Widerstandspunktschweißen von Stahl mit Aluminium

Abstract

Das von der Fa. Fronius entwickelte Delta-Spot-Verfahren, ein neuartiges Widerstandspunktschweißverfahren wird vorgestellt und hinsichtlich seiner Möglichkeit, die einander artungleichen Werkstoffe Stahl (DC01 und DC04, verzinkt) und Aluminium (AlMg3 und AlMg0,4Si1,2) miteinander zu verbinden, untersucht. Weiters wird die von der Fa. Swantec entwickelte Simulationssoftware SORPAS vorgestellt - eine software speziell zur Simulation von Widerstandspunktschweißungen - und bezüglich ihrer Anwendbarkeit auf die artungleiche Verbindung von Stahl mit Aluminium untersucht. Die bei dieser Verbindung entstehenden intermetallischen Phasen werden identifiziert, ihre Bildungsmechanismen erforscht und der Einfluß verschiedener Parameter - Legierungselemente, Beschichtungsdicke, Vorbehandlung der Bleche, Schweißparameter (Stromverlauf, Nachdrückzeit, Elektrodenkraft) - auf ihre Morphologie analysiert. Dazu wurden Schweißproben hergestellt - Scherzugproben, verbunden durch einen Schweißpunkt - und metallographischen Untersuchungen sowie mechanischen Tests unterworfen. Außerdem wird der Einfluß von Defekten - Poren, Risse, Ungänzen - auf die Qualität des Schweißpunkts untersucht, wobei als Kriterium zur Beurteilung der Qualität die im Scherzugversuch erreichte Maximalkraft herangezogen wird. Ebenso wird die Wirkung der Zinkbeschichtung der Stahlbleche sowohl auf die Morphologie der intermetallischen Phasen als auch auf die Qualität des Schweißpunkts untersucht und erklärt. Mittels Delta-Spot können artgleiche und artungleiche Werkstoffe durch Widerstandspunktschweißen miteinander verbunden werden: Es wird festgestellt, daß die Maximalkraft beim Scherzugversuch der artungleichen Verbindung DC01+ZE25/25 mit AlMg3 jene der artgleichen Verbindung AlMg3 mit AlMg3 übertrifft, ebenso werden im Dauerschwingversuch bei gleichen Kraftbereichen im Vergleich höhere Lastwechsel erreicht. Die Gründe für dieses Verhalten werden dargelegt und diskutiert.

Fronius International recently developed "Delta-Spot", a new welding gun, which is introduced and studied to join the dissimilar materials steel (DC01 and DC04, galvanized) and aluminium (AlMg3 and AlMg0,4Si1,2) with each other by resistance spot welding. When joining this material combination intermetallic phases are formed.<br />The intermetallic phases are identified, the forming mechanisms are investigated and the influence of several parameters - alloying elements, coating thickness, pretreatment of the sheets, welding parameters (current profile, resqeezing time, electrode force) - on their morphology are analyzed. Moreover the simulation software SORPAS, developed by the company Swantec, is introduced - a software especially for simulating resistance spot welding - and tested with regard to its applicability for the dissimilar joint of steel with aluminium. For doing so welding specimens were produced - shear tensile specimens, joined with one weld spot - and examined in metallographic researches and mechanical tests. Additionally the influence of defects - pores, cracks, discontinuities - on the weld quality of the weld spot is investigated, where the maximum force, reached in shear tensile tests, is taken as a criterion for weld quality. Also the effect of the zinc coating of the steel sheets on the morphology of the intermetallic phases as well as on the quality of the weld spot is researched and explained. The Delta-Spot joining method is applicable for spot welding of similar and dissimilar joints: It is observed that the maximum force, reached in shear tensile tests, of the dissimilar joint DC01+ZE25/25 with AlMg3 exceeds the one of the similar joint AlMg3 with AlMg3, just as well as in the fatigue test, here also the dissimilar joint reaches a higher number of cycles in each force range. The reason for this behaviour is explained and discussed.