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Wednesday, September 16, 2015, Saal Istanbul 11:45 AM Fahrzeugbau - Elektromobilität |
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Widerstandsbuckelschweißen von Al-Cu-Mischverbindungen zur Generierung elektrischer Kontaktierungen |
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Marc Essers* / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF), RWTH AACHEN, Deutschland Uwe Reisgen / ISF, RWTH-Aachen, D Alexander Schiebahn/ ISF, RWTH-Aachen, D |
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Widerstandsbuckelschweißen von Al-Cu-Mischverbindungen zur Generierung elektrischer Kontaktierungen Kupfer (Cu) und Aluminium (Al) sind aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und der im Vergleich zu Gold/Silber geringen Materialkosten elementare Werkstoffe für den Einsatz stromführender Anwendungen. Im Automobilbau sind diese elektrischen Leiterwerkstoffe vornehmlich im Bordnetz und in Lithium-Ionen-Batteriesystemen vorzufinden. An den Kontaktschnittstellen treten sowohl artgleiche als auch artungleiche Fügeverbindungen auf, an die immer höhere Anforderungen hinsichtlich des Festigkeitsverhaltens, der elektrischen Leitfähigkeit, der Langzeitbeständigkeit und der Wirtschaftlichkeit gestellt werden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden anstelle von kraft- und formschlüssigen Fügetechniken vermehrt stoffschlüssige Fügeverfahren eingesetzt. Das stoffschlüssige Fügen der artungleichen Materialkombination Al-Cu, insbesondere über den schmelzflüssigen Zustand, ist aufgrund der komplexen Phasenbildung mit diversen Problemstellungen verbunden, die sich nachteilig auf die mechanischen und elektrischen Verbindungseigenschaften auswirken können. Daher werden zur Erzeugung von Mischverbindungen oftmals so genannte Wärmearme Fügeprozesse eingesetzt, wie beispielsweise das Ultraschallschweißen. Während die Machbarkeit von Al-Cu-Mischverbindungen mittels Ultraschallschweißen bereits vielfach nachgewiesen worden ist, wurden auf dem Gebiet des Widerstandsschweißens bislang kaum nennenswerte Erfolge zum stoffschlüssigen Verbinden der Werkstoffkombination Al-Cu erzielt. Aus diesem Grund wurden durch das Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen University im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes eProduction (16N12035) grundlegende Machbarkeitsuntersuchungen zur Generierung elektrischer Kontaktierungen an Al-Cu-Batteriezellverbindern mittels Widerstandsbuckelschweißen durchgeführt. Durch die Wahl einer eher unkonventionellen Prozessführung, die eine starke thermische Belastung der Fügepartner in der unmittelbaren Verbindungszone weitestgehend unterbindet, konnten im Zuge der schweißtechnischen Untersuchungen reproduzierbare Al-Cu-Mischverbindungen erzeugt werden. Diese Verbindungen zeichnen sich durch überdurchschnittlich gute mechanische und elektrische Eigenschaften aus und sind als konkurrierende Alternative zu vergleichbaren Ultraschallschweißungen in Betracht zu ziehen. Im Rahmen dieses Beitrages werden aktuelle Forschungsergebnisse zum Widerstandsbuckelschweißen dargestellt, welche auf schweißtechnische Untersuchungen an den Blechwerkstoffen AW1050 (Al99,5) und CW008A (Cu99,95) im Überlappstoß beruhen. Darin wird auch eine Bewertung der erzeugten Al-Cu-Mischverbindungen hinsichtlich mechanischer, elektrischer und metallurgischer Eigenschaften vorgenommen. |