Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Stoffschlüssiges Fügen von Kupfer und Aluminium
Die mit herkömmlichen Schmelzschweißverfahren nicht schweißbare Kombination Kupfer und Aluminium soll stoffschlüssig gefügt werden, Ziel ist eine gute Festigkeit, ein robuster Prozess sowie eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Bauteile. Konkret sollten Mischverbindungen an ebenen, blechförmigen Bauteilen hergestellt werden.
Weiterentwicklung des Rührreibschweißverfahrens
Das Rührreibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) ist ein mechanisches Fügeverfahren, welches die Fügepartner in der festen Phase verbindet. Am IWS wurde der Prozess hinsichtlich Regelung und Werkzeuggeometrie so erweitert, dass bei geeigneter Prozessführung auch das Fügen artungleicher Metalle möglich ist. Bedingt durch das Fehlen von Schmelzbädern werden unerwünschte schmelzmetallurgische Effekte wie intermetallische Phasen von vornherein weitgehend unterbunden.
Funktionsprinzip des Rührreibschweißens
Das rotierende FSW-Werkzeug übt über eine sogenannte Schulter Druck auf die Materialoberfläche an der Fügestelle aus und plastifiziert mittels Reibungswärme den Werkstoff. Ein in das Material eingetauchter Pin reguliert den Werkstofffluss. So entsteht ein feinkörniges, thermomechanisch verfestigtes Nahtgefüge mit hohen Festigkeitswerten. Blech- oder streifenförmige Bauteile lassen sich sowohl im I-Stoß als auch im Überlappstoß verbinden.
Erfolgreiche Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe
Wie interne Tests zeigen, ist das Fügen von Aluminium und Kupferbauteilen in unterschiedlichen Legierungen und Fügegeometrien möglich. Zugversuche zeigen, dass der Bruch bei optimierten Schweißparametern in der Regel im weniger festen Aluminium-Werkstoff erfolgt.
Vorteile für die elektrische Leitfähigkeit
Im Vergleich zu anderen Verfahren zum Fügen artungleicher Metalle wird eine völlig andere Schweißzone generiert: Die für alle Schmelzschweiß- oder Lötverfahren typische flächig durchgehende Übergangszone zwischen beiden Materialien entsteht beim Rührreibschweißen nicht, da die Materialien gemeinsam verformt und verknetet werden. Vorteilhaft ist dies etwa für die elektrische Leitfähigkeit, diese wird nicht mehr durch eine durchgehende, gering leitfähige intermetallische Zwischenschicht reduziert.
