Energieeffizientes Punktschweißen von Aluminium/Stahl-Strukturen durch Leistungsultraschall

Abstract: Das Gewicht von Fahrzeugkarosserien kann durch den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen reduziert werden, in der Massenproduktion ist die Kombination von Aluminium und Stahl besonders interessant. Unabhängig von ihren unterschiedlichen Schmelztemperaturen können Aluminium und Stahl durch das Metall-Ultraschallschweißen im festen Werkstoffzustand energieeffizient, schnell und ohne Zusatzwerkstoffe verbunden werden. Zur Herstellung eines großflächigen Werkstoffkontaktes auf mikroskopischer Skala wird eine Anpresskraft mit hochfrequenten Schwingungen überlagert, die sich in den Bauteilen ausbreiten und bereits vorhandene Schweißpunkte beeinflussen können. In dieser Arbeit wurde daher ein Prozess entwickelt, um die Aluminiumknetlegierung AA6005A-T4 mit dem feuerverzinkt-geglühten Dualphasenstahl HCT980X+ZF100 sowie dem feuerverzinkten, niedriglegierten Stahl HX380LAD+Z100 durch aufeinanderfolgend erzeugte Schweißpunkte zu verbinden. Die zentralen Prozessparameter wurden mithilfe einer statistischen Versuchsplanung ermittelt und auf hohe und gleichzeitig zuverlässige Zugscherkräfte optimiert. Zur Analyse der Fügeprozesse wurden Temperaturmessungen in der Schweißzone, die Zeitverläufe der Leistung des Ultraschallgenerators sowie die Schweißzeiten selbst herangezogen. Ferner wurden licht- und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen inklusive energiedispersiver Röntgenspektroskopie an Quer- und Längsschliffen sowie an Bruchflächen der Schweißverbindungen nach der Zugscherprüfung durchgeführt. Die Prozess- und Verbundeigenschaften wurden sowohl durch die spezifische Position und Reihenfolge der Schweißpunkte als auch durch die Zinkschichten der Stahlbleche beeinflusst. Den Abschluss der Arbeit bildet die Erarbeitung eines Bindungsmodells für das vorliegende Multi-Material-System. Die Erkenntnisse können zur Entwicklung zukünftiger Anwendungen des Metall-Ultraschallschweißens in Aluminium/Stahl-Strukturen mit mehreren Verbindungsstellen beitragen

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• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Deutsch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2022

Classification and Topics

• Keyword: Karosseriebau ; Punktschweißen ; Aluminiumlegierung ; Stahl ; Aluminium ; Stahlblech ; Ultraschallschweißen ; Sonotrode ; Aluminiumlegierung ; Stahl ; Versuchsplanung ; Mikroskopie ; Energiedispersive Röntgenspektroskopie ; Rasterelektronenmikroskopie ; Prozessentwicklung ; Verbindungstechnik ; Metall ; Energieeffizienz ; Punktschweißen

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2022
• Creator: Becker, Michael
• Contributor: Balle, Frank ; von Hehl, Axel ; Walter und Ingeborg Herrmann Professur für Leistungsultraschall und Technische Funktionswerkstoffe / EFM ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Institut für Nachhaltige Technische Systeme ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Angewandte Wissenschaften

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/231474
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2314747
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.