Temperaturunterstützte Prozessketten zum Rollformen und Laserstrahlschweißen hochfester Profile aus der Aluminiumlegierung EN AW-7075

Suckow, Timon (2024)
Temperaturunterstützte Prozessketten zum Rollformen und Laserstrahlschweißen hochfester Profile aus der Aluminiumlegierung EN AW-7075.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026683
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26683

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der vorliegenden Arbeit werden temperaturunterstützte Prozessketten (T6, W und O) zur Herstellung hochfester Profile aus der Aluminiumlegierung EN AW-7075 mittels Rollformen und Laserstrahlschweißen untersucht. Fertigungstechnische Herausforderungen liegen in der schlechten Umformbarkeit und Schweißeignung des Materials. Aufgrund der anhaltenden Nachfrage nach Leichtbaulösungen in der Automobilindustrie ist das Rollformen als kostengünstiges Massenfertigungsverfahren prädestiniert. Zum einen ist eine große Variation an unterschiedlichen Profilformen herstellbar, zum anderen ist das Verfahren in der Industrie weit verbreitet. Zur Evaluation der Prozessketten hinsichtlich der Prozessgrenzen, der erreichbaren Festigkeiten und der geometrischen Genauigkeit werden Modellversuche und FE- Simulationen durchgeführt. Diese werden abschließend in Experimenten zur Herstellung der Profile validiert. Bei Profilen mit einem kleinen Verhältnis von r/s (z. B. V-, U- oder Hutprofil) ermöglichen temperaturunterstützte Prozessketten eine signifikante Erweiterung der Prozessgrenzen, d. h. es können kleinere Biegeradien hergestellt werden. Bei einem großen Verhältnis von r/s (z. B. Rundrohr) wird die Rückfederung nach der Umformung reduziert. Da die Umformung auch bei den temperaturunterstützten Prozessketten (W und O) im kalten Zustand erfolgt, werden die Vorteile der Kalt- und Warmumformung kombiniert. In den temperaturunterstützten Prozessketten haben die folgenden Parameter einen besonderen Einfluss auf die erreichbare Festigkeit der gefertigten Profile: die Lösungsglühtemperatur, die Abkühlrate und die Abschreckverzögerung. Unter der Zielsetzung, die maximale Festigkeit im Endbauteil zu erreichen, erweist sich eine Wärme-Nachbehandlung (WNBH) nach dem Rollformen und Schweißen als zielführend. Diese ist an die jeweilige Prozesskette angepasst und besteht in den meisten Fällen aus dem Lösungsglühen, Abschrecken und Warmauslagern der Profile. Zumeist ist eine sehr kurze Lösungsglühzeit von t = 10 s ausreichend, um eine hohe Endfestigkeit des Materials (≥ 580 MPa) zu erreichen. Dies ermöglicht die Integration des Lösungsglühens und des anschließenden Abschreckens inline in die Prozesskette. Bei der Herstellung geschlossener Profile (z. B. Rundrohr) stellt das Laserstrahlschweißen aufgrund der geringen Schweißeignung der Legierung eine besondere Herausforderung dar. Maßnahmen zur Erhöhung der Schweißnahtfestigkeit sind das Schweißen mit Zusatzwerkstoff (7075-TiC-Draht) und die Durchführung einer WNBH nach dem Schweißen. Dabei sind Festigkeiten von bis zu 567 MPa (Schweißnahtfaktor 0,95) erreichbar. Folglich wird die Machbarkeit der Herstellung hochfester Profile mittels Rollformen und Laserstrahlschweißen nachgewiesen.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Suckow, Timon

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Temperaturunterstützte Prozessketten zum Rollformen und Laserstrahlschweißen hochfester Profile aus der Aluminiumlegierung EN AW-7075

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Groche, Prof. Dr. Peter ; Niendorf, Prof. Dr. Thomas

Publikationsjahr:

5 März 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

XVI, 193 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

17 Januar 2024

DOI:

10.26083/tuprints-00026683

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26683

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

In the present work, temperature-supported process chains (T6, W and O) to produce high-strength profiles from the aluminium alloy AA7075 by roll forming and laser beam welding are investigated. The poor formability and weldability of the material are challenging for processing the material. As a result of the continuing demand for lightweight solutions in the automotive industry, roll forming is ideally suited as a cost-effective mass production process. On the one hand, a large variation of different profile shapes can be produced, and on the other hand, the process is widespread in the industry. Model experiments and FE simulations are conducted to evaluate the process chains with regard to the process limits, the achievable strength and the geometric accuracy. Finally, these are validated in experiments for the production of the profiles. For profiles with a small ratio of r/s (e.g. V-, U- or hat profile), temperature-supported process chains enable a significant extension of the process window, i.e. smaller bending radii can be produced. For a large ratio of r/s (e.g. round tube), the springback after forming is clearly reduced. Since forming also takes place in the cold state in the temperature-supported process chains (W and O), the advantages of cold and hot forming are combined. In the temperature-supported process chains, the following parameters have a significant influence on the achievable strength of the final components: the solution annealing temperature, the cooling rate and the quenching delay. With the aim of achieving the maximum strength in the final component, a post heat treatment (PHT) after roll forming and welding is effective. The PHT is adapted to the respective process chain and in most cases consists of solution annealing, quenching and artificial ageing of the profiles. For the most process chains, a short solution annealing time of t = 10 s is sufficient to achieve a high final strength of the material (≥ 580 MPa). This allows the integration of inline solution annealing and subsequent quenching into the process chain. When producing closed profiles (e.g. round tube), laser beam welding poses a particular challenge due to the low weldability of the material. Welding with filler metal (7075-TiC-wire) and performing a PHT after welding can enhance weld seam strength up to 567 MPa (joint efficiency 0.95). Hence, the feasibility of producing high-strength profiles by roll forming and laser beam welding is demonstrated.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-266835

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU)

TU-Projekte:

HMWK|2017-11-10 00:00:00|ALLEGRO Overhead TP

Hinterlegungsdatum: