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Tuesday, September 17, 2019, Saal 6 2:00 PM Rührreibschweißen |
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Schweißen von Strukturkomponenten aus Aluminium: Lichtbogen-, Laserstrahl- oder Rührreibschweißen? |
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Markus Weigl* / Grenzebach Maschinenbau GmbH, Deutschland |
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Vor dem Hintergrund des als Aluminium-Rush verstandenen Anstiegs bei der Verwendung und Integration von Aluminiumlegierungen stellt sich für die Fügetechnik die Frage nach den am besten geeigneten Verbindungstechnologien. Im Bereich von Strukturkomponenten für den Fahrzeugbau, aber auch für den allgemeinen Leichtbau ist diese Frage besonders essentiell, da seitens der Schweißtechnik unter anderem folgende Herausforderungen zugleich gemeistert werden müssen: o Möglichst geringer Wärmeeintrag o Ausreichende Robustheit gegenüber Störungen, wie Spalten und Dickenschwankungen o Vermeidung übermäßiger Krafteinwirkungen durch Spanntechnik bzw. Prozess o Minimaler Bauteilverzug o Idealerweise Nacharbeitsfreiheit o Gute Automatisierbarkeit und Überwachungsmöglichkeit Für den industriellen Nutzer bieten sich in diesem Zusammenhang vor allem das Lichtbogenschweißen mit modernen Verfahrensvarianten, das Laserstrahlschweißen ohne und mit Zusatzwerkstoff, sowie das Rührreibschweißen an. Das Lichtbogenschweißen zeichnet sich durch eine hohe Verträglichkeit gegenüber Spalten und Stoßveränderungen aus, muss in Bezug auf Wärmeeintrag und Bauteilverzug jedoch negativ bewertet werden. Hingegen lassen sich beim Laserstrahlschweißen sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten und minimale Nahtbreiten realisieren, die wiederum einer hohen Spaltempfindlichkeit und Porengefahr gegenüberstehen. Beim Rührreibschweißen treffen die vorteilhaften Effekte eines geringen Wärmeeintrags und damit einer Begrenzung der Grundwerkstoffmanipulation, vgl. Abbildung 1, auf den Nachteil einer vergleichsweise hohen Krafteinwirkung. Im Sinne eines Verfahrensvergleichs beschäftigt sich der vorliegende Beitrag mit der unmittelbaren Konfrontation des Lichtbogen-, Laserstrahl- und Rührreibschweißens anhand von normgerechten Prüfkörpern aus 5xxx und 6xxx Aluminiumlegierungen. Schwerpunktmäßig werden die mit den einzelnen Technologien tatsächlich erreichbaren Schweißnahtqualitäten dem damit verbundenen Wärmeeintrag und vor allem dem resultierenden Bauteilverzug gegenübergestellt. Während die Nahtgüten auf Basis metallografischer Untersuchungen und mechanischer Kennwerte analysiert erfolgt, so wird die Bauteildeformation durch dreidimensionale Laservermessung und Streifenlichtprojektion veranschaulicht und ausgewertet. Insgesamt zielt der Beitrag somit auf einen bestmöglichen Vergleich der genannten Schweißverfahren und die Ableitung von Handlungsempfehlungen für die industrielle Fertigung von Aluminium-Strukturkomponenten ab. |