Rührreibschweißverbindung von Blechen unterschiedlicher Materialien und Dicke

Gleichzeitiges Stumpfstoß- und Überlapprührreibschweißen, insbesondere für Aluminium- und Stahlverbindungen.

• Verbindungen mit hoher Biege- und Schwingfestigkeit
• Zusätzliches Biegemoment durch Überlappverbindung wird minimiert
• Hohe Oberflächen- und Schweißnahtgüte
• Große laterale Toleranzen bei der Werkstückpositionierung sind möglich
• Geeignet für Stahl-Aluminium-Paarungen und andere gemischte Werkstoffpaarungen

Leichtbau, Fahrzeugherstellung, Karosseriebau, Tailored Welded Blanks, Multi Material Design

Das Rührreibschweißen hat sich bereits als Alternative zu klassischen Schmelzschweißverfahren etabliert. Ein Vorteil sind die guten Möglichkeiten zwei verschiedene Werkstoffe miteinander zu verschweißen. Die Automobilindustrie arbeitet zunehmend mit der Materialkombination Aluminium und Stahl, um bei möglichst geringem Gewicht eine hohe passive Sicherheit zu gewährleisten. Die Herausforderung besteht dabei u. a. darin, eine stabile Verbindung zwischen Bauteilen dieser Materialkombination mit unterschiedlicher Stärke und Festigkeit herzustellen.

Beim Schweißen unterschiedlich dicker Bleche ist, bei herkömmlichen Stumpfstoßverbindungen, die Biege- und Schwingfestigkeit im Querschnittsübergang problematisch. Alternativ können Überlappverbindungen verwendet werden, diese haben aber deutlich schlechtere Festigkeitseigenschaften als Stumpfstoßverbindungen und sind meist in sichtbaren Produktbereichen, z. B. von Karosserien, nicht tolerierbar. Außerdem können beim Laserschweißen die hohen Fügetemperaturen zu spröden intermetallischen Phasen und starkem Verzug der Bauteile führen.

Am Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde und Fes­tigkeitslehre (IMWF) der Universität Stuttgart wurde eine neue Rührreibschweißtechnik entwickelt, die es durch gleichzeitiges Stumpfstoß- und Überlappschweißen möglich macht, eine Verbindung mit hoher Biege- und Schwingfestigkeit herzustellen. Sie ist geeignet zum Schweißen von unterschiedlich dicken Bauteilen. Hierfür wird ein Werkzeug mit einem passend abgestuften Pin verwendet, Abbildung 1 zeigt wie damit gleichzeitig eine Stumpfstoß- und eine Überlappnaht rührreibgeschweißt wird.

Das neue Verfahren ist insbesondere interessant für das Rührreibschweißen von Stahl-Aluminium-Paarungen, aber auch von anderen Werkstoffpaarungen. Da der Pin nicht in den Stahl eindringt, wirkt das Aluminium wie ein Schmiermittel und der Werkzeugverschleiß wird stark reduziert.

Bei einer besonders einfachen Variante wird das dickere Aluminiumblech einfach auf die Kante des unten liegenden, dünneren Stahlbleches aufgelegt, ohne besondere Positionierungsgenauigkeiten einhalten zu müssen. Durch Kraft- und Temperatureinwirkung während des Schweißprozesses wird die Unterseite des Aluminiumbleches mit der des Stahlblechs in eine Ebene gebracht. Die Schweißnaht kann auch im Sichtbereich liegen, da sich Schweißnaht und Materialüberstand auf derselben Werkstückseite befinden.