Bindemechanismen beim Rührreibschweißen von Mischverbindungen

• Antragsteller: Professor Dr. Ferdinand Haider; Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227616987

Das Rührreibschweißen ist ein innovatives Fügeverfahren, bei dem ein verschleißbeständiges Werk-zeug genutzt wird, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beteiligen Fügepartnern zu er-zeugen. Die Werkstücke werden dabei lokal an den Stoßflächen plastifiziert, durchmischt und konso-lidiert, sodass im engeren Sinne das Fügen durch eine plastische Deformation erfolgt. Da bei diesem Verfahren die Schmelztemperaturen der Grundwerkstoffe typischerweise nicht überschritten werden, ist es möglich, qualitativ hochwertige Verbindungen auch an artfremden Werkstoffkombinationen zu realisieren. In diversen Veröffentlichungen konnte dieses Potential bestätigt werden. Zu Beginn des Projekts existierte allerdings noch kein umfassendes Verständnis über die Art und die Ausprägung der effektiv wirksamen Bindemechanismen. Weiterhin fehlten fundierte Kenntnisse über Möglichkeiten zur prozessseitigen Einflussnahme auf die Realisierung beanspruchungsgerechter Ver-bindungen.Das beantragte Forschungsvorhaben zielt auf die Vertiefung des Verständnisses der Vorgänge an der Grenzfläche von rührreibgeschweißten Metall-Mischverbindungen und deren prozesssichere Steuerung ab. Während der bisherigen Projektphasen wurden die wirkenden Bindemechanismen am Beispiel von Aluminium-Titan- sowie Aluminium-Kupfer-Verbindungen, welche im Überlapp- und im Stumpfstoß geschweißt wurden, im Detail analysiert. Damit wurde eine allgemeine Erkenntnisbasis zu Bindeme-chanismen von rührreibgeschweißten Metall-Mischverbindungen geschaffen. Dies bildet die Grundla-ge zur modellhaften Beschreibung der (Bindungs-)Vorgänge an der Grenzfläche von rührreibge-schweißten Verbindungen artfremder Metalle. Dieses Wissen soll nun genutzt werden, um die wirksa-men Bindemechanismen und damit die Verbindungseigenschaften vorherzusagen und gezielt beein-flussen zu können. So erlaubt die Implementierung einer Temperaturregelung für das FSW von Metall-Mischverbindungen einen vollständig stationären Prozessablauf. Damit wird die Grenzschicht- und Topografieausbildung erstmals gezielt steuerbar, wodurch die wirksamen Bindemechanismen und somit die Verbindungseigenschaften unmittelbar beeinflusst werden können. Zudem sollen die in der 2. Förderphase aufgebauten numerischen Modelle an die geänderten Bedingungen des temperaturge-regelten Betriebs angepasst bzw. ergänzt werden. Dies erlaubt es, Rahmenbedingungen zu definieren, in denen ein prozesssicheres Fügen von Metall-Mischverbindungen mittels FSW möglich ist.Des Weiteren werden (zerstörungsfreie) Prüfverfahren hinsichtlich ihrer Eignung zur Detektion und Quantifizierung der Gestalt der Grenzfläche (Grenzschichtdimension, Topografie) untersucht. Dadurch sollen die gewünschten Eigenschaften der Verbindung nachweisbar gemacht werden, ohne diese zu zerstören.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation