A2

Arbeitsgruppe A | Stoffschluss

 
 
a2_spp1640

Erzeugung von Al/hochfester Stahl-Verbunden durch ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen – Prozess und Robustheit, mechanische Eigenschaften unter Anwendung zerstörender und innovativer zerstörungsfreier Prüfmethoden, Mikrostruktur, Korrosion und fügezonenintegrierter Korrosionsschutz

Univ. Prof. Dr.-Ing. Guntram Wagner, TU Chemnitz
Univ. Prof. Dr.-Ing. Christian Boller, IZFP Saarbrücken
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Wolfram Fürbeth, DECHEMA Frankfurt

 
 

Zusammenfassung:

Nur Hybridbauweisen ermöglichen es, die Vorteile unterschiedlichster Werkstoffe in einer Komponente zu vereinen. Kraft- und formschlüssige Verbindungen sind zwar auf einfache Weise realisierbar, die Beanspruchbarkeit einer Schweißverbindung wird aber nur selten erreicht. Dem Schmelzschweißen verschiedener Werkstoffe stehen aber insbesondere die damit verbundenen unterschiedlichen Schmelz- punkte entgegen. Zudem kommt es in der Fügezone häufig zu unerwünschten Mischphasenbildungen, die die Verbindungsfestigkeiten erheblich reduzieren.

 
Schema ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen (USE-FSW)
Schema ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen (USE-FSW)
 
 

Daher wurde während der ersten Förderphase das ultraschallunterstützte Rührreibschweißen (ultrasound enhanced friction stir welding USE-FSW) entwickelt und zum Fügen von AlSi12CuNiMg/AZ80-Verbunden eingesetzt. Anhand mikrostruktureller Untersuchungen sowie der Bestimmung mechanischer Eigenschaften der erzeugten Verbunde konnte aufgezeigt werden, dass mittels dieses Hybridfügeverfahrens die technologischen Eigenschaften erheblich verbessert werden können. Umfangreiche innovative zerstörungsfreie Untersuchungen sowie detaillierte Betrachtungen des Korrosionsverhaltens dieser Verbunde ermöglichten bereits ein tiefgehendes Verständnis des völlig neuartigen und vielversprechenden Prozesses. Des Weiteren konnte Herr Dipl.-Ing Benjamin Straß im Zuge dieser Untersuchungen erfolgreich seine Promotion ablegen.

 
 
Lichtmikroskopische Aufnahmen im Querschliff: a) FSW-Verbund, b) USE-FSW-Verbund
Lichtmikroskopische Aufnahmen im Querschliff: a) FSW-Verbund, b) USE-FSW-Verbund
 
 

Im Rahmen der zweiten Förderperiode wurde eine Erweiterung der prozessseitig mit Ultraschallunterstützung zu rührreibschweißenden Werkstoffgruppen realisiert. Zusätzlich zu einer weiteren Mg-Gusslegierung (AZ91) wurden erstmalig auch Werkstoffverbunde zwischen AlMg1SiCu mit C45 bzw. DC04 betrachtet, wobei neben der Bewertung des Ermüdungsverhaltens ebenfalls eine Erweiterung der zerstörungsfreien Prüfverfahren hinsichtlich der Realisierung einer In-Process-Prüfung sowie fortführende Analysen des Korrosionsverhaltens der neuen Verbunde durchgeführt wurden.

 
 
Schallemissionsuntersuchungen mittels Körperschall: a) Rohsignal der Messdaten, b) Einfluss der Anpresskraft auf die Schallamplitude an der Stoßfuge, c) Einfluss des Abstandes zwischen Sonotrode und Stoßfuge auf die resultierende Schallamplitude an der Stoßfuge
Schallemissionsuntersuchungen mittels Körperschall: a) Rohsignal der Messdaten, b) Einfluss der Anpresskraft auf die Schallamplitude an der Stoßfuge, c) Einfluss des Abstandes zwischen Sonotrode und Stoßfuge auf die resultierende Schallamplitude an der Stoßfuge
 
 

In der abschließenden dritten Förderperiode werden konventionelle und mit Ultraschallunterstützung geschweißte Verbunde aus Aluminium und hochfesten Stählen angestrebt, um die Eignung des neuartigen und innovativen USE-FSW-Prozesses auch für diese Werkstoffkombinationen zu verifizieren. Zusätzlich soll eine Charakterisierung der Fügezoneneigenschaften mittels neuartiger zfP-Verfahren erfolgen und die Entwicklung eines Korrosionsschutzkonzeptes für die Mischverbunde umgesetzt werden.

 
 
Voltapotential-Maps eines a) FSW-Verbundes und eines b) USE-FSW-Verbundes; gemessen in Luft
Voltapotential-Maps eines a) FSW-Verbundes und eines b) USE-FSW-Verbundes; gemessen in Luft
 
 

Veröffentlichungen:

2018   
  Ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum and steel: Process and properties of EN AW 6061/DC04-Joints M. Thomä, G. Wagner, B. Strass, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: Journal of Materials Science & Technology, Vol. 34, Issue 1, 163–172, 2018,
DOI: 10.1016/j.jmst.2017.10.022
  The Influence of Ultrasound Enhancement during Friction Stir Welding of Aluminum to Steel M. Thomä, G. Wagner, B. Strass, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: Key Engineering Materials, Vol. 767, 351–359, 2018, DOI: 10.4028
  New developments in the field of ultrasound enhanced friction stir welding of dissimilar materials M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: 12th International Symposium on FSW, Chicoutimi, 2018
2017   
  Realization of Ultrasound Enhanced Friction Stir Welded Al/Mg- and Al/Steel-Joints: Process and Robustness, Mechanical and Corrosion Properties M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: 146th TMS Annual Meeting, Friction Stir Welding and Processing IX, 26.02.–02.03.2017,
San Diego (CA, USA),
doi: 10.1007/978-3-319-52383-5_19
  Nondestructive Quality Inspection, Process Monitoring and Adaptation of Joint Properties in Friction Stir Welding B. Straß, C. Conrad, B. Wolter, M. Thomä, G. Wagner
In: FSWP 2017, 5th International Conference on Scientific and Technical Advances in Friction Stir Welding & Processing, 2017
  Hybrid Al/steel-joints manufactured by ultrasound enhanced friction stir welding (USE-FSW): Process comparison, nondestructive testing and microscopic analysis M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 181 (2017) 012003,
doi: 10.1088/1757-899X/181/1/012003
  Hybrid joints manufactured by ultrasound enhanced friction stir welding (USE-FSW) – corrosion properties S. Benfer, W. Fürbeth, M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, B. Wolter
In: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 181 (2017) 012004,
doi: 10.1088/1757-899X/181/1/012004
2016   
  Ultrasound assisted Friction Stir Welding of Al/Mg-hybrid joints: process analysis, comparison of microstructural, mechanical and corrosive characteristics M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: 11th International Symposium on FSW, Cambridge, 2016
  Manufacturing and corrosion properties of ultrasound supported friction stir welded Al/Mg-hybrid joints S. Benfer, B. Straß, G. Wagner, W. Fürbeth
In: Surface and Interface Analysis, Vol 48, S. 843-852, 2016,
doi: 10.1002/sia.5871
  Investigations on the corrosion properties of ultrasound supported friction stir welded hybrid joints S. Benfer, W. Fürbeth, B. Straß, M. Thomä, G. Wagner
In: 67th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Den Haag (Niederlande), 2016
  Herstellung und Korrosionseigenschaften von durch ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen erzeugten Al/Mg-Hybridverbunden S. Benfer, W. Fürbeth, B. Straß, M. Thomä, G. Wagner
In: GfKORR-Arbeitskreis Korrosion und Korrosionsschutz von Aluminium und Magnesium, Jülich, 2016
  Recent Developments for Ultrasonic-Assisted Friction Stir Welding: Joining, Testing, Corrosion – an Overview M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 118 (2016) 012014,
doi: 10.1088/1757-899X/118/1/012014, 2016
  Aktuelle Entwicklungen beim ultraschallunterstützten Rührreibschweißen (US-FSW) – Verfahren, Verbundeigenschaften, Mikrostrukturanalyse der Verbunde M. Thomä, G. Wagner, B. Straß, C. Conrad, B. Wolter
In: 7. HZG Workshop „Rührreibschweißen und verwandte Verfahren“, Geesthacht, 2016
  Untersuchung der Korrosionseigenschaften von AL/MG-FSW und Al/Mg-US-FSW-Verbunden S. Benfer, W. Fürbeth, B. Straß, M. Thomä, G. Wagner
In: 7. HZG Workshop „Rührreibschweißen und verwandte Verfahren“, Geesthacht, 2016
2015   
  Ultraschallunterstütztes Rührreibschweißen von Al/Mg-Verbunden: Prozessanalyse, mikrostruktureller, mechanischer und korrosiver Eigenschaftsvergleich B. Straß
In: Dissertation TU Kaiserslautern, 2015
  Realization of Metal Hybrid-Joints by Ultrasound Supported Friction Stir Welding – An Innovative Method to Improve the Joint Quality B. Straß, G. Wagner
In: Friction Stir Welding and Processing VIII, 144th TMS Annual Meeting, Orlando (FL, USA), 2015
2014   
  Realization of Al/Mg-Hybrid-Joints by Ultrasound Supported Friction Stir Welding B. Straß, G. Wagner, D. Eifler
In: Materials Science Forum, Vol. 783–786, S. 1814–1819, 2014
  Realization of Al/Mg-Hybrid-Joints by Ultrasound Supported Friction Stir Welding – Mechanical Properties, Microstructure and Corrosion Behavior B. Straß, G. Wagner, C. Conrad, B. Wolter, S. Benfer, W. Fürbeth
In: Advanced Materials Research Vol. 966-967, S. 521–535, 2014
  Corrosion investigations of ultrasound supported friction stir welded Al/Mg-hybrid joints S. Benfer, B. Straß, G. Wagner, W. Fürbeth
In: Eurocorr 2014, Pisa (Italy), 2014
  Ultrasound Supported Friction Stir Welding of Dissimilar Materials B. Straß, G. Wagner, D. Eifler
In: 10th International Friction Stir Welding Symposium, Peking (China), 2014
  Ultrasound Supported Friction Stir Welding of Al/Mg-Hybrid-Joints B. Straß, G. Wagner, D. Eifler
In: Euro Hybrid – Materials and Structures, Stade, 2014
2013   
  Joining of Al Alloys to Mg Alloys by Ultrasound Supported Friction Stir Welding (US-FSW) B. Straß, G. Wagner (V), D. Eifler
In: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC), Las Vegas (Nevada, USA), 2013
 

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