stahl + eisen 06/2021 (Leseprobe)

Setup für das Schweißen unter Zug
Während des Schweißens wird mit einem Hydraulikzylinder eine Kraft auf die Probe aufgebracht.
Abbildung 2: Im Schweißen-unter-Zug-Setup wird die Belastung auf eine Schweißstelle im Karosseriebau nachgestellt. So können
Kräfte, die in der Produktion beispielsweise aus Einspannung, Umformprozess oder Spalten entstehen, im Labor nachgestellt
werden.
kann mit einer Wareneingangsprüfung
sichergestellt werden, dass ein neues
Material nicht anfälliger als ein bestimmter
Toleranzwert ist.
Die Hintergründe der
Riss bildung verstehen
Um die LME-Rissbildung nachhaltig zu
verringern, benötigt es jedoch ein tiefergehendes
Verständnis der Einflussfaktoren.
Bei der Erforschung von LME
ist die Geschwindigkeit und Robustheit
des Widerstandspunktschweißens ein
großes Problem. Während andere automobile
Fügeprozesse wie das Laserschweißen
eine enge Kontrolle der
Randbedingungen benötigen, ist das
WPS in einem sehr großen Prozessfenster
stabil anwendbar. Trotzdem bleibt
es ein hochgradig dynamischer Prozess,
bei dem Kontaktverhältnisse zwischen
den Elektroden und dem Blech, die Stellung
der Schweißzange, etwaige Verformungen
in den Fügepartnern und
Verunreinigungen zu unterschiedlichen
Prozessverläufen und großen Streuungen
führen. Somit ist es rein experimentell
selbst im Labor schwierig, einzelne
Einflussgrößen für LME zu isolieren:
Erhöht man zum Beispiel den Schweißstrom,
um die temperaturabhängige
Zinkdiffusion auf der Oberfläche zu erhöhen,
erzeugt man zugleich eine größere
Schweißlinse mit anderem Tragverhalten
und unterschiedliche Elektrodeneindrücke.
Schritt für Schritt wurden in den letzten
Jahren einzelne Einflussfaktoren im Widerstandspunktschweißen
isoliert und
ihre Wechselwirkung charakterisiert.
So führt eine hohe Temperatur bzw. ein
großer Temperaturintervall mit flüssigem
Zink an der Oberfläche zu erhöhter
Diffusion und vergrößert LME Anfälligkeit.
Weiterhin ist die Belastung des
Punkts von außen maßgeblich: Zugspannungen
beanspruchen die Korngrenzen,
erhöhen Zinkdiffusion und
reißen versprödete Areale auf. Die anfangs
genannten Methoden zur Eingangsprüfung
machen sich die beiden
Phänomene zu nutzen, indem exzessive
Temperaturen oder Lasten aufgebracht
werden.
Mit Simulation in den
Schweißpunkt gucken
Um mit den experimentellen Schwankungen
beim WPS umgehen zu können
und nicht-messbare Größen sichtbar zu
machen, findet die numerische Simulation
Anwendung in der LME-Forschung.
Über die Berechnung des Widerstandspunktschweißens
lassen sich Temperaturen,
mechanische Spannungen und
Dehnungen sowie Gefügeausbildungen
beliebig betrachten und auswerten. Einzig
die Rissbildung an sich kann nicht
berechnet werden, da noch keine verlässlichen
Modelle für die Bildung von
LME vorliegen. Hier zeigt sich der Nutzen
experimenteller Untersuchungen:
Wird eine besondere Rissbildung bei
einer Schweißung beobachtet, kann der
dazugehörige Prozessablauf simulativ
betrachtet werden, um so die Hintergründe
aufzuklären. Abbildung 3 zeigt
die Auswertung von Temperatur, Spannung
und Dehnung kurz vor Ende eines
Punktschweißprozesses an einem AHSS.
Günstige Bedingungen
schaffen, Risse vermeiden
Mit wachsender Kenntnis der Faktoren,
die LME verursachen, können im Umkehrschluss
auch Vermeidungsmethoden
gefunden werden. Als offensichtliche
Möglichkeit ist die weitestgehende
Reduktion der eingebrachten
Energie – also eine Reduktion der
Schweißzeit oder der Stromstärke – zu
nennen. In der Praxis ist diese Möglichkeit
häufig direkt gegenläufig mit Anforderungen
an die Tragfähigkeit der
Verbindung und kann nur sehr begrenzt
verwendet werden. Deutlich
vielversprechender ist es, die Oberflächentemperatur
durch bessere Kühlung
zu verringern: Besonders bei di-
stahlundeisen.de Juni 2021 45