DE102009020614A1

DE102009020614A1 - Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeugs

Info

Publication number: DE102009020614A1
Application number: DE102009020614A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper; Arndt Dr.-Ing. Gerick
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Eipper Konrad Dipl-Ing De
Priority date: 2009-05-09
Filing date: 2009-05-09
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeugs (12), bei welchem wenigstens zwei bandförmige Blechstreifen (14, 16, 18) aus unterschiedlichen Materialien nebeneinander angeordnet werden und in ihrer Erstreckungsrichtung miteinander verschweißt werden, wobei die Verschweißung durch Reibrührschweißen oder durch Laserschweißen erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeugs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Halbzeuge, auch Tailored Strips genannt, sind dem Stand der Technik als bekannt zu entnehmen. Es handelt sich hierbei um endlose, bandförmige Bleche, die quer zur Erstreckungsrichtung des Bandes wenigstens zwei Zonen aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. Üblicherweise wird jede dieser Zonen von einem einzelnen Blechband gebildet, welches bei der Herstellung des Halbzeuges von einer Haspel bereitgestellt wird. Mehrere solche Bänder aus unterschiedlichen Materialien werden in einer Schweißstation zusammengeführt und unter kontinuierlichem Vorschub üblicherweise durch Laserschweißen miteinander verbunden. Die Verwendung von Laserschweißverfahren schränkt jedoch die realisierbaren Materialpaarungen im Verbundhalbzeug ein. Insbesondere ist es besonders schwierig, Stahl-Aluminium-Halbzeuge herzustellen. Weiterhin kommt es beim Laserschweißen zu einem hohen Wärmeeintrag, wodurch sich Wärmeeinflusszonen im Übergangsbereich zwischen den verschiedenen Materialien bilden sowie aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien Spannungen im fertigen Halbzeug entstehen. Zudem ist beim Laserschweißen oftmals eine aufwändige Kantenvorbereitung möglich, um endlose Schweißnähte realisieren zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte Herstellung von bandförmigen Verbundhalbzeugen ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeuges werden wenigstens zwei bandförmige Blechstreifen aus unterschiedlichen Materialien nebeneinander angeordnet und in ihrer Erstreckungsrichtung miteinander verschweißt. Erfindungsgemäß erfolgt die Verschweißung hierbei durch Reibrührschweißen. Beim Reibrührschweißen wird ein rotierendes Werkzeug an den Stumpfstoß der wenigstens zwei Blechstreifen mit hoher Anpresskraft angedrückt und entlang der Fügelinie bewegt. Durch die Reibungswärme werden die Materialien im Bereich des Stumpfstoßes plastifiziert und durch die Rotationsbewegung gleichzeitig miteinander vermischt. Dadurch ist das Verbinden der bandförmigen Blechstreifen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als bei üblichen Strahlschweißverfahren möglich. Es ergeben sich demnach auch geringere Wärmeeinflusszonen und geringere Materialspannungen. Durch die Materialvermischung im Fügebereich wird weiterhin ein gradientenartiger Übergang zwischen den Materialien geschaffen, was auftretende Spannungen weiter vermindert. Damit sind auch Materialien, die bislang nur als schwer schweißbar galten, zur Herstellung bandförmiger Verbundhalbzeuge verwendbar. Insbesondere sind Stahl-Aluminium-Hybride, Aluminium-Magnesium-Hybride und auch Aluminium-Aluminium-Hybride aus unterschiedlichen Al-Legierungen realisierbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die bandförmigen Blechstreifen von jeweiligen Haspeln bereitgestellt und unter kontinuierlichem Vorschub durch eine stationäre Reibrührschweißvorrichtung verschweißt. Das rotierende Werkzeug der Reibrührschweißvorrichtung kann somit stationär verbleiben, anstelle einer Werkzeugbewegung werden die zu verschweißenden Blechstreifen kontinuierlich am Werkzeug vorbeibewegt. Damit können unbegrenzt lange Schweißnähte realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bandförmige Blechstreifen mit unterschiedlicher Blechdicke miteinander verschweißt. Dies erhöht den konstruktiven Spielraum bei der Herstellung derartiger bandförmiger Verbundhalbzeuge, die so ein noch weiteres Eigenschaftsspektrum abdecken können.
Bevorzugterweise werden die zu verschweißenden Kanten der bandförmigen Blechstreifen ohne vorherige Vorbehandlung miteinander verschweißt. Die Verfahrensdurchführung kann somit vereinfacht werden, Anlagen zur Durchführung des Verfahrens können auf aufwändige und kostspielige Kantenvorbehandlungseinrichtungen verzichten, was die Investitionskosten bei der Anschaffung einer derartigen Anlage reduziert.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung einer Anlage zum Durchführen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Anlage zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeugs 12 verarbeitet im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Blechstreifen 14, 16, 18, welche aus jeweils unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise können auf die gezeigte Art Stahlbleche mit Aluminiumblechen, Aluminiumbleche mit Magnesiumblechen oder auch Bleche aus verschiedenen Aluminiumlegierungen untereinander verbunden werden.
Die Blechstreifen 14, 16, 18 werden auf Haspeln 20 zur Verfügung gestellt und mittels Treibereinheiten 22 von diesen abgerollt und zu einer Reibrührschweißstation 24 gefördert. In der Reibrührschweißstation 24 werden die Blechstreifen 14, 16, 18 nebeneinander auf Stumpfstoß angeordnet und mittels eines nur schematisch dargestellten Reibrührschweißgeräts 26 miteinander verschweißt. Das Reibrührschweißgerät 26 weist dabei einen rotierenden Werkzeugkopf 28 auf. Dieser wird an den Stumpfstoß zwischen den Blechstreifen 14, 16, 18 mit hohem Anpressdruck angepresst und rotiert dabei gleichzeitig um seine Längsachse. Durch die Reibungshitze werden die Kantenbereiche der Blechstreifen 14, 16, 18 plastifiziert, wobei gleichzeitig durch die Rotation des Werkzeugkopfes 28 eine Materialvermischung eintritt. Damit wird eine Verschweißung zwischen dem Blechstreifen 14, 16, 18 erzeugt, welche aufgrund der geringen Verarbeitungstemperatur nur vernachlässigbare Wärmeeinflusszonen aufweist und aufgrund der Materialvermischung im Schweißbereich einen Eigenschaftsgradienten zwischen den jeweiligen Blechstreifen 14, 16, 18 aufweist, so dass Materialspannungen minimiert werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Anlage 10, welche drei Blechstreifen 14, 16, 18 verarbeitet, sind selbstverständlich zwei Reibrührschweißgeräte notwendig, von denen hier nur eines dargestellt ist.
Die zum Halbzeug 12 verschweißten Blechstreifen werden von einer weiteren Treibereinheit 30 aus der Reibrührschweißstation 24 abgeführt und mittels einer weiteren Haspel 32 aufgewickelt, so dass sie einfach für ihre Weiterverwendung abtransportierbar sind. Im Gegensatz zu Anlagen, die bandförmige Halbzeuge 12 mittels Laserschweißverfahren herstellen, kann in der gezeigten Anlage 10 auf Vorbearbeitungsstationen, welche die Kanten der Blechstreifen 14, 16, 18 auf das Verschweißen vorbereiten, verzichtet werden. Damit ist eine besonders einfache Ausführung der Anlage möglich. Neben unterschiedlichen Materialpaarungen ist in der gezeigten Anlage 10 auch das Verschweißen von Blechstreifen 14, 16, 18 mit jeweils unterschiedlicher Materialstärke realisierbar. Neben dem gezeigten parallelen Verschweißen mehrerer Blechstreifen ist es auch möglich, das aus der Reibrührschweißstation 24 austretende Halbzeug 12 einer weiteren Schweißstation zuzuführen und dort weitere Blechstreifen seitlich an das Halbzeug 12 anzuschweißen, so dass noch komplexere Verbundhalbzeuge gefertigt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines bandförmigen Verbundhalbzeugs (12), bei welchem wenigstens zwei bandförmige Blechstreifen (14, 16, 18) aus unterschiedlichen Materialien nebeneinander angeordnet werden und in ihrer Erstreckungsrichtung miteinander verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung durch Reibrührschweißen oder durch Laserschweißen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bandförmigen Blechstreifen (14, 16, 18) von jeweiligen Haspeln (20) bereitgestellt werden und unter kontinuierlichem Vorschub durch eine stationäre Reibrührschweißvorrichtung (24) oder Laserschweißvorrichtung verschweißt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bandförmige Blechstreifen (14, 16, 18) mit unterschiedlichen Blechdicken miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu verschweißende Kanten der bandförmigen Blechstreifen (14, 16, 18) ohne vorherige Vorbehandlung miteinander verschweißt werden.