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Monday, September 19, 2022, TZ 6 1:30 PM Festigkeit und Bemessung |
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Beeinflussen der Schwingfestigkeit durch einen Anlassimpuls beim Kondensatorentladungsschweißen von Antriebsstrangkomponenten aus Einsatz- und Vergütungsstählen. |
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Julius Lindenmaier* / Mercedes-Benz AG, Deutschland Dirk Lindenau / Mercedes-Benz AG, Deutschland Uwe Füssel/ TU Dresden, Deutschland |
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Das Kondensatorentladungsschweißen (KE-Schweißen) eignet sich zum ringförmigen Widerstandsschweißen von Antriebsstrangkomponenten. Das simultane Aufschmelzen des gesamten Umfangs der Naht sowie die konzentrierte und geringe Wärmeeinbringung (Schweißzeit <40 ms) resultiert in einem kaum erkennbaren thermischen Verzug und einem vergleichsweise geringen Spannungszustand. Insbesondere beim Schweißen von großen Durchmessern (bis 250 mm) bietet das Verfahren folglich Vorteile gegenüber Schweißprozessen mit punktförmiger Wärmeeinbringung (z. B. Laserschweißen). Da beim KE-Schweißen nur eine begrenzte Anbindungsbreite erzielt werden kann (ca. 2 - 3 mm), ist eine hohe Schwingfestigkeit der ringförmigen Schweißnaht von entscheidender Bedeutung. In dieser Untersuchung wird die Beeinflussung der Schwingfestigkeit durch einen zweiten nachgelagerten Stromdurchfluss der Fügestelle (sog. Anlassimpuls) nach dem eigentlichen Schweißen an rotationssymmetrischen Proben (Durchmesser 54 mm) aus Einsatz- und Vergütungsstählen behandelt. In einem zeitgemäßen Simulationsmodell wird zunächst die Spannungsverteilung in der Wärmeeinflusszone nach dem impulsartigen KE-Schweißprozess theoretisch betrachtet und ein schmaler Randbereich mit erhöhtem Eigenspannungszustand festgestellt. Durch einen zweiten Stromdurchfluss der Fügestelle kann dieser erhöhte Spannungszustand, abhängig von der resultierenden Temperaturentwicklung, reduziert werden. Um den Einfluss dieser Minderung des Spannungszustandes auf die quasistatische und die Schwingfestigkeit zu untersuchen, werden Schweißproben ohne und mit einem nachgelagerten Anlassimpuls für drei unterschiedliche Werkstoffkombinationen hergestellt. Die Proben werden anschließend einer quasistatischen Auspressprüfung sowie einer zugschwellenden Schwingprüfung (Einstufenversuch, R= 0,1) bis zum vollständigen Probenbruch unterzogen. Es wird festgestellt, dass die statische Schweißnahtfestigkeit durch einen Anlassimpulse um bis zu 100% gesteigert werden kann. Die zugschwellenden Prüfung mit verschiedenen Lastniveaus zeigt, dass die Schwingfestigkeit der Schweißnaht durch einen Anlassimpuls insbesondere für hohe Lastniveaus stark erhöht werden kann. Für Lastniveaus im Übergangsbereich zur Dauerfestigkeit kann keine signifikante Steigerung der Schwingfestigkeit ausgemacht werden. REM-Untersuchungen der Bruchflächen zeigen, dass zerstörte Proben mit Anlassimpuls große Schwingbruchanteile und Restbruchflächen mit duktilen Gewaltbruchmerkmalen aufweisen. Für Schweißproben ohne Anlassimpuls werden geringere Schwingbruchanteile und Restbruchflächen mit spröden Gewaltbruchmerkmalen festgestellt. |