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TU Berlin

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Berechnungsmethoden und Auslegungskriterien für die betriebsfeste Bemessung von gelöteten Verbindungen aus Stahlwerkstoffen sowie Mischverbindungen unter Berück- sichtigung neuartiger Prozessstrategien

IGF-Nr. 16.195 N

Ziel des Forschungsvorhabens war eine Untersuchung der Anwendbarkeit unterschiedlicher Verzinkungen und Oberflächenmodifikationen von gelöteten Verbindungen aus Stahl/Stahl und Stahl/Aluminium sowie die Erarbeitung von ingenieurmäßigen Berechnungsverfahren zur betriebsfesten Bemessung. Das Vorhaben richtete sich dabei auf die Separierung der prozess- und werkstoffbedingten Einflussgrößen, bei der erstmalig in einer durchgängigen Kette die Grenzfläche Blech/Zinküberzug/Lötgut untersucht, charakterisiert und die Informationen zur Bewertung der Leistungsfähigkeit der Verbindung zur Verfügung gestellt wurden. Für das thermische Fügen der verzinkten Stahlwerkstoffe ergeben sich einige Herausforderungen. Beim Schweißen werden beispielsweise Temperaturen über der Liquidustemperatur von Stahlwerkstoffen erreicht (> 1500°C), dadurch wird die Zinkschicht in der gesamten Schweißzone zerstört. Darüber hinaus entstehen durch das ausdampfende Zink Poren in der Naht, die die Festigkeit der Verbindung maßgeblich beeinträchtigen. Die Wärmeführung und der daraus resultierende Zeit-Temperatur-Verlauf beim thermischen Fügen wirken sich aber auch auf den Gefügezustand, und damit auf die Betriebsfestigkeit und Lebensdauer der Verbindung aus. Es werden Niedrigtemperaturfügestrategien benötigt, die es ermöglichen, hochfeste Verbindungen ohne Verletzung des Zinküberzuges und des eingestellten Gefügedesigns herzustellen. Die Lösung dieses komplexen Problems erforderte die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Experten unterschiedlicher Spezialgebiete. Die prozesstechnischen Untersuchungen und eine erste Charakterisierung wurden am Fachgebiet Füge- und Beschichtungstechnik an der TU Berlin (Forschungsstelle 1) durchgeführt. Für die weitergehende statische und dynamische Prüfung und Charakterisierung des Umformverhaltens der Verbindungen wurden diese am Institut für Füge- und Schweißtechnik der TU Braunschweig (Forschungsstelle 2) untersucht. Am Institut für Maschinelle Anlagentechnik und Betriebsfestigkeit an der TU Clausthal (Forschungsstelle 3) wurden Berechnungsmethoden zur Lebensdauerabschätzung der Verbindungen entwickelt, um dem Anwender eine gezielte Auslegung zu ermöglichen. Als alternative Fügetechnologie für verzinkte Stahlwerkstoffe wurde das Kurzlichtbogenlöten untersucht. Beim Löten kann die Prozesstemperatur minimiert und die Bildung intermetallischer Phasen vermieden werden. Die untersuchten Grundwerkstoffe waren DX 56D Z140, DC 04 ZE 75/75 sowie AA 6016 (AlMg0,4 Si 1,2). Dabei handelt es sich um Materialien, die vorwiegend im Karosseriebau der Fahrzeugindustrie Anwendung finden.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben 16.195 der Forschungsvereinigung Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. (DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
(BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Für diese Förderung und Unterstützung sei herzlich gedankt. Wir danken ebenfalls den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses für die Unterstützung und die intensiven Diskussionen.

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