Herstellung von Schweißverbindungen mittels Bimetallstreifen

Abstract

Schweißverbindungen zwischen Aluminium und Stahl sind schwierig herzustellen. Die unterschiedlichen Materialeigenschaften wie u. a. unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit, Wärmeausdehnung und Schmelztemperaturen erschweren die Fusion der beiden Werkstoffe. Ausgangspunkt und Grundlage der gegenständlichen Forschungsarbeit stellt eine Patentschrift dar, die die Problemstellung der Verbindung zwischen Aluminium und Stahl mit Hilfe eines Bimetallstreifens lösen möchte, sodass nur noch artgleiche Verbindungen durch Schmelzschweißen herzustellen sind. Die grundlegenden Untersuchungen, auch von aus früheren Versuchsserien gefertigten Stahl-Aluminium-Bimetall-Platinen, zeigen, dass die besondere Herausforderung in der Primärverbindung zwischen Stahl und Aluminium, dem Bimetallstreifen, liegt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der komplette Herstellungsprozess von der Herstellung des Bimetallstreifens bis zum Schweißen der Sekundärverbindung abgebildet. Zum Fügen des Bimetallstreifens wurden zwei unterschiedliche Verfahren herangezogen: Kaltwalzplattieren, eine Methode, bei der nur geringe Wärme eingebracht wird, da die Formung einer Verbindung auf dem Aufbringen von Druck und der Annäherung der Atome auf interatomare Abstände beruht - Bimetallstreifen Al99.8 mit DC01 in einem Schichtdickenverhältnis von 2:1 konnten hergestellt werden. Alternativ konnten Bimetalle (DX56/5556) mit Hilfe des CMT-Verfahrens erzeugt werden. Anschließend wurden mittels Laserschweißungen die Sekundärverbindung Stahl - Bimetall - Aluminium hergestellt. Dazu wurden Parameterstudien von Laserschweißnähten durchgeführt, um eine optimale Verbindung mit minimaler Wärmeeinwirkung auf das Bimetall und dadurch einhergehender Festigkeitsminderung des gesamten Materialverbundes zu erreichen.

Welding joints between thin gauge aluminum and steel are rather difficult to produce. Fusion of these materials is impeded by different material properties such as heat conductivity, thermal expansion or melting temperature. This present research is based on a patent, describing fusion welded joints between aluminum and steel by means of a bimetallic strip, resulting in dual welding joints only between similar metal. Basic examination, also of previously produced blanks, has come to the conclusion that the crucial factor for a durable blank is the primary joint in the bimetallic strip. This work models the complete production process from the formation of the bimetallic strip to the welding of the secondary joint. Fusion of the bimetallic strip was performed in two different ways: cold roll bonding, a method with low heat input, as the formation of a durable joint is based on compression and the approaching of atoms to interatomic distance - a bimetal Al99.8/ DC01 in a 2:1 ratio was produced. Alternatively, bimetals (DX56/5556) were produced by CMT-method. Subsequently, the secondary joint steel - bimetal - aluminum was laser-welded. Parameter studies of laser-welded joints were carried out to achieve an optimized weld with minimal thermal impact on the bimetal and, therefore, minimal strength reduction of the whole material compound.