CMT-Schweißen von Stahl mit Aluminium bietet Leichtbau neue Möglichkeiten

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Vor dem Hintergrund der physikalischen Gegebenheiten definierten die Metallurgen und Experten von Fronius und Voestalpine die Voraussetzungen für das Fügen von Stahl mit Aluminium:

• Der Prozess muss einen möglichst geringen Wärmeeintrag erzeugen.

• Die Oberfläche des Stahlblechs erhält eine Zinkschicht.

• Die Dicke der IMP muss minimiert und ihre Eigenschaften müssen optimal ausgenutzt werden.

Aufgrund der positiven Praxiserfahrungen von Fronius fiel die Wahl des thermischen Fügeprozesses auf CMT(Cold Metal Transfer).

Fügeverfahren und Zusatzwerkstoff beeinflussen einwandfreie Verbindung

Eine einwandfreie Verbindung wird hauptsächlich von den beiden zu fügenden Werkstücken, dem Fügeverfahren und dem Zusatzwerkstoff beeinflusst. Neben der Zinkschicht von mindestens 10 µm Dicke wirkt sich die Kantenvorbereitung des Stahlbleches auf die Qualität und die Belastbarkeit der Verbindung aus. Die von Voestalpine entwickelte Kantengeometrien für die zu fügenden Bleche sind patentrechtlich geschützt. Positive Erfahrungen liegen mit den Stahlsorten normaler Tiefziehgüte vor. Die Aluminiumbleche stammen aus den Werkstoffreihen AW5xxx oder 6xxx. Die Aluminiumoberfläche muss wie beim konventionellen Metall-Inertgasschweißen lediglich „sauber“ sein.

Weil sich die IMP zwischen beiden gefügten Werkstoffen ähnlich wie Keramik verhält, ist sie empfindlich gegen Normalbelastungen, weniger jedoch gegen tangenziale. Diese Eigenschaften sind bei der konstruktiven Auslegung zu berücksichtigen (Bild 3).

Durch CMT-Verfahren Platinen mit geringem Wärmeeintrag schweißlöten

Das spezielle Lichtbogen-Schutzgasverfahren CMT realisiert die entscheidenden Voraussetzungen für den Fügeprozess: geringer Wärmeeintrag und gute Regelbarkeit. Beim Fügen von Stahl mit Aluminium benetzen der Zusatzwerkstoff sowie das Aluminium das verzinkte Stahlblech, dann verschmilzt der Zusatzwerkstoff mit dem Aluminium. Anders ausgedrückt: Stahlseitig entsteht eine Lötverbindung, dagegen wird das Aluminium geschweißt. Das Ergebnis wird deshalb auch als Schweißlötung bezeichnet (Bild 4). Für die Platinen haben sich Schweißsysteme bewährt, die mit dem CMT-Prozess beidseitig synchron schweißlöten.

Den dritten Hauptfaktor stellt der Zusatzwerkstoff dar – eine spezielle Aluminiumlegierung: Für eine optimale Naht ist die Position des Zusatzwerkstoffes beim Schweißlöten wichtig.

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