TU Berlin

BeschichtungstechnikRessourceneffizientes und werkstoffgerechtes Fügen von hochbeanspruchten Stählen

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Ressourceneffizientes und werkstoffgerechtes Fügen von hochbeanspruchten Stählen

IGF-Nr. 17.430 BG

Im vorliegenden Projekt wurden die drei Lötverfahren WIG-Heißdrahtlöten, kathodenfokussiertes WIG-Löten und Zweistrahllaserlöten für das ressourceneffiziente und werkstoffgerechte Fügen von hochbeanspruchten Stählen untersucht. Diese drei Lötverfahren stellen Alternativen zu bisher eingesetzten Schweißverfahren dar, die zu Abbrand und Verlust der Schutzschicht sowie Gefügeänderungen in der Wärmeeinflusszone (WEZ) führen.

In enger Abstimmung mit den Vertretern des projektbegleitenden Ausschusses wurden praxisrelevante gleichartige Verbindungen aus DC04-ZE75-Blechen, 22MnB5-AlSi150-Blechen sowie Mischverbindungen aus beiden untersucht und umfassende Vergleiche der Lötverbindungen hinsichtlich der statischen und dynamischen Festigkeit sowie der Korrosionsfestigkeit durchgeführt. Verwendet wurden die niedrig schmelzenden, kupferbasierten Lote CuSi3Mn1, CuSn6 und CuMn13Al8. Als Referenz diente ein Praxisbeispiel eines MSG-Prozesses aus industrieller Anwendung.

Entgegen den ursprünglichen Hypothesen waren die Verbesserungen der grundwerkstoffseitigen Verbindungseigenschaften (z. B. Härtereduzierung in der WEZ) vergleichsweise gering,  allerdings zeigen alle untersuchten Lötprozesse sehr deutliche prozessseitige Vorteile gegenüber Schweißprozessen. So kann die Vorschubgeschwindigkeit bis um den Faktor 20 (!) erhöht werden (Löten 7 m/min gegenüber Schweißen mit 0,3 m/min bei hochfestem Stahl). Auch war die Korrosionsanfälligkeit aller gelöteten Proben geringer als bei den geschweißten Referenzproben. Weitere Vorteile ergeben sich aufgrund der Prozesscharakteristik der Lötprozesse und ihrer hohen Prozessstabilität sowie der geringen Spritzerneigung.

Für die gleichartigen DC04-Verbindungen konnten mit allen drei Lötverfahren die Grundwerkstofffestigkeiten erzielt werden. Die höheren Zusatzwerkstofffestigkeiten der höher- und hochfesten Kupferbasislote von bis zu 900 MPa konnten aufgrund der Kerbwirkung und infolge der schwachen Kapillarwirkung bei Spalten nicht vollständig genutzt werden. Auch Versuche mit technischem Nullspalt verbesserten dies nicht. Für 22MnB5 wurden dennoch Verbindungsfestigkeiten von bis zu 520 MPa erreicht.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass hochbeanspruchte Stähle mit allen drei untersuchten Lötprozessen anwendungsgerecht und hochproduktiv weitgehend ohne Lotrissigkeit gefügt werden können. Da alle Prozesse mit verfügbaren Technologien umsetzbar sind und alle Ergebnisse durch Veröffentlichungen diskriminierungsfrei zur Verfügung stehen, ist mit einer kurzfristigen und direkten Umsetzung in der Industrie und insbesondere bei KMU zu rechnen.

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