TY - RPRT A1 - Winkelmann, Ralf A1 - Kilian, Andrè A1 - Bürkner, Gunnar A1 - Alaluss, Khaled T1 - Entwicklung einer Technologie zum thermischen Fügen beschichteter Stahl/Kunststoff/Stahl-Verbundwerkstoffe - Spray-Brazing - T1 - Development of a technology for thermal assembling of coated steel/plastic/steel compounds - Spray Brazing N2 - Das Automobil der Zukunft muss die wachsenden gesellschaftlichen Erwartungen im Hinblick auf Energieeffizienz, Kraftstoffverbrauch, Klimaschutz, Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit erfüllen. Dem Leichtbau kommt dabei eine besondere Rolle zu. Neuere Entwicklungen gestatten es, dem Endanwender – der Mobilität produzierenden Industrie – bereits mit vorgefertigten Leichtbauverbundwerkstoffen, den Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen, zu arbeiten. Diese neuen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe intelligent zu nutzen, erfordert geeignete Fügetechnologien. Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung einer neuen Fügetechnologie zur Herstellung von Karosseriekomponenten mit Stahl/Kunststoff/Stahl-Verbundwerkstoffen und verschiedenen Werkstoffen durch den Einsatz von thermischer Energie in Form nicht übertragener Lichtbögen und der Laserstrahlung. Angestrebt wird die Herstellung von metallischen, dichten linienförmigen Verbindungen zwischen Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen und verzinkten Stählen bei Fügegeschwindigkeiten bis 4m/min mit folgenden Eigenschaften: Zugfestigkeiten > 100 MPa, keine Delamination des Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundes sowie eine gleichmäßige konkave Nahtgeometrie. Eine Delamination des Polymers infolge der Verbindungsherstellung ist zu vermeiden. Es sollen mit der Nutzung von Lichtbogenlöt- und Laserprozessen die Vorteile dieser Technologie, wie die problemlose Integration in die Roboterfertigung (hoher Automatisierungsgrad), nur einseitige Zugänglichkeit (gegenüber Clinchen oder Stanznieten), spalt- und positionstolerant (Erstarrungsbedingungen) sowie keine aufwendigen Vorbehandlung und längeres Fixieren (gegenüber Kleben) erhalten bleiben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde für die Herstellung metallischer dichter artgleicher Verbindungen zu Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffen mit extrem dünnen Einzelblechlagen das Flüssigkeitsstrahllöten entwickelt. Erforderlich sind eine Verflüssigung des Lotzusatzwerkstoffes, die Aktivierung der Fügestelle sowie die präzise Einhaltung eines Temperaturregimes, um delaminationsfreie Fügungen herzustellen. Die Nutzung der Induktion ist eine Möglichkeit, den Zusatzwerkstoff zu verflüssigen. Um die angestrebten hohen Lötgeschwindigkeiten von ca. 4 m/min zu erzielen, bedarf es einer sicheren Aktivierung der Fügestelle. Die Laserstrahlung ist hierfür geeignet. Neben der Zielstellung, bei hohen Fügegeschwindigkeiten delaminationsfreie Verbindungen herzustellen, waren als Randbedingung Verbindungsfestigkeiten definiert, die deutlich über denen von Klebungen liegen. Dies konnte sicher erreicht werden. Weiterhin wurde eine konkave Nahtgeometrie erzielt. Das entwickelte Flüssigkeitsstrahllöten ist geeignet, um Verbindungen zu extrem dünnen Bauteilen herzustellen. Delaminationen des Stahl-Kunststoff-Verbundes sind vermeidbar. Die Festigkeit der Verbindung liegt bei ca. 100 MPa. Weiterhin wurden zur Charakterisierung der hergestellten Verbindungen korrosive und metallografische Prüfungen herangezogen. Alle Untersuchungsergebnisse wurden in dieser Arbeit zusammengefasst. N2 - The car of the future has to fulfil the growing social expectations with respect to energy efficiency, fuel consumption, climate protection, safety, comfort and sustainability. A special role thereby belongs to lightweight design. New developments give the final users - the mobility producing industry - the possibility to use steel/plastic/steel-compounds. Intelligent use of these new steel/plastic/steel-compounds demands adequate technologies of joining. Target of the project is the development of a new joining technology to produce body components out of steel/plastic/steel-compounds and different materials using thermal energy in form of non-transferred arcs and laser radiation. Tight linear metallic joints are aimed between steel/plastic/steel-compounds and zinc coated steel parts. The joints shall fit the following requirements: up to 4 m/min speed of assembling, tensile strength > 100 MPa, no delamination of the steel/plastic/steel-compound and an even concave geometry of the joint. Also the delamination of the polymer should be avoided meanwhile the brazing. The potentials of arc-brazing and laser processes like smoothly integration into robot based production lines (high degree of automation) shall be preserved like the possibility to handle from one side only (compared to clinching ore punch riveting), allowance of gaps and small positioning variations (terms of setting), no complex pre-treatment and no long term fixing (compared to glueing). In the context of the project has been developed the spray-brazing to realize tight linear metallic joints between parts made of steel/plastic/steel-compounds with extremely thin single steel sheet layers. Essential are the liquefaction of the filler metal, the activation of the join patch and the precise observance of the temperatures regime to realize joints free of delamination. Induction might be used to liquefy the metal filler. To reach the aimed brazing speed of 4 m/min it is necessary to activate the join patch in a save manner. Laser surface treatment is suitable for this purpose. In addition to the aimed delamination-free joints at high speed-assembling the defined joint strength has been reached reliable. A concave geometry of the joint has been realized. The developed spray-brazing is suitable to realize joints to extremely thin components. The delamination of the steel/plastic-compound is avoidable. The joints strength is about 100 MPa. Additional corrosive and metallographic tests have been done to characterize the realized joints. All results are summarized in this work. KW - Stahl-Kunststoff-Stahl-Verbundwerkstoffe KW - Löten KW - Flüssigkeitsstrahllöten Y1 - 2016 SN - 978-3-946885-06-1 N1 - Bericht des Forschungsvorhaben P 1073 / S 024/10214/14 PB - Verlag und Vertriebsgesellschaft mbH CY - Düsseldorf ER -