Schweißnahtgüte und Schwingfestigkeit lasergeschweißter Verbindungen aus Aluminium Knet- und Druckgusswerkstoffen

Der Einsatz von Aluminium insbesondere im Automobilbau steigt aufgrund des wachsenden Bedarfs an Leichtbaukarossieren für batterieelektrischen Fahrzeugen weiter stetig an. Der Fahrzeughersteller Volvo steigt beispielsweise als einer der ersten Automobilproduzenten ab 2030 vollständig aus der Produktion von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren aus und ersetzt diese durch Elektromotoren. Einhergehend damit ist die völlige Neugestaltung der Karossiere durch den Einsatz von großformatige Aluminiumdruckgussbauteilen [Ost15, Vol22]. Die Verbindung solcher Gussbauteile zu Aluminiumknetlegierungen erfolgt in der Regel durch Schmelzschweißen. Laserstrahlschweißverfahren besitzen dabei hinsichtlich der eingebrachten Energie Vorteile gegenüber Lichtbogenschweißverfahren. Die herstellungsbedingten Gussfehler in Form von Lunkern oder Gaseinschlüssen führen während des Schweißens aber häufig zu nicht tolerierbaren Schmelzbadauswürfen oder Poren. Ein Lösungsansatz ist der Einsatz der hochfrequenten Strahloszillation, die die Schmelzbaddynamik verändert und auf diese Weise Schweißnahtunregelmäßigkeiten wirksam verhindert [Boe21]. Die Dimensionierung der lasergeschweißten Bauteile hinsichtlich der Aspekte schwingende Beanspruchung erweist sich darüber hinaus trotz hinreichender Nahtqualitäten als Herausforderung. Die geltenden Auslegungskennwerte sind anhand von konventionell mit dem Lichtbogen geschweißten Proben ermittelt [DVS11, FKM12]. Deren Übertragbarkeit auf wesentlich schlankere laserstrahlgeschweißte Nähte ist nicht hinreichend berücksichtigt.
Ziel dieses Beitrages ist es daher, deren Anwendbarkeit der FAT-Klassen nach IIW-Empfehlungen [Hob16] und dem Kerbspannungskonzept nach DVS-Arbeitsblatt 0905 für lasergeschweißte Verbindungen zu diskutieren. Zu diesem Zwecke werden 3 verschiedene Schweißverbindungen aus Aluminium-Druckguss- und -Knetlegierungen hergestellt und deren Schweißnahtqualität mittels metallographischer Querschliffe und CT-Untersuchungen bestimmt. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindungen im Zug- und Ermüdungsversuch ermittelt.