Qualitätssicherung beim Widerstandselementschweißen im Kurzzeitprozess IGF-Vorhaben-Nr. 01IF23366N

Im Automobil- und Nutzfahrzeugbau ist ein Leichtbau durch Verwendung eines Materialmixes aus hochfestem Stahl (z. B. 22MnB5) mit einer Festigkeit R_m ≥ 1600 MPa und leichten, weniger festen Werkstoffen wie Aluminiumlegierungen, Thermoplasten und Faserverbundkunststoffen weit verbreitet. Für derartige Hybridverbindungen sind geeignete Fügeverfahren erforderlich, die unter den Bedingungen des Karosseriebaus reproduzierbare Eigenschaften realisieren. Besonders das Widerstandselementschweißen (WES) erfüllt diese Bedingungen. Es stellt eine Verfahrenskombination aus mechanischem Fügen und dem Widerstandsschweißen dar. Das WES erfolgt in zwei Prozessstufen: 1. Einbringen des Stahlschweißniet in das Aluminiumblech (Stanzprozess); 2. Schweißen des Niets zusammen mit dem Aluminiumblech an das Stahlbauteil mittels konventioneller Punktschweißzange. Gerade bei der Anwendung pressgehärteter Stähle mit beidseitiger Zugänglichkeit (z. B. Flansche) ist diese Lösung prozesstechnisch und ökonomisch ideal, da sie den Einsatz bestehender Punktschweißanlagen erlaubt.

Im Forschungsprojekt sollen für ausgewählte Materialkombinationen geeignete Prozessparameter für das WES im Kurzzeitschweißprozess erarbeitet und Maßnahmen zur Qualitätssicherung geschaffen werden. Vorteil Der für das WES im Kurzzeitprozess ist, dass der Verbundpartner (z. B. Aluminium) beim Schweißen nicht durch den Wärmeeintrag geschädigt wird. Kommt zudem ein Klebstoff zwischen den beiden Verbundpartnern zum Einsatz, erfährt dieser eine geringere thermische Belastung und die Gefahr einer thermischen Schädigung des Klebstoffes wird minimiert.

Die bisherige Methode der Qualitätssicherung beim Widerstandspunktschweißen, die durch die Auswertung der Schweißlinse erfolgt, kann nicht für den Kurzzeitprozess angewendet werden, da bei kurzen Prozesszeiten (Schweißzeit ≤ 50 ms) keine Schweißlinse auftreten kann. Entsprechend sollen im Forschungsvorhaben neue Qualitätskriterien erarbeitet werden, aus denen sich zwei Merkblätter ableiten:

1. Inline Qualitätssicherung: Basierend auf einer Prozessdatenanalyse werden Kriterien abgleitet, mit denen die Qualität der WES-Verbindung inline kontrolliert werden kann. Mit diesen Qualitätskriterien ist es möglich, fehlerhafte Schweißungen zu erkennen sowie die Prozessparameter zu optimieren.
2. Prüfvorschrift zur zerstörungsfreien Prüfung einer WES Verbindung im Kurzzeitprozess: Es wird eine Anleitung zur Durchführung der Prüfung erstellt, die vor allem die Interpretation der Ergebnisse unterstützt und veranschaulicht.

Die im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnissen zur Prozessgestaltung und Verbindungsausbildung werden mithilfe von geeigneten Transfermaßnahmen in die Wirtschaft und Lehre überführt. Insbesondere Klein- und mittelständische Unternehmen soll damit der industrielle Einsatz des WES im Kurzzeitprozess ermöglicht werden. Der ingenieurswissenschaftliche Nachwuchs profitiert durch die im Projekt entstandenen Veröffentlichungen.