Beschreibung
Im Forschungsvorhaben P714 wurde, aufbauend auf den grundlegenden Untersuchungen des bereits durchgeführten Projektes P611 zur Schweißbarkeit verschiedener beschichteter Stahlfeinblechsorten, das Nonvakuum-Elektronenstrahlschweißen (NVEBW) unter industrienahen Bedingungen für einen Einsatz in der Stahlfeinblechverarbeitung, insbesondere in der Karosseriefertigung, qualifiziert. Dabei standen die höherfesten, verzinkten Stahlfeinblechsorten HX420LAD+Z, HXT600X+Z, HXT700T+Z sowie BTR165 mit Blechdicken zwischen 0,8 und 2 mm im Mittelpunkt der Untersuchungen.
Zunächst wurden die Prozesstoleranzen beim NVEBW in Abhängigkeit von verschiedenen Nahtgeometrien, Stahlfeinblechsorten und Blechdicken bestimmt. Insbesondere wurden die Spaltüberbrückbarkeit, die Toleranz gegenüber der Lageabweichungen und dem Kantenversatz betrachtet. Eine besonders gute Spaltüberbrückbarkeit konnte für das NVEB-Schweißen von Überlappnähten und Bördelnähten nachgewiesen werden. Bei I-Nähten ist die Spaltüberbrückbarkeit stark materialabhängig. Die ermittelten Prozesstoleranzen bezüglich Lageabweichung und Kantenversatz sind als groß zu bewerten.
Durch den Einsatz von Zusatzwerkstoffen kann die Spaltüberbrückbarkeit weiter verbessert werden. Bei den Untersuchungen mit schrägem Strahleinfall mit einem Neigungswinkel von 15° konnte bei den Werkstoffen HXT600X+Z und HXT700T+Z bei einer Schweißgeschwindigkeit von 12 m/min eine Verringerung der Randkerbentiefe beobachtet werden. Beim NVEBW von Bördelnähten aus HXT600X+Z und HXT700T+Z konnte durch einen Strahlneigungswinkel von 15° eine Verringerung des Humpings und der Randkerbentiefe, d.h. insgesamt eine Stabilisierung der Schweißschmelze beobachtet werden. Dauerschwingfestigkeitsuntersuchungen an NVEB-geschweißten H-Proben für die vier untersuchten Werkstoffen belegen bei vergleichbaren Kraftamplituden, ähnliche Lastwechsel-Niveaus.
Die Eignung des NVEB als Fügetechnologie ist an Hand von Bauteilschweißungen und Crashtests abschließend nachgewiesen worden. Die Crasheigenschaften NVEBgeschweißter und Punktgeschweißter Bumper der Firma Benteler Automobiltechnik GmbH sind geprüft worden. Die Crashtests zeigen sowohl für die originalen Bumper als auch für die NVEB gefügten Bumper vergleichbar gute Crasheigenschaften. Neben der Taktzeit ist vor allem in Hinblick auf die CO2-Emission und den Kraftstoffverbrauch das Fahrzeuggewicht von großer Bedeutung. In diesem Zusammenhang konnte beim NVEBW durch die Anpassung der Stoßgeometrie an das Schweißverfahren das Gewicht des Bumpers von 4,95 kg auf 4,30 kg reduziert werden.
Die durchgeführten Untersuchungen untermauern die sehr gute Eignung des NVEBW für die Verarbeitung von beschichteten Stahlfeinblechen im Karosseriebau. Diese ist nicht nur aufgrund wirtschaftlicher Vorteile, wie einer hohen Schweißgeschwindigkeit und einem hohen Wirkungsgrad gegeben. Die Untersuchungen zeigen auch die für den Praxiseinsatz notwendigen Vorteil, wie große Prozesssicherheit und die Flexibilität des Verfahrens.
FOSTA Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.
Veröffentlichung:
2012
Autoren:
Dr.-Ing. K. Lau, Dipl.-Ing. R. Konya, Dr.-Ing. T. Hassel
