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 Werkstoffeigenschaften 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 werkstoff-spezifischen 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.

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