Beim Widerstandspunktschweißen (WPS) verzinkter hochfester Stahlgüten (engl. Advanced High Strength Steels – AHSS) kann es zum Auftreten von durch Flüssigmetallversprödung (engl. Liquid Metal Embrittlement – LME) verursachten Rissen kommen. Die Risse entstehen infolge der im Prozess vorherrschenden Bedingungen hinsichtlich Temperatur und Spannung. Sie werden als Qualitätsmangel betrachtet und schränken daher den Einsatz der AHSS ein.
Im Rahmen dieser Arbeit werden Prozessstrategien entwickelt, welche die Erzeugung von rissfreien Punktschweißverbindungen ermöglichen. Zunächst werden die Anwendungsgrenzen bestehender Vermeidungsansätze ermittelt und prozessseitige Einflussfaktoren auf die LME-bedingte Rissbildung identifiziert. Im anschließenden Schritt erfolgt die Analyse grundlegender Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge und die Entwicklung einer Vorgehensweise zur gezielten und reproduzierbaren Rissvermeidung. Es wird nachgewiesen, dass durch die Anwendung der optimierten Prozessstrategien ein Auftreten von Rissen zuverlässig verhindert werden kann. Ergänzend zeigt eine Validierung mithilfe zerstörender Prüftechniken, dass die Verbindungstragfähigkeit der optimierten Schweißverbindungen derjenigen von nicht verzinkten und somit LME- und rissfreien Verbindungen entspricht. Die gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend in Form einer Handlungsempfehlung zusammengefasst.
Aktualisiert: 2022-11-10
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Widerstandspunktschweißen (WPS) gehört durch die hohe Effizienz und Robustheit zu den wichtigsten Schweißverfahren in der blechverarbeitenden Industrie. Der steigende Einsatz höherfester, verzinkter Stähle stellt das WPS vor fügetechnische Herausforderungen. Auf der Schweißpunktoberfläche und in der Fügeebene dieser Verbindungen wird von Liquid Metal Embrittlement (LME)-Rissen berichtet, welche die Verbindungsfestigkeit potenziell einschränken. Bei diesem Modus der Rissbildung bilden sich während des WPS schmelzflüssige Phasen, z.B. aus dem zinkhaltigen Überzug. Unter thermomechanischer Beanspruchung dringen diese Phasen entlang der Korngrenzen in den Werkstoff ein und führen zu einer Schwächung desselben, sodass es bei vergleichsweise geringer Belastung zur Rissbildung kommen kann.
Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die LME-Sensitivität eines sensitiven Stahl-Auflage-Systems durch die Anpassung des Beschichtungssystems zu reduzieren. Hierbei stellten sich Warmzugversuche, die den komplexen WPS-Prozess abbilden, als zielführende Methode zur Trennung der prozesstechnischen von den werkstofflichen Einflüssen heraus. Die Anpassung des Beschichtungssystems erfolgte anhand von Glüh- und Beschichtungsversuchen. Die Wirksamkeit der Anpassungen wurde mithilfe der Warmzugversuche, analytischer Untersuchungen und in WPS-Experimenten bestätigt. Die Vorgehensweise ermöglicht die Identifikation und Reduzierung von LME-Risiken und ist bereits während des Produktentwicklungsprozesses nutzbar.
Aktualisiert: 2022-09-15
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Das Clinchen stellt ein effizientes Verfahren dar, artungleiche Werkstoffe miteinander zu fügen. Aktuell bestehen jedoch große Erkenntnislücken beim Fügen hochfester Werkstoffe durch plastische Deformation aufgrund des begrenzten Umformvermögens. Die Nutzung eines Lasers simultan zum Fügevorgang ermöglicht einen großen Fortschritt beim Clinchen hochfester Stahl/Aluminium-Mischverbindungen. Die Effekte der Halbwarmumformung (Verringerung der Festigkeit und Erhöhung der Duktilität) können für eine verbesserte Umformbarkeit höchstfester Werkstoffe genutzt werden. Für eine lange Lebensdauer der Fügeverbindung sollen nach dem laserunterstützten Clinchen allerdings möglichst hohe Festigkeiten im Werkstoff vorliegen. Diese gegensätzlichen Anforderungen verlangen eine genaue Werkstoffcharakterisierung mittels Thermischer und Thermo-mechanischer Analyse in Verbindung mit einer Beurteilung der Mikrostrukturen. Die Abbildung einer Laser-Wärmebehandlung in kalorimetrischen und dilatometrischen Untersuchungen liefern wertvolle Daten zum in-situ Umwandlungs- und Ausscheidungs- bzw. Auflösungsverhalten während einer Kurzzeiterwärmung der Werkstoffe. Die Auswirkung von temperierten Umformprozessen auf den Werkstoffendzustand kann mittels der Thermo-mechanischen Analyse in einem Umformdilatometer abgebildet werden. Mithilfe der angewandten Methoden können die wesentlichen Mechanismen aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht interpretiert werden, welche grundlegend für die Beeinflussung der resultierenden Mikrostrukturen und Eigenschaften in den Werkstoffen sind. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf der Untersuchung eines pressharten Mangan-Bor-Stahl, zwei Komplexphasenstählen sowie zwei aushärtbaren AlMgSi-Legierungen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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