Basics of process physics and joint formation in resistance projection welding processes

Abstract

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung des Prozessverständnisses von Widerstands-Buckelschweißverfahren. Es werden die bekannten grundlegenden physikalischen Prozessgrößen von Widerstandsschweißprozessen auf diese Verfahren übertragen und deren Relevanz für den Prozess mittels analytischer und numerischer Methoden an Hand eines Prozessbeispiels abgeschätzt. Die Arbeit liefert somit ein physikalisches Prozessmodell, welches zum einen das Prozessverständnis vertieft zum anderen auch eine Grundlage für die Verbesserung der numerischen Finite Elemente Simulation bildet. Einen weiteren Fortschritt bringt die vorgelegte Arbeit durch die Untersuchungen zur Verbindungsbildung von Metallen (in diesem Fall rostfreie Stähle) im semi- festen Zustand mit sich. Durch die systematische Untersuchung der Einflussgrößen Temperatur, Druck und Scherung in der Grenzfläche zwischen zwei Probekörpern wird ein Kriterium erarbeitet, welches eine Abschätzung des Schweißergebnisses ermöglicht. Somit wird einerseits ein vertieftes allgemeines Verständnis des Festkörperschweißens sowie ein spezifisch für das Buckelschweißen gültige Verständnis aufgebaut. Eine Kombination des Verbindungsbildungskriteriums mit einem numerischen Modell zur Simulation des Gesamtprozesses ermöglicht eine Vorbewertung von Fügeaufgaben. Hierzu werden erste Ansätze präsentiert, um die Anwendbarkeit der Vorarbeiten in der numerischen Simulation aufzuzeigen. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wird somit eine Reduktion des experimentellen Aufwandes bei der Prozessentwicklung des untersuchten Verfahrens erreicht und die Vorbewertung künftiger Fügeaufgaben erleichtert. Des Weiteren lassen sich, durch die Gestaltung der durchgeführten Versuche, allgemeingültige Schlüsse ziehen, welche auch für artverwandte Widerstandsschweißverfahren einen Mehrwert darstellen.