Experimentelle Untersuchungen zum Fügen von Aluminium und Kupfer

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Schweißverbindungen von Aluminium, Kupfer und deren Mischverbindung mittels eines Faserlasers und eines Scheibenlasers. Insgesamt wurden 235 Proben in Überlappanordnung anhand eines Lasers miteinander verschweißt, wobei 96 Proben auf die Vorversuche, 66 Proben auf eine Aluminium- Aluminium Verbindung, 52 Proben auf eine Aluminium-Kupfer Verbindung und 21 Proben auf eine Kupfer-Kupfer Verbindung fallen. Die Vorversuche dienten zur experimentellen Findung einer qualitativ hochwertigen Schweißnaht, dabei wurde eine Vielzahl an Kombinationen der wesentlichen Parameter ausprobiert und miteinander verglichen. Die Vorversuche beliefen sich nur auf die Aluminium-Aluminium, sowie auf die Aluminium-Kupfer Verbindungen. Die darauffolgenden Proben wurden für diverse Untersuchungen herangezogen. Dabei wurden die Aluminium-Aluminium und die Aluminium-Kupfer Schweißverbindungen mit jeweils einer bestimmten Parameterkombination miteinander verschweißt. Bei den Kupfer-KupferProben wurden 4 verschiedene Parameterkombinationen angewendet, wobei sich dabei zwei nur in der Ausrichtung der miteinander verschweißten Bleche unterscheiden. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der theoretischen Aufarbeitung der genannten Schweißverbindungen mittels Hochleistungslasers. Dabei werden Grundlagen zu dieser Thematik als auch experimentelle Ergebnsisse anderer Arbeiten vorgestellt. Der Fokus liegt dabei einen Einstieg und eine theoretische Grundlage für die in dieser Arbeit durchgeführten Versuche zu schaffen. Der zweite Teil behandelt die verwendeten Materialien und die verwendeten Geräte, welche zur Durchführung der Schweißungen und Versuche herangezogen wurden. Das darauffolgende Kapitel beinhaltet den wesentlichen Teil dieser Arbeit, dabei werden die empirischen Versuche und Untersuchungen bearbeitet. Es werden zuerst die Erkenntnisse der durchgeführten Vorversuche diskutiert, welche die Parameter für eine qualitativ hochwertige Schweißnaht als Ziel hatten. Darauffolgend werden die Ergebnisse der Messungen des elektrischen Widerstandes, die computertomographischen Untersuchungen der Schweißnähte, die lichtmikroskopischen Untersuchungen der Querschliffe von den Schweißnähten, die Ergebnisse der Zugversuche, sowie die Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie veranschaulicht. Nach dem empirischen Teil folgt eine Diskussion der gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse. Dabei wird ein starker Fokus auf den Vergleich der einzelnen Schweißverbindungen mittels Hochleistungslasers gelegt. Abschließend wird die Arbeit noch auf die wesentlichen Aussagen zusammengefasst und es wird ein Ausblick auf zukünftige, mögliche Tätigkeiten gegeben.

This paper deals with welded joints of aluminium, copper and their combined welded joints using a fiber laser and a disk laser. In total there have been 235 specimens welded together through a laser in a lap configuration, with 96 specimens for the preliminary tests, 66 specimens for the aluminium-aluminium joints, 52 specimens for the aluminium-copper joints and 21 specimens for the copper-copper joints. The preliminary tests were used to find a high quality joint for each material pairing, with a large number of different parameters which have the biggest impact on the quality of the welded joint. These parameter configurations were put in comparison to each other. The preliminary tests only covered the aluminium-aluminium and the aluminium-copper joints.The successive samples were used for various investigations. The aluminium-aluminium and the aluminium-copper material pairings were each welded to one another using a specific combination of parameters for the appropriate material pairing. Four different parameter combinations were used for the copper-copper material pairing, two of the parameter combinations differ only in the alignment of the sheets welded together. The first part of this work deals with the theoretical refurbishment of the mentioned welded joints produced by a laser. This part of this work contains basics on this topic as well as experimental results of other works. The focus is on creating an introduction and a theoretical basis for the experiments carried out in the following chapters. The second part contains the materials used and the equipment used in this work to carry out the welding joints and tests.The following chapter contains the main part of this work, the empirical tests and investigations are mentioned. First, the findings of the preliminary tests carried out are discussed and compared, which aimed to find a high quality welding joint for each material pairing. The results of the electrical resistance measurements, the computer tomographic examinations of the welding joints, the light microscopic examinations of the cross-sections of the welding joints, the results of the tensile tests and the examinations using a scanning electron microscopy (SEM) are illustrated below the preliminary tests.The empirical part of this work is followed by a discussion of the results and findings which have been created through this work. A strong focus is put on the comparison of the individual welded joints of the different material pairings using a laser. After that this work is then summarized in terms of the essential statements and an outlook on possible future activities is given.