Neue Prüfkonzepte für Hartlötverbindungen

Dieser Beitrag thematisiert die Auswirkungen von Nahtunregelmäßigkeiten auf die Ermüdungsfestigkeit von Hartlötverbindungen anhand von zwei neuartigen Prüfkonzepten. Eine wesentliche Herausforderung bestand hierbei in der Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens im Bereich hoher bis sehr hoher Lastspielzahlen.
Dazu wurden sowohl blech- als auch rohrförmige Prüfgeometrien entwickelt bei denen Nahtunregelmäßigkeiten gezielt eingebacht wurden. In umfangreichen Ermüdungsversuchen und fraktographischen Analysen konnten Zusammenhänge zwischen der Qualität der Hartlötverbindungen und der Belastbarkeit erarbeitet werden. Die detektierten Nahtunregelmäßigkeiten wurden normgerecht klassifiziert und der Belastbarkeit gegenübergestellt. Somit lässt sich ein quantitativer Zusammenhang zwischen den vorliegenden Nahtunregelmäßigkeiten und der Langzeit-Ermüdungsfestigkeit der Fügeverbindung ableiten.
Die blechförmige Nahtkonfiguration zeigt, dass die Ermüdungsfestigkeit infolge einer einseitigen Versteifung signifikant reduziert wird, jedoch unabhängig von der sich real ausbildenden Anbindungsfläche der Versteifung ist. Eine Differenzierung der Belastbarkeit der Lötverbindungen ist durch die Ausprägung der Hohlkehlen orthogonal zur Belastungsrichtung sowie eines Lötgutüberlaufs auf den Grundwerkstoff möglich. Die rohrförmige Nahtkonfiguration zeigt ebenfalls einen systematischen Einfluss der Nahtunregelmäßigkeiten auf die Langzeit-Ermüdungsfestigkeit. Die Größe der kritisch belasteten Hohlkehle ist hier kein eindeutiges Zeichen für eine hohe Belastbarkeit. Mikroskopische Unregelmäßigkeiten im kritisch belasteten Nahtbereich wirken stark festigkeitsmindernd und bauen die positive Wirkung von großen Hohlkehlenradien vollständig ab.