizierung des Aluminiums und eine Deformierbarkeit der Stahloberfläche. Zudem müssen noch geeignete Werkzeugwerkstoffe (z.B. Hartmetall für duktile Stähle) und Anlagentechnik zur Verfügung stehen.

Bei Aluminiumverbindungen tritt lochförmige Korrosion auf. Eine interkristalline Korrosion gibt es nicht. Bei den Aluminium-Stahl-Mischverbindungen haben die Forscher hingegen eine interkristalline Korrosion am Aluminiumwerkstoff beobachtet. Deshalb sind hier besondere Maßnahmen zum Korrosionsschutz erforderlich.

Das Vorhaben „Werkstoff- und prozesstechnische Qualifizierung des FSW für die stahlintensive Hybridbauweise“ (IGF 15.686 / P 754) der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.

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