Fügetechnik Modifiziertes Rührreibschweißen schafft tiefziehbare Stahl-Alu-Hybridbleche

Die Materialprüfungsanstalt der Universität Stuttgart hat auf Basis des Rührreibschweißens eine Methode entwickelt, mit der sich unterschiedlich dicke Aluminium- und Stahlbleche kombinieren lassen.

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Die Naht sei so stabil, dass sich die Hybridplatinen sogar Tiefziehen ließen. Das ist eine gute Möglichkeit, um leichte und belastbare Bauteile zu fertigen, die dem Automobilbau neue Ansätze bieten, so die Forscher. Die Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg präsentiert diese Innovation mit ihrem monatlichen Thinking für den Juni 2019.

Rührreibschweißen ist wie Marmorkuchenbacken

„Beim Rührreibverschweißen von Aluminium mit Stahl ist es wie beim Backen eines Marmorkuchens – der helle und der dunkle Teig sollen zwar eine Verbindung miteinander eingehen, dürfen aber nicht soweit miteinander vermischt werden, dass nur noch brauner, gemischter Teig entsteht“, erklärt Martin Werz von der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart. Der gemischte Teig aus dem Kuchenbild wird bei Aluminium-Stahl-Verbindungen als intermetallische Phasen bezeichnet, die eigentlich spröde sind, so der Experte. Rührreibschweißen ist jedoch ein besonderer Fügeprozess, bei dem ein rotierendes Werkzeug (der „Rührer“ wenn man so will) längs des zu fügenden Spalts mit viel Kraft (daher das Reiben) entlangfährt und so die Blechplatinen miteinander verbindet.

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Gleichzeitig stumpf und überlappend schweißen

Den Stuttgarter Wissenschaftler ist dazu eine Verfahrensabwandlung geglückt und die Entwicklung neuer Werkzeuge für das Rührreibschweißen, mit dem sich Aluminium- und Stahlbleche auch in unterschiedlicher Dicke miteinander hochfest verschweißen lassen, wie es weiter heißt. Schweiße man Stahl und Aluminium durch das bekannte Lichtbogenverfahren, komme es zu brüchigen intermetallische Verbindungen. „Beim Rührreibschweißen entstehen hingegen hochfeste und stabile Hybridplatinen“, präzisiert Werz. Man nennt diese auch „Hybrid Tailor Welded Blanks. Das besondere am Verfahren der MPA ist, dass man die Bleche gleichzeitig stumpf- und überlappschweißen kann und so eine größere Querschnittsfläche erzielt, die für eine höhere Festigkeit sorgt und folglich auch eine höhere Umformbarkeit ins Spiel bringt, erklärt Werz.

Schweißnaht hält auch komplexen Tiefzieheffekten stand

„Wir haben verschiedene Zugversuche gemacht. Die Schweißnaht hat gehalten und das Material der Probenstücke hat weit weg von der Naht schon vorher aufgegeben– so soll's sein“, betont Werz. Die Naht ist nachweislich so stabil, dass man die Hybridplatinen auch durch Tiefziehen umformen kann ohne dass die Naht versagt. „Auch bei komplexen Geometrien wie Rundungen hält die Schweißnaht, sagt Werz. Einen Anwendungsbereich für die hochfesten Aluminium-Stahl-Hybridstrukturen sieht der Forscher vor allem im Automobilbereich, wo man sich in einem Bauteil die Vorteile von dünnen Blechen aus hochfesten Stählen und Aluminiumblechen mit etwas höherer Dicke zunutze machen kann. „Das Endergebnis sind ressourcenschonend gefügte, wesentlich beulsteifere Bauteile“, erklärt er.

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