Prozesstechnische Herausforderungen beim Fügen hybrider Schweißverbindungen am Beispiel von Aluminium und Stahl

Dipl.-Ing. (FH) Markus Wege (SFI)*, Dipl.-Ing. Klaus-Peter Schmidt, Dipl.-Ing. (DH) Jan Pitzer (SFI)

Konstrukteure von heute kommen mit den unterschiedlichsten Werkstoffen in Verbindung. So wird in Konstruktio-nen zum einen Stahl eingesetzt, wo es die Festigkeit erfordert und an einer anderen Stelle Aluminium verwendet, um der Forderung nach Leichtbau gerecht zu werden. Diese Anforderungen verlangen neue Verbindungsmöglich-keiten in der Schweißtechnik. Neben den klassischen Mindestanforderungen nach spritzerfreien und flussmittelfrei-en Schweißnähten entsteht bei dieser Werkstoffkombination die Forderung nach einer geringen Ausprägung des intermetallischen Phasensaums, um alle mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte erfüllen zu können. Dies zu beherrschen und zu reduzieren ist ein ständiges Ziel, das von der Verfahrenstechnik gelöst werden muss. Mit Hilfe von modernen Schweißprozessen wie z.B. dem Cold Weld Prozess ist man in der Lage, den hohen Anfor-derungen gerecht zu werden und schafft somit die Basis für einen weiteren wichtigen Schritt in der Schweißtechnik. Durch die laufende Weiterentwicklung der Schweißstromquelle und die damit verbundene Erweiterung des Schweißprozessfensters sind die Konkurrenten Aluminium und Stahl noch näher zusammengerückt und werden zukünftig Anwendungen finden, wo sie gemeinsam ein Bauteil bilden und wo jedes der beiden Metalle seine besten Eigenschaften entfalten kann – zum Wohle des Anwenders.

Gleichstrom – Impulsprozess

Das MSG - Schweißen wurde zunächst grundsätzlich mit Gleichstrom (DC) bzw. mit gepulstem Gleichstrom betrieben, d.h. mit dem Pluspol an der Drahtelektrode

Für eine angestrebte Gewichtsreduzierung bietet der Einsatz von hybriden Strukturen ein enormes techni-sches und wirtschaftliches Potenzial. Besonders für moderne Leichtbaukonstruktionen sind Aluminium und Stahl als Werkstoffkombination interessant. Neue Varianten von Lichtbogen- und Lötprozessen, wie zum Beispiel der Cold Weld Prozess (AC-MSG-Prozess), zeichnen sich durch einen vergleichsweise geringen und steuerbaren Wärmeeintrag aus. Der auf der Wechselstromtechnik basierende Prozess erleich-tert zum einen das thermische Fügen von hybriden Verbindungen und sorgt auf der anderen Seite für eine deutliche Erhöhung der Lichtbogenstabilität. Diese prozesstechnischen Charaktereigenschaften sind notwendig, um die wesentlichen Herausforderun-gen beim Fügen hybrider Verbindungen sicher zu bewältigen. Die essentiellen Forderungen sind zum einen eine geringe Dicke der intermetallischen Phase, eine für dynamische Belastungen optimal ausgeprägte Nahtgeometrie und eine optisch ansprechende Naht-oberfläche. Auf der anderen Seite gilt es, die durch die stark unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hervorgerufenen Verzüge und Eigenspannungen wei-ter herabzusetzen.