Geringer Wärmeeintrag und eine Lösung für die spröde intermetallische Phase

Stahl und Aluminium sind eine ideale Kombination im Leichtbau. Wo Festigkeit gefragt ist, wird Stahl verwendet. Wo in der Fläche Gewicht gespart werden soll, übernimmt Aluminium die Funktion. Besonders im Automobilbau lassen sich so leichte und trotzdem sichere Karosserien fertigen.

Herausforderung intermetallische Phase

Beim Schweißen von Aluminium und Stahl gibt es allerdings einen wesentlichen Knackpunkt: Die beiden Werkstoffe bilden leicht eine spröde intermetallische Phase. Rissbildung und Bauteilversagen drohen dann gerade dort, wo zum Beispiel im Automobil aus Sicherheitsgründen Stahl statt Aluminium eingesetzt wird.

Der Schlüssel liegt im Wärmeeintrag

Die Größe der spröden intermetallischen Phase hängt direkt von der eingebrachten Wärme ab: Je stärker der Wärmeeintrag, desto größer auch die intermetallische Phase. Und wegen der sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Metalle bringt ein hoher Wärmeeintrag noch weitere Probleme mit sich. Bauteilverzug ist da nur ein Beispiel.

Neue Ansätze gefragt

An diesem Punkt stoßen viele ansonsten bewährte Fügeprozesse an ihre Grenzen, so dass bei der Verbindung von Stahl und Aluminium bisher primär mechanische Fügeverfahren mit den entsprechenden Nachteilen zum Einsatz kommen. Darum haben wir mit unserem Forschungspartner ISF nach neuen Ansätzen gesucht. Die gemeinsame Erfahrung und eine Vielzahl an Versuchen führten uns zu einem energiearmen geregelten Kurzlichtbogenprozess.

Die intermetallische Phase einschließen

Doch der Prozess selbst ist nur ein Teil der Lösung. Mindestens genauso wichtig ist der verwendete Zusatzwerkstoff. Hier setzen wir auf einen niedrigschmelzenden Draht auf Zinkbasis. Er ermöglicht nicht nur den niedrigen Wärmeeintrag. Er sorgt auch dafür, dass die spröde intermetallische Phase vom Stahlblech abgelöst und in einer duktilen Zinkmatrix eingelagert wird.

Robuster Prozess und hohe Festigkeit

Der von uns gemeinsam mit dem ISF entwickelte Prozess erreicht Verbindungsfestigkeiten auf dem Niveau des Aluminium Grundwerkstoffs. Zudem ist der Prozess bei Verwendung eines Zink-Zusatzwerkstoffs robuster als beim Einsatz von Zusatzwerkstoffen auf Aluminiumbasis. Er ist weniger anfällig gegen Schwankungen und bietet ein deutlich größeres nutzbares Prozessfenster.

Ohne große Investitionen in den Automobilbau

Mit all seinen Stärken lässt sich der Prozess zudem ohne große Investitionen in die Produktion integrieren – insbesondere im Fahrzeugbau. Der verwendete Zusatzwerkstoff auf Zinkbasis lässt sich darüber hinaus auch für Stahl-Stahl-Verbindungen nutzen, ebenfalls unter Erreichen der Grundwerkstofffestigkeit. So lassen sich auf einer Anlage verschiedene Werkstoffe und Werkstoffkombinationen fügen – und das auch bei nur einseitiger Zugänglichkeit.

Bereit für den Einsatz in Ihrer Produktion

Die aufwändigen und umfangreichen Versuchsreihen im fügetechnischen Labor haben bewiesen: Stahl und Aluminium lassen sich mit dem geregelten Kurzlichtbogenprozess und einem zinkbasierten Zusatzwerkstoff zuverlässig und mit hoher Festigkeit fügen. Sichern Sie daher jetzt Ihren Wettbewerbsvorteil und greifen Sie auf das Know-how der Technologieführer zurück.

Gemeinsam mit Ihnen prüfen wir gerne, wo Sie in Ihrer Produktion mit dem neuen Prozess noch leichtere Konstruktionen sicher fügen können. Danach wählen wir mit Ihnen die passende Anlage aus und ermitteln die optimalen Prozessparameter für Ihre Fügeaufgabe zwischen Stahl und Aluminium.