Die Nachfrage der Industrie nach schweißgeeigneten Baustählen ist im Laufe der Zeit immer größer geworden. Insbesondere im Automobil- beziehungsweise Karosseriebau erlangten oberflächenveredelte Feinkornbaustähle in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung.
Aufgrund der in diesem Bereich auftretenden geringen Blechstärken der hochfesten Stähle kann es bei herkömmlichen Fügeverfahren durch die eintretende Wärmewirkung jedoch schnell zum Materialverzug kommen. Außerdem kommt es durch die im Fügeprozess herrschenden hohen Temperaturen oft zu einem Verdampfen der Zinkbeschichtung, die das zu fügende Material vor Korrosion schützen soll. Als Folge führt dies häufig zu einem mangelhaften Korrosionsschutz der gefügten Konstruktion. So hat sich als eines der bekanntesten Metall-Schutzgas-Prozesse (MSG) für die schweißtechnische Verarbeitung das Löten aufgrund seiner guten Regulier- bzw. Steuerbarkeit im Prozess, seiner hervorragenden Automatisierbarkeit und letztlich wegen seiner hohen Wirtschaftlichkeit speziell im Karosseriebau fest etabliert. Das Löten zeigte sich auch deshalb als ein geeignetes Fügeverfahren zum Verbinden hochfester Werkstoffe, weil es sich zum einen aufgrund seiner Individualität optimal an den Fügeprozess anpassen lässt und zum anderen in Bezug auf die Automatisierbarkeit der Fertigung äußerst vielseitig ist. Letztendlich überzeugt das Löten auch durch den in Relation zu anderen Verfahren verhältnismäßig geringen im Prozess gelieferten Energieeintrag in das Material. Der Hauptvorteil ist hierbei darin zu sehen, dass somit durch dieses wärmearme Fügeverfahren die Beschichtung und Werkstoffeigenschaften des Stahls weniger stark beeinflusst werden. Zusätzlich bleibt durch den geringen Wärmeeintrag die Lötnaht selbst korrosionsfrei und es kommt darüber hinaus durch einen schmalen Zinkabbrand und der kathodischen Wirkung des Zinks zusätzlich zu einem nachhaltigen Schutz des Nebennahtbereiches.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit
2 Aktueller Stand der Lichtbogenlöttechnologie
2.1 Verwendete Lichtbogenlötprozesse und ihre Anwendung in der Industrie
3 Durchführung von Lötversuchen unterschiedlicher Lichtbogenverfahren
3.1 Versuchsdurchführung und Auswertung des Plasmatron-Verfahrens.
3.2 Versuchsdurchführung und visuelle Auswertungder Nähte im Super MIG-Verfahrens
3.2.1 Auswirkungen des Plasmas im Super-MIG-Prozess
3.2.2 Kennlinienanpassung bei gekoppelter Closs und EWM-Anlage
3.2.3 Kennlinienanpassung beiEWM-Drive-Anlage
3.3 Versuchsbeschreibung und visuelle Auswertung des CMT-Verfahrens
4 Visuelle Untersuchung der Lichtbogenlöt-Verfahren
4.1 Werkstoffübergang und Lichtbogenarten
4.2 CMT
4.3 Super-MIG
4.4 Plasmatron
5 Vergleich der Lötverfahren in Abhängigkeit der erzielten Ergebnisse
5.1 Betrachtung der Härtereihenmessungen
5.2 Durchführung von Zugversuchen
5.3 Schwingfestigkeitsanalyse
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der eingesetzten Lötverfahren
7 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die Projektarbeit untersucht das wärmereduzierte Lichtbogenlöten von hochfesten Stahlverbindungen, um allgemeine Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und den resultierenden Eigenschaften der Lötverbindungen zu ermitteln. Ziel ist es, prozessstabile Verfahren für den Karosseriebau zu optimieren, die eine hohe statische und zyklische Festigkeit bei minimalem Bauteilverzug und Erhalt der Zinkbeschichtung gewährleisten.
- Vergleich der Lichtbogenlötverfahren Plasmatron, Super-MIG und CMT.
- Einfluss von Prozessparametern auf Prozessstabilität, Härteverlauf und Nahtgeometrie.
- Qualitative und quantitative Analyse der Festigkeit durch Zugversuche und Schwingfestigkeitsanalysen.
- Bewertung der Wirtschaftlichkeit und Eignung der Verfahren für die industrielle Massenfertigung.
Auszug aus dem Buch
1.1 Motivation
Im Rahmen dieser Arbeit wird das Lichtbogenlöten eingesetzt, da dieses Verfahren neben einer hohen Flexibilität über ein breites Prozessfenster verfügt. In direkter Analogiezum Schutzgasschweißen zählen auch zum Lichtbogenlöten eine Vielzahl von Prozessvarianten. Als Voraussetzungen für eine hohe Nahtfestigkeit sind hier einerseits eine günstige Spaltüberbrückbarkeit und andererseits eine geringe Spritzerneigung zu benennen, die mit den hier eingesetzten Verfahren optimal realisiert werden.
Durch den weit verbreiteten Einsatz der angewandten Verfahren und Werkstoffe in der Automobilbranche ist besonders die zyklische Festigkeit von großem Forschungsinteresse vieler Unternehmen. In dieser Arbeit sollen diese Maßnahmen weiterführend untersucht und letztendlich in Bezug auf den Einfluss der Prozess- und Verfahrgeschwindigkeit optimiert werden. Hauptbeurteilungskriterien der Untersuchungen sollen dabei sowohl die Prozessstabilität als auch die zyklische und statische Festigkeit sein. Desweiteren sollen die Abhängigkeiten der Parametervariationen der Lichtbogenlötprozesse auf die Härteverläufe bzw. auf die Abmessungen der Wärmeeinflusszone (WEZ) untersucht werden. Ebenfalls werden die Benetzungsgüten, Anbindungen, die Mengen der Zusatzwerkstoffe und die Nahtgeometrien bzgl. der eingestellten Parameter betrachtet, um Aussagen für reproduzierbare und stabile Prozesse treffen zu können.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigende Bedeutung von schweißgeeigneten Feinkornbaustählen im Automobilbau und identifiziert das Lichtbogenlöten als wärmearmes, effizientes Fügeverfahren.
2 Aktueller Stand der Lichtbogenlöttechnologie: Dieses Kapitel definiert die Grundlagen des Lötens mittels elektrischer Gasentladung und gibt einen Überblick über industrielle Verfahren sowie deren technologische Entwicklung.
3 Durchführung von Lötversuchen unterschiedlicher Lichtbogenverfahren: Hier werden die Versuchsreihen für die Verfahren Plasmatron, Super-MIG und CMT detailliert beschrieben, einschließlich der Probenvorbereitung und Kennlinienanpassungen.
4 Visuelle Untersuchung der Lichtbogenlöt-Verfahren: Dieser Hauptteil analysiert mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen die Werkstoffübergänge und die Dynamik der Lichtbögen in den gewählten Verfahren.
5 Vergleich der Lötverfahren in Abhängigkeit der erzielten Ergebnisse: Die Ergebnisse werden durch Härtereihenmessungen, Zugversuche und Schwingfestigkeitsanalysen qualitativ und quantitativ bewertet.
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der eingesetzten Lötverfahren: Die Betrachtung setzt sich mit Leistungsaspekten, Prozessstabilität und den Kostenvorteilen der untersuchten Verfahren in der Serienproduktion auseinander.
7 Zusammenfassung: Die Arbeit schließt mit einer Bewertung der untersuchten Verfahren ab, die ihre Eignung und verfahrensspezifischen Grenzen für hochfeste Stahlverbindungen hervorhebt.
Schlüsselwörter
Lichtbogenlöten, hochfeste Stähle, Karosseriebau, CMT-Verfahren, Super-MIG-Verfahren, Plasmatron-Verfahren, Wärmeeintrag, Prozessstabilität, Zugfestigkeit, Schwingfestigkeit, Härteverlauf, Feinkornbaustahl, Zinkbeschichtung, Werkstoffübergang.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das wärmereduzierte Lichtbogenlöten, um hochfeste, feuerverzinkte Stahlfeinbleche effizient und fest zu verbinden, ohne die Materialeigenschaften durch zu hohe Hitze zu schädigen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Analyse der Lichtbogenprozesse CMT, Super-MIG und Plasmatron hinsichtlich ihrer Stabilität, Festigkeitseigenschaften (statisch und dynamisch) sowie ihrer wirtschaftlichen Einsetzbarkeit in der Automobilindustrie.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Ermittlung von Zusammenhängen zwischen Prozessparametern und den resultierenden Eigenschaften der Lötverbindungen, um stabile und reproduzierbare Prozesse zu definieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden experimentelle Lötversuche durchgeführt, die mittels Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, Härteprüfungen nach Vickers, Zugversuchen und Schwingfestigkeitsanalysen (Wöhlerversuche) ausgewertet werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt die Versuchsdurchführung, die visuelle Untersuchung der Werkstoffübergänge, die verfahrensspezifische Härteanalyse sowie die Bewertung der mechanischen Festigkeit der erzeugten Verbindungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den wichtigsten Begriffen zählen Lichtbogenlöten, CMT, Super-MIG, Plasmatron, Wärmeeintrag, Prozessstabilität, Zugfestigkeit und Schwingfestigkeit.
Wie unterscheidet sich der CMT-Prozess von herkömmlichen Verfahren?
Der CMT-Prozess (Cold Metal Transfer) ist ein kalter Prozess, der durch eine integrierte Drahtbewegung und digitale Regelung den Wärmeeintrag minimiert, was besonders beim Fügen dünner Bleche vorteilhaft ist.
Welche Rolle spielt die Zinkbeschichtung bei der Untersuchung?
Der Erhalt der Zinkbeschichtung ist entscheidend für den Korrosionsschutz; die Arbeit untersucht, wie unterschiedliche Lötverfahren den Zinkabbrand minimieren können.
Warum wird eine Schwingfestigkeitsanalyse durchgeführt?
Da gelötete Bauteile im Fahrzeugbetrieb zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, ist die Bewertung der Schwingfestigkeit essenziell, um die Dauerfestigkeit und das Versagensverhalten der Verbindungen zu beurteilen.
Welche wirtschaftlichen Vorteile bieten die untersuchten Verfahren?
Die Verfahren bieten eine hohe Automatisierbarkeit, minimieren Nachbearbeitungskosten (z.B. durch geringere Spritzerbildung) und ermöglichen durch hohe Prozessstabilität Effizienzgewinne in der Massenfertigung.
- Citar trabajo
- Dr. Marvin Hecht (Autor), 2012, Untersuchungen zum wärmereduzierten Lichtbogenlöten von hochfesten Stahlverbindungen, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/446715
