Möglichkeiten zur Vermeidung von "Liquid Metal Embrittlement" beim Widerstandspunktschweißen von verzinkten hochfesten Stählen

Abstract

Stahl erlangte, dank der großen Bandbreite an Eigenschaften, breite Verwendung im Automobilbau. Im Wechselspiel zwischen Festigkeit und Gewichtseinsparungen tragen neue, hochfeste Stahlentwicklungen zur Verminderung von Kohlendioxidemissionen bei. Neben der hohen Festigkeit ist eine einwandfreie Verarbeitbarkeit sicher zu stellen, wobei das Widerstandspunktschweißen das meist angewandte Fügeverfahren ist. Die vorliegende Arbeit behandelt die Widerstandspunktschweißeignung von hoch¬festen Dualphasenstählen, im Speziellen von advanced high strength steel high ductility (ahss hd) Stahlgüten der voestalpine Stahl. Bei verzinkten Dualphasen-stählen kommt es dabei zum Eindringen von Zink in das Werkstoffgefüge während des Schweißvorganges. Diese flüssigmetallinduzierten Risse entlang der Korngrenzen, engl. liquid metal embrittlement (LME), kann bei entsprechender Lage und Größe die Verbindungsfestigkeit verringern. An einer Mischverbindung eines neuartigen Dualphasenstahls mit 1200 N/mm2 Zugfestigkeit mit einem Weichstahl wurden systematisch Einflussparameter und Abhilfemaßnahmen für LME (in ab-steigender Wichtigkeit) erarbeitet: Gute Fluchtung der Elektrodenkappen: Vermeidung von mechanischen Spannungen an der Oberfläche verringert LME, Größere Balligkeit der Elektrodenkappe: Geringere Stromdichten sowie geringere mechanische Spannungen vermindern LME, Vorimpuls: Verringert den elektrischen Widerstand und das Auftreten von LME, Längere Schweißzeit: Der höhere Energieeintrag begünstigt LME, wobei keine nennenswerte Schweißlinsenvergrößerung mehr auftritt. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde zudem ein optimiertes Schweißprogramm empirisch entwickelt, wobei ein kleiner Vorimpuls den Kontaktwiderstand reduziert und der Hauptimpuls mit Rampe geschweißt wird. In Folge dessen konnte die Tiefe der Risse verringert, jedoch nicht gänzlich vermieden werden.

Due to its versatile properties, steel has a wide range of applications in the auto-motive industry. In synergy between strength and weight reduction, new high-tensile material developments further promote the decrease of carbon dioxide emissions. Additionally to maximum strength, flawless manufacturing must be guaranteed. In terms of joining technologies, resistance spot welding is the most common procedure. This thesis covers the suitability of high-strength dual-phase steels for resistance spot welding, with particular focus on advanced high strength steel high ductility (ahss hd) steels of voestalpine Stahl. During the welding process, ingression of zinc occurs into the microstructure of galvanized dual-phase steels. These intrusions can reduce the bond strength and lead to liquid metal induced crack formation at the grain boundaries, also known as liquid metal embrittlement (LME). Using a combination of a new dual-phase steel with a tensile strength of 1200 N/mm2 with a mild steel, influencing factors and appropriate remedies for LME were (in decreasing significance) acquired: Proper alignment of electrode caps: avoidance of stress concentration at the surface reduces LME; Increased convexity of electrode caps: reduction of current density and lower strain reduce LME; Prepulse: reduces electrical resistance and, therefore, LME;Longer welding time: a higher heat input promotes LME, whereas no significant increase in nugget size occurs; Based on these findings an optimized welding program was developed, reducing the contact resistance with a prepulse and welding the main impulse with an upslope. Consequently, the depth of the intermitting cracks, can be reduced but not entirely avoided.