TY - THES

T1 - Entstehungsmechanismen von Zinkspitzen beim Widerstandspunktschweißen an feuerverzinkten Stahlfeinblechen

AU - Hofmann, Pia

N1 - gesperrt bis null

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Widerstandspunktschweißen ist vor allem in der Automobilindustrie das vorrangig eingesetzte Fügeverfahren bei der Fertigung von Karosserien. Bis zu 5000 Schweißpunkte finden sich in einer einzigen Fahrzeugkarosse, weswegen Hersteller und Verarbeiter stets um die Optimierung der Prozessparameter und des Schweißergebnisses bemüht sind. Einige neuartige metallische Überzüge auf Blechen erschweren den Schweißprozess jedoch. Konkret treten beim Punktschweißen von Zink-Magnesium (ZM) beschichteten Stahlfeinblechen an der Schweißpunktoberfläche sogenannte Spitzen bzw. Grate auf, die zum einen den späteren Lackiervorgang beeinträchtigen können und zum anderen optisch störend sind, vor allem in für Kunden sichtbaren Bereichen wie beispielsweise dem Türrahmen von Fahrzeugen. Diese Spitzen stellen ein bisher unbekanntes Phänomen dar, welches bei vergleichbaren metallischen Überzügen nicht und auch bei ZM nur unter speziellen Bedingungen auftritt. Während die neuartige ZM-Überzug in vielen Gesichtspunkten, wie zum Beispiel der Presswerkzeugabnutzung beim Umformen und der Korrosionsbeständigkeit, große Vorteile mit sich bringt, ist die Verarbeitbarkeit aufgrund dieser Punktschweißproblematik dennoch eingeschränkt. Im Rahmen der Arbeit wurden daher mögliche Entstehungsmechanismen der Zinkspitzen evaluiert, wurden Schweißpunkte optisch bewertet und mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Schweißparameter wurden vielfach variiert, um deren Einfluss auf die Oberflächenqualität zu beurteilen. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Elektrodengeometrie, der Schichtdicke, der Blechölung, sowie der Elektrodenabnutzung in eine umfangreiche Parameterstudie inkludiert. Als zielführend haben sich Untersuchungen mit Fokus auf die Temperaturentwicklung an der Schweißpunktoberfläche erwiesen, da die Zinkspitzen nur in einem bestimmten Temperaturbereich entstehen können. Dieser Bereich wurde experimentell bestimmt und entsprechende Schweißparameter gefunden, die zu optisch akzeptablen Schweißpunkten auf ZM-Blechen führen. Der Entstehungsmechanismus, beruhend auf Anlegierungen an rauen Elektrodenoberflächen, kombiniert mit schmelzflüssigem Schichtmaterial zum Zeitpunkt des Elektrodenabhubs, wurde detailliert untersucht. Abhilfemaßnahmen konnten aufgrund des Verständnisses der Zinkspitzenentstehung - unter Berücksichtigung der großtechnischen Umsetzbarkeit - formuliert werden. Diese reichen von der Optimierung der Schweißparameter, hinsichtlich Wärmeeinbringung und Elektrodenpolitur nach dem Fräsvorgang, bis hin zur Änderung der Schweißpunktabfolge zugunsten niedrigerer Gesamtblecherwärmung.

AB - Widerstandspunktschweißen ist vor allem in der Automobilindustrie das vorrangig eingesetzte Fügeverfahren bei der Fertigung von Karosserien. Bis zu 5000 Schweißpunkte finden sich in einer einzigen Fahrzeugkarosse, weswegen Hersteller und Verarbeiter stets um die Optimierung der Prozessparameter und des Schweißergebnisses bemüht sind. Einige neuartige metallische Überzüge auf Blechen erschweren den Schweißprozess jedoch. Konkret treten beim Punktschweißen von Zink-Magnesium (ZM) beschichteten Stahlfeinblechen an der Schweißpunktoberfläche sogenannte Spitzen bzw. Grate auf, die zum einen den späteren Lackiervorgang beeinträchtigen können und zum anderen optisch störend sind, vor allem in für Kunden sichtbaren Bereichen wie beispielsweise dem Türrahmen von Fahrzeugen. Diese Spitzen stellen ein bisher unbekanntes Phänomen dar, welches bei vergleichbaren metallischen Überzügen nicht und auch bei ZM nur unter speziellen Bedingungen auftritt. Während die neuartige ZM-Überzug in vielen Gesichtspunkten, wie zum Beispiel der Presswerkzeugabnutzung beim Umformen und der Korrosionsbeständigkeit, große Vorteile mit sich bringt, ist die Verarbeitbarkeit aufgrund dieser Punktschweißproblematik dennoch eingeschränkt. Im Rahmen der Arbeit wurden daher mögliche Entstehungsmechanismen der Zinkspitzen evaluiert, wurden Schweißpunkte optisch bewertet und mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Schweißparameter wurden vielfach variiert, um deren Einfluss auf die Oberflächenqualität zu beurteilen. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Elektrodengeometrie, der Schichtdicke, der Blechölung, sowie der Elektrodenabnutzung in eine umfangreiche Parameterstudie inkludiert. Als zielführend haben sich Untersuchungen mit Fokus auf die Temperaturentwicklung an der Schweißpunktoberfläche erwiesen, da die Zinkspitzen nur in einem bestimmten Temperaturbereich entstehen können. Dieser Bereich wurde experimentell bestimmt und entsprechende Schweißparameter gefunden, die zu optisch akzeptablen Schweißpunkten auf ZM-Blechen führen. Der Entstehungsmechanismus, beruhend auf Anlegierungen an rauen Elektrodenoberflächen, kombiniert mit schmelzflüssigem Schichtmaterial zum Zeitpunkt des Elektrodenabhubs, wurde detailliert untersucht. Abhilfemaßnahmen konnten aufgrund des Verständnisses der Zinkspitzenentstehung - unter Berücksichtigung der großtechnischen Umsetzbarkeit - formuliert werden. Diese reichen von der Optimierung der Schweißparameter, hinsichtlich Wärmeeinbringung und Elektrodenpolitur nach dem Fräsvorgang, bis hin zur Änderung der Schweißpunktabfolge zugunsten niedrigerer Gesamtblecherwärmung.

KW - resistance spot welding

KW - hot dip galvanization

KW - zinc spikes

KW - weld spot surface quality

KW - welding parameter optimization

KW - electrode abrasion

KW - sensitive study

KW - temperature flow

KW - critical temperature range

KW - electrode polishing

KW - accretion of welding material on electrode

KW - welding sequence

KW - Widerstandspunktschweißen

KW - Zinkspitze

KW - Zinkkrone

KW - Schweißpunktoberfläche

KW - Elektrodenabnutzung

KW - Schweißbereich

KW - Optimierung Schweißparameter

KW - Elektrodenpolitur

KW - Schweißpunktabfolge

M3 - Diplomarbeit

ER -