Grundlegende Untersuchung über ein neues Schweißverfahren namens HFDB (Hybrid Friction Diffusion Bonding)

Roos, Arne

Wissenschaftliche und technologische Fragestellungen im Bereich des Fügens von Werkstoffen in Transport- und Energieindustrie waren der Ausgangspunkt für die Entwicklung eines neuen Fügeverfahrens.Das Fügen von ungleichartigen Werkstoffen ist mit Herausforderungen behaftet.Integrale Strukturen in Flugzeugen benötigen Fügeverfahren, die in Festigkeit und Schmelzpunkt unterschiedliche Metalle wie Titan als Rissstopper sowie Aluminium als Rumpfschale verbinden können. Intermetallische Phasen der im Schmelzpunkt sowie Wärmeausdehungskoeffizienten differierenden Metalle erschweren dies.In Verbundstrukturen aus Aluminium und Kunststoffen mit Schichtdicken von wenigen zehntel Millimetern sollen die Aluminium-Schichten miteinander verbunden werden ohne den dazwischen liegenden Kunststoff zu zerstören.Das Verbinden ungleichartiger Werkstoffe stößt bei herkömmlichen Fügeverfahren dann an seine Grenzen, wenn keine Adhäsion wie bei Klebungen, sondern eine Verbindung auf atomarer Ebene verlangt wird. Soll dazu noch makroskopisches Durchmischen der Fügepartner, sowie eine zu starke Wärmeenergieeinbringung unterbleiben, scheiden die meisten heutigen Fügeverfahren aus.Die Fragestellung des Verbindens ungleichartiger Metalle führte im Rahmen der vorlieg¬enden Arbeit zur Entwicklung eines neuen reib-/diffusionsbasierten Fügeverfahren.Basierend auf vorliegenden Erfahrungswerten des Rührreibschweißverfahrens (Friction Stir Welding, FSW) wurden Reibwerkzeuge hergestellt und an dünnen Aluminium / Aluminium Überlappverbindungen untersucht. Die ersten Vorversuche waren viel versprechend, eine Verbindung wurde erzielt. Da das Ziel für dieses neue Fügeverfahren ungleichartige Werkstoffe sowie Folienstärken einschloss, wurden weitere Werkstoffkombinationen untersucht. Im Zuge der Grund¬lagenuntersuchung wurden mit dem neuen Verfahren Fügeversuche mit gleichartigen und ungleichartigen Metallen (EN AW-Al Cu4Mg1; EN AW-Al Zn5,5MgCu; EN AW-1050A; X5 CrNi 18 10; Ti6Al4V; Magnesiumknetlegierung AZ31) in Dicken von 0,1 mm bis 0,7 mm durchgeführt, sowie die Anwendung des neuen Verfahrens am Mock-Up eines Rohrbündelwärmeübertragers erprobt.Weiterhin wurde für die anvisierte Probenlänge eine Klammerung entworfen, die ein Beulen der dünnen Bleche während des Fügens verhindern sollte.Die Charakterisierung des neuen Fügeverfahren wurde mit metallographischen sowie mechanischen Charakterisierungsverfahren (REM, µCT, Nanoindenter, EDX, Schäl-/Scherzugversuche, optische Mikroskopie) durchgeführt.Die Ergebnisse der EDX Untersuchungen zeigen, dass metallische Verbindungen sowohl bei den Al / Al als auch den Al / Ti Proben vorliegen. Die vergleichenden Ergebnisse der mechanischen Charakterisierung mit dem Diffusionsschweißverfahren (Diffusion Bonding, DB) zeigen ähnliche Schälzugkräfte bei deutlich reduzierten Prozesstemperaturen und –zeiten für das neue Verfahren. Die µCT Untersuchungen weisen darauf hin, dass keine vertikale Durchmischung wie beim FSW vorliegt. Eine Gefügeuntersuchung in Verbindung mit einem analytischen Vergleich zum DB Verfahren zeigt, dass das neue Verfahren diffusionsbasiert arbeitet.

Zitieren

Zitierform:

Roos, Arne: Grundlegende Untersuchung über ein neues Schweißverfahren namens HFDB (Hybrid Friction Diffusion Bonding). 2010.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export