QSEAL: Quantifizierung der Schweißeignung im Aluminium-Druckguss

Das Fügen von Aluminium-Druckgusswerkstoffen ist mithilfe verschiedenster Fertigungsverfahren wie dem Kleben, dem mechanischen Fügen und dem Schmelzschweißen möglich. Schmelzschweißverfahren zeichnen sich hierbei besonders durch eine hohe Automatisierbarkeit, kurze Prozesszeiten und ein geringes Gewicht der Fügeverbindung aus. Die schweißtechnische Verarbeitung von Aluminium-Druckgusswerkstoffen ist jedoch mit diversen Herausforderungen verbunden. So wurde in zahlreichen Publikationen die wasserstoffinduzierte metallurgische Porenbildung sowie das Auftreten von Durchschüssen und Schmelzbadauswürfen als zentrale Herausforderung identifiziert. Das Auftreten dieser Defekte erfolgt meist unregelmäßig und ist stark von der variierenden Werkstoffqualität abhängig. Eine Ursache für die Schwankungen der Werkstoffqualität liegt in der Vielzahl an Einflussfaktoren, wie beispielsweise Wasserstoffgehalt, Zusammensetzung des Formtrennmittels und dessen Konzentration sowie die Auslegung der Druckgießform auf das fertige Druckgusserzeugnis begründet.

Infolge der auftretenden Ungänzen beim Schweißen von Aluminium-Druckguss, insbesondere beim Dichtschweißen von Gehäusebauteilen, entstehen hoher Ausschuss sowie hohe Kosten für notwendige Nacharbeit. Zugleich verschlechtert sich der ökologische Fußabdruck der Baugruppen. Nur wenn durch eine zuverlässige Prognose der Schweißeignung das Ausschussrisiko gesenkt werden kann, kann das das wirtschaftliche Potenzial der Schweißaufgabe voll ausgeschöpft werden.

Ziel des Projektes ist es, die Wirkzusammenhänge zwischen der Druckgussqualität (Eingangsgröße) und dem Schweißergebnis (Ausgangsgröße) systematisch zu analysieren und zu quantifizieren. Dem Vorhaben liegt dabei die Arbeitshypothese zu Grunde, dass ein quantifizierbarer Wirkzusammenhang zwischen verschiedenen, leicht zu ermittelnden, Größen aus dem Druckgießprozess (z. B. Formtrennstoff, Dichteindex), dessen numerischer Simulation und dem Schweißergebnis statistisch abgesicherter Testschweißungen besteht. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass mit Hilfe moderner, multivariater Datenanalyseverfahren signifikante Haupteffekte auf die Schweißeignung identifiziert und die Korrelationen zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen quantifiziert werden können. Es wird weiterhin unterstellt, dass die Ursachen für Schweißnahtdefekte, insbesondere für Durchschüsse, in einen durch gieß- oder schweißtechnische Maßnahmen steuerbaren Anteil und einen zufälligen Anteil unterschieden werden können. Das Vorhaben zielt darauf ab, den steuerbaren Anteil auf gieß- und schweißtechnischer Seite zu identifizieren und zu minimieren.