Ultraschallfügen von Aluminium/Titan-Verbunden für hybride Leichtbauanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Balle
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233949021

Hybride Leichtbaustrukturen prägen die Entwicklung zukünftiger Fahrzeugkonzepte im Bereich der Verkehrstechnik und Luftfahrtindustrie. Zur Realisierung solcher Multi-Material-Systeme müssen geeignete und effiziente Fügetechnologien zur Verfügung stehen. Eine zielführende Verbindungstechnik für Aluminium-Titan-Mischverbunde stellt das Metall-Ultraschallschweißen dar, wobei die Verbindung im festen Zustand verbunden mit entsprechenden mikrostrukturellen Vorteilen realisiert werden kann. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll das Ultraschallschweißen für technisch relevante Konstruktionswerkstoffe auf Aluminium- und Titan-Basis detailliert untersucht werden. Dazu wird die Ultraschallschweißtechnologie insbesondere im Bereich der Prozesskontrolle sowie der Schweißwerkzeuge für hoch beanspruchbare Al/Ti-Mischverbunde weiterentwickelt.Zur Identifikation der optimalen Prozessvariante für Strukturanwendungen im hybriden Leichtbau soll ein direkter Vergleich der Ultraschallpunkt- und Ultraschalltorsionsschweißtechnik stattfinden. Hierbei ist die experimentelle Ermittlung der kinematischen Einflüsse der Ultraschallschwingungen ein zentraler Punkt, die durch den Einsatz der Laser-Vibrometrie hochaufgelöst während des Schweißprozesses erfolgt. Die prozessrelevanten Parameter Schweißkraft, Schwingungsamplitude und Schweißenergie werden unter Nutzung moderner statistischer Versuchsmethoden bestimmt.Grundsätzlich mögliche Vorgänge während der Verbindungsbildung wie Diffusion, Mischkristallbildung, Beseitigung von Passivierungsschichten und die damit verbundenen atomaren Wechselwirkungen der Leichtmetalle sind mittels Elektronenmikroskopie und hochauflösender Spektroskopie zu bestätigen oder zu widerlegen. Die Bindungsphänomene sollen in Abhängigkeit der gewählten Prozessvariante und deren spezifischer Prozessparameter beschrieben und somit ein Modell zur Bindungsbildung beim Ultraschallschweißen von Al/Ti-Mischverbunden erarbeitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Institution: Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik GmbH; an der Universität Kaiserslautern (IFOS)