Arbeitsfeld 2: Fügetechnische Grundlagen zur Herstellung von komplexen Bauteilen

•  Wolfram-Inertgas (WIG)-Schweißen

Erste Untersuchungen wurden mit manuellen Schweißversuchen durchgeführt. Der Zusatzwerkstoff SG2 in Stabform wurde unter einem Winkel von ca. 20° zu den im Stumpfstoß angeordneten Blechen zugeführt. Die Blechdicken der strukturierten Bleche betrugen 0,5 und 0,7 mm. Die Versuche zeigten, dass beim manuellen WIG-Schweißen eine gute Spaltüberbrückung bis zu 1 mm gegeben ist. Dadurch lassen sich auch Bleche mit leicht welliger Schnittkante fügen. Durch Einsatz der Impulstechnik mit positiver Polung der Elektrode und einer Frequenz im einstelligen Hertzbereich konnte ein Lochbrand verhindert werden. Nach dem Fügen ergibt sich wieder ein vollständiges Wabenbild.

Zugversuche von gefügten strukturierten Blechen bestätigen eine hohe Festigkeit der Schweißnaht.

•  Cold-Metal-Transfer-Schweißen (CMT)

Erste Versuche mit dem wärmearmen CMT-Verfahren zeigen, dass sich sehr gleichmäßige Schweißnähte für Strukturtiefen bis 4 mm herstellen lassen. Die Schweißungen wurden teilmechanisiert mit einer automatisierten Vorschubbewegung (Linearführung) durchgeführt, die keine Höhenregelung zur Blechoberfläche berücksichtigt. Als Schutzgas wurde ein aktives Gasgemisch mit 82% Ar und 18% CO₂ und als Zusatzwerkstoff G₃Si₁ verwendet.

Überlappverbindungen sind problemlos für Blechdicken von 0,5 und 0,7 mm möglich. Untersuchungen am Stumpfstoß zeigten, dass bei größeren Spaltbreiten eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Lochbrand besteht. Zulässige Spaltbreiten sind in weiteren Untersuchungen zu definieren.

•  Weiterentwicklung und Anpassung der Fügetechnologien

Die bestehende Technikausstattung der Nachwuchsforchergruppe wurde um ein Robotergestütztes 3D-Nahtführungssystem in seinem Leistungs- und Anwendungsbereich grundlegend erweitert. Um die aufgeführten Fügeuntersuchungen im Bereich des Lichtbogenschweißens und Plasmaschneidens an strukturieren Blechen gezielt vornehmen zu können, bedarf es einer funktions- und anwendungsgerechten Erweiterung. Es muss eine mehrdimensionale Verfahr- und Positioniermöglichkeit der Schweißbrenner zur Blechstruktur ermöglicht werden, um sich der Topologie der strukturierten Blechoberfläche flexibel anzupassen, Abstände nachzuregulieren und den Vorgaben entsprechend abzufahren. Bei der Auswahl des Nahtführungssystems wurde der Komplexität der abzuarbeitenden Nahtformen Rechnung getragen, dass neben den prinzipiell einfach zu erkennenden Überlapp- oder T-Stößen auch der Stumpfstoß bearbeitbar ist. In diesem Fall kann sich das System nicht an geometrischen Unterschieden der beiden Fügepartner orientieren. Als Positioniereinheit nutzt das Sensorsystem einen hochgenauen 6-Achsroboter. Dieser ermöglicht durch seine besonders genaue Positionierung der Roboterhand, eine hervorragende Reproduzierbarkeit der eingestellten Schweißparameter in Bezug auf Geschwindigkeit und Position.