FG Füge- und Schweißtechnik
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Keywords
- strukturiert (4)
- Elektrodengeometrie (3)
- Leichtbauelement (3)
- Rollennahtschweißen (3)
- durchströmbar (3)
- neuartig (3)
- Additive manufacturing (1)
- AlSi12 (1)
- Anwendung (1)
- Bleche (1)
Institute
BTU
Rollennahtelektrode
(2017)
Eine Rollennahtelektrode zur Verwendung beim Rollennahtschweißen umfasst eine segmentförmige Elektrodenfläche (2) zur Anpressung der zu verbindenden Bauteile und zur Einleitung des Schweißstroms und der Schweißspannung. Die Elektrodenfläche (2) ist derart dreieckförmig oder mäanderförmig oder zueinander beabstandet ausgebildet, dass in der ebenen Abwicklung der Elektrodenfläche (2) ein Zickzack-Muster oder ein Wellen-Muster oder ein Steppnaht-Muster oder ein Rechteck-Muster vorliegt.
In the present work, laser beam build-up welding of AlSi12 alloy powder on AlSi1MgMn-alloy (EN AW-6082) substrate has been studied to determine the laser deposition strategy for fabrication of 3-D structure. First, the influence of laser power, scanning speed and powder feeding rate on the output parameters, such as clad geometry, dilution ratio, powder efficiency and porosity were analysed for deposition of a single track. Mathematical relationships were then established and the optimal parameters were identified by the desirability approach. Second, these optimal process parameters are furthermore adjusted to fabricate rectangular, cylindrical and complex combination volumes; different layer deposition strategies are used and evaluated. Finally, by using an adapted deposition strategy, one prototype consisted of different complexly shaped elements on one curved Al-alloy substrate without welding fusion defects was manufactured. The average tensile strength of deposited
samples with four different layer deposition directions (vertical 0°/90°; horizontal 0°/90°; horizontal 0° and horizontal 90°)
was measured, respectively, which are comparable strengths or higher than those of cast samples. The microstructure of the
laser-deposited material is investigated using optical microscopy and scanning electron microscopy as well as microcomputed
tomography. Microstructure and hardness of deposited multilayers exhibit inhomogeneous distributions, which vary with the deposit location
Die Erfindung betrifft ein strukturiertes Tailored Blank, umfassend mindestens zwei Fügepartner, wobei mindestens ein Fügepartner ein strukturierter Fügepartner ist und wobei der strukturierte Fügepartner regelmäßig angeordnete Versteifungselemente umfasst und wobei der strukturierte Fügepartner an mindestens einen weiteren Fügepartner gefügt ist.
Strukturierte Bleche besitzen eine dreidimensionale Struktur aus regelmäßig angeordneten Versteifungselementen, welche die Steifigkeit der Bleche global erhöhen. Neben der Steifigkeitserhöhung besitzen strukturierte Bleche eine vergrößerte Oberfläche, ein verändertes akustisches Verhalten sowie ein ansprechendes Design als positive Merkmale. Mit der Qualifizierung des
Rollennahtschweißens für verzugsarme, mediendichte Schweißnähte erschließen sich neue wichtige industrielle Anwendungen für strukturierte Bleche und den daraus hergestellten mehrschaligen Bauelementen (zwei strukturierte Bleche im Parallelstoß) mit Hohlräumen zwischen den Blechen. Innovative Produktentwicklungen in der Wärmetechnik, im Transportwesen und im Bauwesen
können mit strukturierten Blechen für Rekuperatoren, Lüftungsanlagen, Wärmeboxen, chemische Apparate, temperierbare Behälter sowie Fußbodenheizungen, Kühlräume, Klimakammern, Fassadenelemente oder Lärmschutzwände umgesetzt werden. Derzeit steht dazu kein geeignetes Fügeverfahren zur Verfügung, welches alle
Anforderungen erfüllt. Das Rollennahtschweißen eignet sich, strukturierte Bleche so zu fügen, dass sie den Anforderungen der zukünftigen Einsatzbereiche entsprechen unter Erhalt der positiven Eigenschaften. In diesem Projekt wurden strukturierte Einzelbleche und der aus ihnen gefertigten mehrschaligen Bauelemente mit dem Rollennahtschweißen gefügt. Zur Herstellung der mehrschaligen Bauelemente wurden Rollpunktnähte genutzt,
welche strukturerhaltend hergestellt wurden. Dazu sind neuartige Rollennahtelektroden entwickelt, gefertigt und erprobt worden. Die notwendigen Schweißparameter zum strukturerhaltenden Schweißen und zum Schweißen mit
Verformung der Struktur wurden in schweißbereichsdiagrammen dokumentiert
und die Verbindungseigenschaften durch Zugversuche und Metallografie qualifiziert. Für die genannten Anwendungsbereiche wurden Dichtnähte an den
Randbereichen der Bleche hergestellt. Durch die Überprüfung der Dichtheit, der Druck- und Korrosionsbeständigkeit wurden die mehrschaligen Bauelemente für mögliche Anwender qualifiziert.
Für die durchgeführten Recherchen und Untersuchungen wurde ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Vollzeit beschäftigt und durch eine studentische Hilfskraft, sowie einen Techniker unterstützt. Die geleistete Arbeit entspricht im
vollen Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war für die Durchführung des Vorhabens notwendig und angemessen.
Beim Rollennahtschweißen von Blechen mit eingebrachten Versteifungselementen wie Sicken oder regelmäßig
angeordneten Strukturen führen lineare Schweißpfade unter Verwendung klassischer Rollenelektroden zur teilweisen
bzw. vollständigen Einebnung dieser Versteifungselemente. Dadurch kann die positive Wirkung der Versteifungselemente
reduziert bzw. vollständig aufgehoben werden. Somit müssen neue Wege für das Rollennahtschweißen von gesickten oder strukturierten Blechen erarbeitet werden. Es wurden zwei neuartige Elektroden mit veränderten Geometrien an den Kontaktflächen entwickelt, welche die Topologie der Bleche berücksichtigen und eine Einebnung vermeiden. Eine der Elektroden besitzt eine periodisch unterbrochene Kontaktfläche, die zweite eine laterale Profilierung mit in Schweißrichtung nichtlinearer Form der Kontaktfläche. Das Verhalten beim Schweißen wurde durch Schweißversuche bestimmt. Es wurden Schweißbereichsdiagramme bzw. Prozessfenster abgeleitet. Die Verbindungseigenschaften wurden durch Metallografie-, Festigkeits-, Druck- und Dichtheitsuntersuchungen validiert. Als Vergleich und Referenz dienen Schweißuntersuchungen mit konventionellen Rollennahtelektroden. Die geschweißten Bleche haben Wabenstrukturen als regelmäßig angeordnete Versteifungselemente mit unterschiedlichen Elementtiefen. Diese Bleche finden vorrangig Anwendung im Fahrzeugbau, in der Investitionsgüterindustrie und im Bauwesen. Aufgrund dieser Branchen und für zukünftige Anwendungen im Wärmetauscher- und Behälterbau sowie zur Ermittlung grundlegender Kenntnisse wurden die Untersuchungen an Werkstoffqualitäten DC04 und 1.4301 mit Blechdicken von 0,5 mm und 0,7 mm durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen Unterschiede bei den Prozessparametern und der Ausprägung der Verbindung
in Abhängigkeit von der geschweißten Struktur, dem ausgewählten Schweißpfad und des geschweißten
Werkstoffes gegenüber den Referenzschweißungen. Eine anschließende Optimierung führte zu einer vergleichbar
guten Schweißnahtqualität sowohl bei Erhalt der Versteifungselemente mit den neuen Elektroden als auch bei
deren Einebnung mit konventionellen Elektroden in Referenz zu Schweißuntersuchungen am ebenen Blech.