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EFB-Forschungsbericht Nr. 196

Verbesserung des Umformverhaltens von Tailored Blanks durch prozessintegrierte Anpassung der Schweißnahteigenschaften

EFB196.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. e.h.mult. Heinz Haferkamp, Dr.-Ing. Jens Bunte, Dipl.-Ing. Ben Boese, Laser Zentrum Hannover e.V. ( LZH), Prof. Dr.-Ing. Volker Thoms, Dipl.-Ing. Marko Schatz, Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

115 Seiten (sw 74, teils farbige Abb., 9 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-152-9

Preis (Digital) EUR 70,00

Preis (Print) EUR 79,20

Zusammenfassung

Das Vorhaben umfasst neue Erkenntnisse beim Fertigen von Blechformteilen aus laserstrahlgeschweißten und umgeformten Blechen.

Im schweißtechnischen Teil wird das Laserstrahlschweißen mit prozessintegrierter Wärmebehandlung von verschiedenen mikrolegierten Feinkornbaustahltypen sowie Aluminium behandelt. Als Prozesstechnik kommt ein Nd:YAG-Festkörperlaser mit max. 4 kW zum Einsatz, die Wärmebehandlung durch Vor- oder Nachwärmen erfolgt seriell mit einem Diodenlaser bis 1,2 kW oder einer Mikroplasmastrahlquelle sowie diskontinuierlich mit dem genannten Nd:YAG-Laser. Es wird metallographisch der Einfluss des Nachwärmens auf das Gefüge der Schweißnaht dargestellt.

Durch verschiedene Testverfahren werden die Umformeigenschaften untersucht.

Der zur Beurteilung von Tailored Blanks übliche Tiefungsversuch nach Erichsen wird dahingehend modifiziert, dass der halbkugelförmige Stempel durch einen Stempel mit der Kuppenform einer sehr tiefen Ellipse ersetzt wird. Damit kann der Rissbeginn sicher in die Schweißnaht verlagert werden, wodurch eine reproduzierbare Auswertung der Versuche ermöglicht wird. Mit Hilfe der visioplastischen Formänderungsanalyse wird an ausgewählten Proben der Werkstofffluss im Bereich der Schweißnaht dargestellt.

Die Anwendung anderer Umformversuche, wie der Hutbiegeversuch, das Näpfchenziehen und der Biegeversuch, lässt keine aussagefähigen Unterscheidungen der Umformeigenschaften zu. Mit dem modifizierten Tiefungsversuch kann für den Werkstoff H 300 X +Z eine deutliche Verbesserung der Umformeigenschaften durch Nachwärmen in der Schweißnaht dargestellt werden. Für den Werkstoff H 340 M +OC wird ebenfalls ein positiver Trend ersichtlich, allerdings nicht in dieser Schärfe.

Bei den untersuchten Stahlwerkstoffen zeigt sich, dass die Verbesserung der Umformeigenschaften durch Wärmenachbehandlung in der Schweißnaht vom Kohlenstoffäquivalent sowie der Schweißgeschwindigkeit abhängig sind.

Das Forschungsvorhaben „Verbesserung des Umformverhaltens von Tailored Blanks durch prozessintegrierte Anpassung der Schweißnahteigenschaften“ wurde unter der Fördernummer AiF 12528BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 196 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1. Einleitung
2. Stand der Technik
2.1 Schweißtechnik
2.1.1 Laserstrahlschweißen
2.1.2 Plasma- und Wolfram Inert-Gas-Verfahren (WIG)
2.1.3 Kombination verschiedener Energiequellen
2.1.4 Kombination Laser / Lichtbogen
2.1.5 Kombinierte Schweißverfahren / Hybridschweißen
2.1.6 Lichtbogenunterstütztes Laserstrahlschweißen
2.1.7 Induktiv unterstütztes Laserstrahlschweißen
2.2 Werkstoffe
2.2.1 Höherfeste mikrolegierte Feinkornbaustähle
2.2.2 Bake-Hardening-Stähle
2.2.3 DP-Stähle
2.2.4 IF Stähle
2.2.5 Aluminium
2.2.6 Schweißtechnische Verarbeitung mikrolegierter Stähle
2.3 Blechumformen
3. Zielstellung
4. Versuchstechnik
4.1 Versuchswerkstoffe
4.2 Schweißversuche
4.2.1 Schweißenergiequelle
4.2.2 Wärmequellen zum Nach- und Vorwärmen
4.2.3 Schweißparameter und Anordnung der Wärmequellen
4.2.4 Härtemessung
4.3 Umformversuche
4.3.1 Einachsiger Zugversuch
4.3.2 Erichsen Tiefungsversuch
4.3.3 Näpfchen-Tiefziehprüfung
4.3.4 Hutbiegeversuch
4.3.5 Biegeversuch
4.3.6 Visioplastische Formänderungsanalyse
5. Versuchsergebnisse
5.1 Schweißen
5.2 Metallographische Untersuchungen
5.2.1 Tailored Blanks aus Stahl
5.2.2 Tailored Blanks aus Aluminium
5.3 Bestimmung des Temperaturverlaufes
5.4 Einfluss auf die Verzinkung
5.5 Umformversuche
5.5.1 Tailored Blanks aus Stahl
5.5.2 Tailored Blanks mit unterschiedlicher Blechdicke
5.5.3 Schlussfolgerungen
5.5.4 Tailored Blanks aus Aluminium
6. Zusammenfassung
7. Literaturverzeichnis