Positionsgenaue Herstellung einer Fügeverbindung aus Stahl- und Sphärogussvierkanthohlprofilen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Herstellung einer positionsgenauen Verbindung zweier Rechteckprofile. Die Profile bestehen aus Feinkornbaustahl E460N und Sphäroguss GJS600-3. Diese Verbindung lässt sich in dieser Form mit heute etablierten Schweißverfahren nicht herstellen. Durch das höhere Widerstandsmoment gegenüber einer runden Verbindung und das positionsgenaue Fügen finish bearbeiteter Einzelbauteile zu einem Gesamtbauteil, lässt dieses sich kostengünstig und gewichtsreduziert herstellen.
Dabei wird der Ansatz gewählt, die beiden Fügeflächen vor dem Fügen zu desoxidieren. Die Bauteile werden im ersten Schritt mittels Induktion erwärmt und anschließend durch Stauchen verbunden. In der Arbeit werden die aus der induktiven Erwärmung, Desoxidation und Stauchung der Bauteile resultierenden Problemstellungen diskutiert. Entlang eines Prozessschaubildes wird aufgezeigt, welche Faktoren die Bauteillebensdauer unter schwingender Beanspruchung beeinflussen.
Im „pre process“ wird der Einfluss der Induktionserwärmung, des Desoxidationsmittels und der Bauteile dargestellt. Es ergeben sich charakteristische Temperaturverteilungen im Fügebereich, wobei unerwünschte Gradienten nur minimiert, aber nicht gänzlich eliminiert werden können.
Im „core process“ wird der Einfluss der Presse und der aus dem „pre process“ vorbereiteten Bauteile aufgezeigt. Es ergibt sich eine für das Schweißverfahren typische Ausprägung der Fügenaht. Die gemessenen Eigenspannungen resultieren im Wesentlichen aus den differierenden Ausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Werkstoffe. In der Arbeit wird abgeschätzt, welchen Einfluss die Eigenspannungen auf die Bauteillebensdauer haben. Des Weiteren wird die Festigkeit der Fügeverbindung bei statischer Last am Bauteil und an geschliffenen Proben im Zugversuch gezeigt.
Die unter dynamischer Beanspruchung lebensdauerbeeinflussenden Faktoren werden betrachtet. In Abhängigkeit des Temperaturniveaus, der Eigenspannungen und der
Kerbwirkung wird untersucht, welche Sicherheit gegen Dauerbruch zu erwarten ist. Diese Erwartungen werden mit Testergebnissen aus Lebensdaueruntersuchungen verglichen und diskutiert.
Ergänzend wird auch die Warm-/ Kaltsensitivität des Verfahrens bezüglich der Lebensdauer erörtert.