Beschreibung
P 611 – Elektronenstrahlschweißen von oberflächenveredelten, höherfesten Feinblechen an Atmosphäre
Im Hinblick auf die Gewichtsreduzierung von Automobilkarosserien kommt verschiedenen Leichtbaukonzepten Bedeutung zu. Für den Leichtbau erfordert dies den Einsatz von neuartigen, höherfesten Stahlfeinblechwerkstoffen. Diese bedingen Fügeverfahren, die sowohl eine metallurgische Eignung wie auch eine hohe Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit aufweisen. Das Elektronenstrahlschweißen an Atmosphäre (Nonvakuum-Elektronenstrahlschweißen, NVEBW) bietet sich aufgrund der erreichbaren hohen Schweißgeschwindigkeiten und der guten Spaltüberbrückbarkeit als Strahlschweißverfahren für die Feinblechverarbeitung an.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Eignung dieses Fügeverfahrens zum Schweißen von oberflächenveredelten höher- und höchstfesten Stahlfeinblechen untersucht. Die untersuchten verzinkten und feueraluminierten Stahlfeinblechwerkstoffe decken hinsichtlich ihres Kohlenstoffäquivalents wie auch ihrer Festigkeits- und Dehneigenschaften eine große Bandbreite von aktuell eingesetzten Werkstoffen des Karosseriebaus ab.
Beim NVEBW von verzinkten Stahlfeinblechwerkstoffen konnten bei Schweißgeschwindigkeiten von mindestens 8 m/min große Prozesstoleranzen hinsichtlich Spaltüberbrückbarkeit, Blechdickensprüngen, Kantenversatz und Positionierungsungenauigkeiten nachgewiesen werden. Dabei wurden bei allen untersuchten Nahtgeometrien Schweißparameter identifiziert, die eine ausreichende Zinkentgasung und somit fehlerfreie Nähte gewährleisten. Während bei I-Nähten, Tailored Blanks und Stirnkehlnähten keine besonderen Maßnahmen zur Zinkentgasung vorzusehen sind, ist für das NVEBW von Bördelnähten und Überlappnähten unbedingt ein Fügespalt erforderlich. Das NVEBW von feueraluminierten Stahlfeinblechen ist ebenso in allen untersuchten Nahtgeometrien möglich und kann ohne Schweißspalt erfolgen. Die erhöhten Legierungselementgehalte der höher- und höchstfesten Stähle und die sich durch den Schweißprozess einstellenden Gefüge führen zur Schweißnahtaufhärtung. Durch die Schweißnahtaufhärtung verringert sich bei allen untersuchten Stahlfeinblechsorten das Umformvermögen, jedoch in den meisten Fällen nicht die Festigkeit der Schweißverbindungen.
Neben Porenbildung, die aus dem Verdampfen der Zinkbeschichtung folgen kann, wurden als mögliche Nahtfehler Randkerben, Bindefehler und Humping identifiziert sowie Maßnahmen zu ihrer Vermeidung dargestellt. An ausgewählten Schweißnähten erfolgten zudem anwendungsorientierte Untersuchungen des Verhaltens unter Crashbeanspruchung und Korrosionsuntersuchungen. Die Untersuchungen zeigen das Potenzial des NVEBW von beschichteten Stahlfeinblechen für den Karosseriebau. Dieses konnte auch mit einem NVEB-geschweißten Bauteilbeispiel und mit bauteilähnlichen geschweißten Z-Profilen nachgewiesen werden.
Autoren:
F. W. Bach, G. Kremer, K. Lau
Veröffentlichung:
2006
