Untersuchungen zur Festigkeitssteigerung von Durchsetzfügeverbindungen an Aluminiumgrundwerkstoffen

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Festigkeitseigenschaften von Durchsetzfügeverbindungen an Aluminium durch partielles Kaltpressverschweißen der Verbindung zu steigern und eine Technologie für die Herstellung von Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß- Verbindungen zu erarbeiten.
Grundlage der Untersuchungen bildete die Erarbeitung der Randbedingungen der Fügbarkeit von Bauteilen mit Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen, ermittelt aus der Durchsetzfüge-und Kaltpressschweißbarkeit Für Versuche wurden die erarbeiteten Kriterien der Fügbarkeit von Bauteilen mit Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen verwendet.
Die Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen wurden auf das Fügen von praxisrelevanten Aluminiumwerkstoffen übertragen. Das Ziel der Untersuchungen bestand einerseits darin, die Fügetechnologie für das Durchsetzfüge-Kaltpressschweißen zu optimieren und anderseits darin, eine reproduzierbare hochfeste Verbindung zu erhalten. Dazu wurden Aluminiumwerkstoffe ausgewählt, die industriell häufig Anwendung finden. Als Optimierungsmethode kam die statistische Versuchsplanung zum Einsatz, da so die Versuche mit einem geringen zeitlichen und finanziellen Aufwand durchgeführt werden konnten. Die Untersuchungen bestätigen, dass sich vor allem mit gebeizten und gebürsteten Proben sehr gut reproduzierbare und hochfeste Verbindungen herstellen lassen. Durch die Optimierung der Fügetechnologie konnten für Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen Fügeparameter ermittelt werden, die optimale Verbindungswertigkeiten ermöglichen.
Unter statischer, dynamischer und schlagartiger Beanspruchung konnte die Leistungsfähigkeit von Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen gegenüber Durchsetzfügeverbindungen eindeutig nachgewiesen werden. So lagen die erreichten Höchstscherzugkräfte für EN AW-AIMg3 O um ca. 40 % und die Höchstkopfzugkräfte um ca. 60 % über denen von Durchsetzfügeverbindungen. Diese Festigkeitssteigerungen konnten auch für die anderen Aluminiumwerkstoffe nachgewiesen werden. Hier konnte die übertragbare Höchstscherzugkraft bis auf 170 % gesteigert werden. in Verbindung mit den höheren Scherzugkräften nahm auch die Steifigkeit von Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen zu. Vorteilhaft wirkte sich dies unter schlagartiger Beanspruchung aus. Im Gegensatz zu Durchsetzfügeverbindungen wurden die Verbindungen nicht zerstört und somit konnte ein sehr gutes Crashverhalten festgestellt werden. Mit Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen konnte 30 % mehr an Energie absorbiert werden. Die Untersuchungsergebnisse bestätigen, dass der Einsatz im Bereich hoher Beanspruchungen möglich ist.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass das Ziel dieses Forschungsvorhabens erreicht wurde, die Eigenschaften von Durchsetzfügeverbindungen an Aluminium gezielt durch die reproduzierbare Erzeugung von partiellen Kaltpressverschweißungen zu verbessern.
Die Herstellung von Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen erfordert keine Zusatzstoffe und keine Veränderung der Durchsetzfügetechnologie. Den entscheidenden Einfluss auf die Herstellung solcher Verbindungen besitzt der Oberflächenzustand der zu fügenden Bleche.
Als Oberflächenvorbehandlungsprozesse können ohnehin in einer Fertigung vorhandene Prozesse genutzt werden. Unter der Beachtung der Kriterien der Fügbarkeit von Bauteilen mit Durchsetzfüge-Kaltpressschweiß-Verbindungen können diese Verbindungen für die Fertigung hochfester Aluminiumbauteile eingesetzt werden.