PUNKTSCHWEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE VON DURCH KALTVERFORMUNG

PUNKTSCHWEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE VON DURCH KALTVERFORMUNG

ERHÖHTER FESTIGKEIT

Von

F. ^BAUER

Institut für ~fechanische Technologie und :l\Iaterialstrukturlehre, Technische Universität, Budapest

In der heutigen technologischen Praxis wird die Festigkeit der Stähle durch Legieren, Wärmebehandlung, Kaltvcrformung sowie durch die Kombina- tion dieser Verfahren erhöht. Bei sehweißbaren Stählen werden der Festigkeits- erhöhung durch Legieren, einerseits durch die Schweißbarkeit der Stähle [1-5], anderseits durch die bedeutenden Kostenwirkungen der Legierung Grenzen gesetzt. Bei Blechen stellen sich hinsichtlich der Wärmebehandlung mehrere technische Probleme [6, 7].

Von den genannten Verfahren zur Festigkeitserhöhung läßt sich - beson- ders für Dünnbleche - die Kaltyerformung günstig anwenden. Die Kaltver- formung von Blechen erfolgt durch Kaltwalzen.

Durch Kaltverformung läßt sich die Festigkeit billiger Stähle mit gerin- gem Karbongehalt günstig beeinflussen, wodurch sich bei Dünnblechkonstruk- tionen Materialeinsparung und günstigere Konstruktionsmöglichkeiten errei- chen lassen.

Selbstverständlich ma,chen sich die Vorteile der durch Kaltverformung erhöhten Festigkeit nur geltend, wenn durch das Verbindungsverfahren der Bleche die festigkeitserhöhende Wirkung der Kaltverformung nicht aufgc- hoben bzw. die Güte der Verbindung nicht beeinträchtigt wird.

Wie bekannt, können durch Wärmewirkung in kaltverformten Metallen Erweichung, Rekristallisation sowie Alterung eintreten [8, 9, 10]. Durch die Erweichung wird die festigkeitserhöhende Wirkung der Kaltverformung aufgehoben, durch die Rekristallisation - besonders die sekundäre Rekris- tallisation - sowie die Alterung die Plastizität der Schweißverbindung ver- mindert.

In der Fachliteratur wurden in den letzten Jahren mehrere Beiträge veröffentlicht, die über die Prüfung von Sch"weißverbindungen aus kaltver- formtem Stahl berichten [1l--17]. Hauptz"weck dieser Forschungen war, festzu- stellen, "welche Vergröberung, Erweichung sowie Alterung beim Sehweißen von in geringem Maße (5 bis 15%) kaltverformten Stählen auftreten, und wie dies(~

die Eigenschaften der Verbindung beeinflussen. Dureh diese Forschungen sollte eine Revision bzw. Aufhebung der Verbote erreicht werden, die die

F. B.·jr.;ER

schweißtechnische Verwendung von bei der Fertigung kaltyerformten (kanten- gebogenen, gepreßten usw.) Werkstoffen einschränken.

Anhand der Literaturangaben und der unternommenen V oryersuche ist anzunehmen, daß unter Anwendung geeigneter Schweißverfahren und bpi geeigneten schweißtechnischen Parametern die Stähle mit durch KaltverfQr- mung erhöhter Festigkeit für Schweißyerhindungen geeignet sind. Die Vorteile der Kaltverformung sind hesonders dann bedeutend, wenn zeitgemäßc Verhindungsverfahren von hoher Produktivität verwendet werden. Da für Dünnbleche eine der modernsten Verbindungsmethoden die Punktschweißung ist, die neben der hohen Produktivität auch den Vorteil eines für kaltverformte Werkstoffe sehr günstigen \\Tärmezyklus hat, wurden im Laufe unserer For- schungsarbeit die Punktschweißverhindungen aus Blechen mit durch Kalt- walzen erhöhter Festigkeit geprüft.

Für die Versuche wurden unlegierte Weichstahlhleche mit geringem (0,16%) Karbongehalt benutzt.

Aus Blechen von 10 nun Stärke wurden durch Kaltwalzen und Zwischen- wärmcbehandlung 2 mm dicke Bleche mit Kaltverformungsgraden zwischen

o

und 80% hergestellt.

Die Ergebnisse der an diesen Blechen durchgeführten Zugprüfung in Längsrichtung sind in Ahh. 1 dargestellt. Durch eine 80prozentige Kaltver- formung (q) wurde die Zugfestigkeit der geprüften Bleche vom im normalisier- ten Zustand - also bei einem Kaltverformungsgrad 0% gemessenen Wert

UB = 48 kp/mm² auf U); = 80 kpjmm² erhöht (67prozentige Zunahme).

Selbstverständlich läßt sich die festigkeitserhöhende Wirkung der Kalt- verformung nur his zu einem bestimmten Grad ausnutzen, da mit höhcrer Festigkeit die Plastizität des Werkstoffes abnimmt. Bei der Verarbeitung wcr- den die Bleche zum Teil kaltverformt (Kantenhiegung) bzw. wird von Baustäh- len immer cine gewisse Plastizität gefordert, damit keine Sprödbruchgefahr besteht. Der amn~ndbaren Kaltverformung wird also durch den yon der Ver- arbeitung und der Art der Konstruktion abhängigen, vertretharen :Minimal- wert der Plastizität eine Grenze gesetzt.

Um den Einfluß des Kaltverformungsgrades auf die Punktsclrweißver- hindungen zu prüfen, wurden aus in verschiedenem Grade geformten Blechen yon 2 mm Dicke die ZweiplUlkt-Sehweißverbilldullgen hergestellt (Abb. 2).

Die angewandten Kaltverformungsgrade erreichten 10, 30, 50 und 80%.

Um einen Bezugsweit zu haben, wurden auch unter Anwendung von normali- sierten Blechen Schweißverhindungen hergestellt.

Bei der Erhitzung kaltyerformter Werkstoffe können Erholung und Rekristallisation erfolgen, die über Erweichung und Korngrößenänderung dip Güte der Punktschweißverbindung beeinflussen.

Erweichung und Rekristallisation des kaltverformten Stoffes werden - wie bekannt - auch durch die lUaterialgüte, und nehen dem Kaltverfor-

PF:YKTSr.HlFEISSBARKEIT DER STAIILBLECHE 377 mungsgrad durch die Erhitzungstemperatur und durch die Heißhaltezeit hcstimmt.

60,2 [kp/mm²]

6₈ [kp/mm²] ljI

l%]

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

20 - 19 18 17 16 15

o

10

x x

. - - - 0

+---+

A - - - A

,

40 50

7'0

20 30 60 80 Cf

[%]

4bb. 1. Die Anderung der meehani5chen Eigen5chaften in Abhängigkeit ,"om Kaltyerformung:~­

grad

15 :. 30

I 0 : M'

. 2

--i-i~

~ _I

~ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ _ _ _ _ _ _ _ _ ~-L _ _ ~L-~--L

I.

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^.1.

^{70 .}

^I

200 I

i

\- ~

Abb. 2. Zweipunkt-Schweißverbindung

Bei demselben Grundstoff sind die Temperaturen in den einzelnen Teilen der Wärmewirkungszone und die Heißhaltezeiten yon der Art der W-ärmezu- fuhr, also von den Schweißparametern abhängig. Bei unseren Untersuchun- gen wurden also zwei unterschiedliche Parametergruppierungen geprüft.

Eine yon diesen gewährleistete eine weiche, die andere eine harte Arbeitsweise.

Für die erstere sind eine lange Sch'weißzeit und geringe Stl:omstärke kenn-

37ö F. BAUER

zeichnend. Dadurch verbreitert sich die Wärmewirkungszone, Temperatur und Heißhaltezeit nehmen in einzelnen Teilen zu und als Ergebnis letzterer Erschei- nungen wächst die Wahrscheinlichkeit der Erweichung und Rekristallisation.

Bei einer durch kurze Schweißzeit und große Stromstärke gekennzeichneten, harten Arbeitsweise vermindert sich die Wahrscheinlichkeit der Erweichung und Rekristallisation infolge der raschen Wärmezufuhr und darauffolgenden raschen Abkühlung.

0,3 .J.---;~---___,

O , 2 . J . - - - t f - - f - - l = l = - - - i

0,1 -1---++-1---1---1---+-\---1

2000 2200 2600 2800 Fs [kp]

Abb. 3. Histogramm der Scherkräfte der Schweißverbindungen und die theoretische Verteilung

Es ist bekannt, daß die Festigkeit der Schweißverbindungen - auf die WirklJng von zufallsbestimmten Faktoren - eine gewisse Streuung aufweist.

Das gilt besonders für Punktschweißverbindungen; wegen der größeren Anzahl zufallsbestimmter Faktoren ist hinsichtlich der Festigkeit bei Punktschweiß- verbindungen eine größere Streuung zu verzeichnen als unter Anwendung anderer Schweißverfahren. Derartige Kennwerte lassen sich lediglich nach den Methoden der mathematischen Statistik korrekt aus·werten [18].

Zu einer solchen Auswertung muß die Verteilung der Meßergebnisse bekannt sein, und da bis jetzt für Punktschweißverbindungen darüber keine geeigneten Angaben zur Verfügung standen, wurde durch Ansatzuntersuchung die Dichtefunktion (F_s) der Scherkraft von punktgeschweißten Verbindungen bestimmt.

Da es sich mit großer Wahrscheinlichkeit annehmen läßt, daß die Scher- kraft der Verbindungen einer Gaußschen Normalverteilung folgt, stellte die durchgeführte Untersuchung eigentlich eine Normalitätsprüfung dar.

PFSKTSCHIFEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE 37(1

Für die Normalitätsprüfung wurden 112 unter gleichen Umständen geschweißte Prüfkörper benutzt. Die aus diesen bestimmten Scherkräfte wur- den nach zwei graphischen Verfahren, nach dem Histogramm- und dem Gauß- papierverfahren, sowie mit der sog. z2-Probe ausgewertet.

Abb. 3, die das aus den Meßergebnissen konstruierte Histogramm sowie die Dichtefunktion der theoretischen Verteilung darstellt, veranschaulicht.

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^-0/_-

"-.... ~

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S91?3 j-"

PrUfu~gser;eb~jsse

cO "Thes;etisc~e Gerade

40-~

i I ..

2300 2700 2800 2900 3000

F

s

[kp]

Abb. 4. Das nach den Prüfergebnissen konstruierte DiagramIll und die theoretische Gerade

daß durch die Scherkraftverteilung der punktgeschweißten Verbindungen die Gaußsche Normalverteilung gut angenähert wird.

In Abb. 4, sind die Prüfungsergebnisse auf Gaußpapier dargestellt. Auch durch die geringe Abweichung von der theoretischen Geraden des nach den Prüfungsergebnissen konstruierten Diagramms wird die vorstehende Fest- stellung bestätigt.

Naeh der z2-Probe besteht für die lVIeßergebnisse zwischen der sog.

empirischen Verteilung und der theoretischen Verteilung keine signifikante differenz, d.h. die Seherkraftverteilung von Punktschweißverbindungen darf - in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der anderen zwei Unter- suchungen - für eine Gaußsche Normalverteilung gelten.

Unter Anwendung von in verschiedenem Grade kaltverformten Blechen wurden nach weicher und harter schweißtechnischer Arbeitsweise Verbindun- gen hergestellt. Durch Zugprüfung wurde einer der wichtigsten Kenn'werte der

380 F. llAL"ER

Punkt~chweißverbjndungen, die Scherkraft, bestimmt. Anhand der Prüfungs- ergebnisse, die für Prüfkörper aus demselben 'Verkstoff unter Anwendung derselben Schweißtechnologie erhalten wurden, ermittelten wir den lVIittel- wert

(FJ

und die Streuung (5*) der Scherkräfte.

Abb.5 zeigt den Scherkraftmittelwert mit harter Arbeitsweise geschweiß- ter \-erbindungen und deren Stremmg, in Abhängigkeit vom Kaltvcrformungs-

S' ^{I ,}

+ ^/ +

*

o 10 20 30 40 50 60 70 i 80

;~

^S'

~~IIFS ,

10

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[%J

0 10 30 50 80

o nicht signifikante Ab\\'e:chu:ls

• sigr,ifikcnte Ab\\lejc~;:.Jng

S Cl N eißmaschien: A r = 5 per.

Fe~ 125 kp

J =13,6 KA de=7 mm

.. _~~

:

'~'~:

^=3,43

q. C%]

.·Ibb . .5. Der .'\Iittelwert und die Streuung der Scherkraft der Schweißyerbindunr.;en in Ahhän- gigkeit ,"om Kaltvcrformung!'grad

grad. Der Scherkraft mittelwert nimmt mit zunehmendem Kaltverformungs- grad zu. Die Scherkraft der punktgeschweißten Verbindungen von 80prozentig kaltverformten Blechen ist im Vergleich zu Verhindungt-n aus normalisit-rten, also nicht kaltverformten Blechen um 86% größer.

Um den Verlauf der :Mittelwerte in Ahhängigkeit vom Kaltverformungs- grad zu analysicren, wurden die I\Iittelwcrte nach mathcmatisch-statistischen .Methoden miteinander verglichen. Dabei ergab sich, daß die Scherkraft der Schweißverhindungen aus kaltverformten Blechen hei ciacm Konfidenzniveau von 99% von der Scherkraft der Schweißverbindungcn aus normalisiertell Blechen signifikant abweicht. Dies!:'s Konfidenzniveau bedeutet, daß dit>

Ab'weichung statistisch gesichert ist.

Infolge dieser Scherkraftänderung stellt dic Kaltverfol'mung ein sehr

\'orteilhaftes Verfahren zur Festigkeitserhöhung des Ausgangsstoffes dar.

Die Ergehnisse zeigen, daß durch K Iltverforll1ung nicht nur die Festig- kt>it des Grundstoffes sondern auch die der Punktnähte erhöht wird. Dadurch ,,-ireI dip Vorteilhaftigkt'it dpr Kaltverformung noch größt-r. Die durch Kalt-

Pl·XKTSCHWEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE 381 verformung erzielte Festigkeitserhöhu:lg wäre nämlich seIhst dann vorteil- haft, wenn die Scherkraft der Punktnähte gleich dem bei normalisierten Blechen erzielbaren Wert bliebe. Im Falle in Abb. ;) stimmt die Scherkraftzu- nahme praktisch mit der Festigkeitszunahme des Ausgangsstoffes überein.

Das bedeutet, daß es nicht erforderlich ist, beim Verschweißen ,-on Blechen höherer Festigkeit dil' Zahl der Schweißpunkte ^7.U erhölwll.

2 ODO-i--j---+--+--+--+---1--~

I I ' . -1---

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c 000 +----.j---

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+ +

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'0 2C 30 LQ 50 60 70 80

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B O R

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^S.

10

Q

q[%] 0 10 30 5080

o nicht signifikante Abweichung

• 3!grrifikonte Abveichung Schweipmoschine: A : = 50 per, :; =8,5 KA Fe=125kp

..

52 c [%J

Abb. 6. Der ~Iittelwert und die Streuung der Scherkraft der Schweißyerbindungen in Ahhän- gigkeit vo'in Kaltverformungsgrad ^C

In Ahb. ;) ist neben dem Scherkraftmittelwert auch die Streuung der Scherkräfte dargestellt, die mit der Umformung zunimmt. N aeh der Analyse der Streuungen mit der F-Probe besteht zwischen den Streuungen der Verbin- dungen aus normalisierten bzw. aus kaltn'rformten Blechen eine signifikante Abweichung. Das ist für die Güte der Verbindungen ungiinstig. Auf diese Fragt·

wird bei der Behandlung der Bemessungsscherkraft näher eingegangen.

Ahb. 6 enthält die Untersuchungsergebnii3se von in weicher Arbeitsweis(' geschweißten Verhindungen. Die Veränderungen sind von ähnlicher Art wie d j(.

\·origen, nur hinsichtlich ihrer Größe ist eine geringfügige Ahweichung zu n·rzeichnell.

Abb. 7 bezieht sich auf in harter Arbeitsweise geschweißte Verbindungen.

Im Verhältnis zu der in den vorigen Ausführungen behandelten harten schweiß- technischen Arbeitsweise ist in diesem Falle der Elektrodendruek höher: als Ergebnis hleiht die genannte Streuullgszunahme aus.

382

3000

I I I

tJ.

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I

11

I I - - I

I

^{I !} _I ^!

2000 tJ.

F. BAUER

I

I I

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^I

I

,

I

1

8 0 I E F ' S 30

1~ S'

q [%] 0 10 30 80

o nicht signifikante Abweichung

• signifikante Abweichung SchweiGmoschine: P

1000~,

¹

1

s'

I

1 ___ 1---4---~~~~/--~1----~--~~~

I

1

I

I

^I

I

^{I I}

I I

, _I

t = 5 per. J =12,5 KA re = 425 kp oe= 7:nm

, I I,

^{I, I} S~=60%=135

0-1 ! I I . I I ( I I I L S; ^{= :JC/c '}

o 10 20 30 1.0 50 60 70 80 q. ~/oJ

Abb. 7. Der ;\fittelwert und die Streuung der Scherkraft der Schweißverhindungen in Abhän- gigkeit vom Kaltverformungsgrad

40JO+---~=-~~~~-r---r---.---.~-

( I ⁱ

- I I

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::OOG-tJ.

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^{I I}

I

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I

I I I' -'I

i

I ,

^{/8' I}

80lErS

₁₀

1~ S'

q L%] 0 10 30 80

o nicht signifikante Abvieicn~-g

• signifikante Abweichung Schweißrncschine: P t =100 per. ^J = 5,9 KA

re=~60 kp d_e= 7 mm

~: =80 % ='1,1,.3 +'--i---+I---+I--~i~~I----~--~--+

o I .

i :

I

I , I ..

o 10 20 30 1,0 50 60 70 80 q [kp]

:::; :: J %

Abb. 8. Der Mittelwert und die Streuung der Scherkraft der Schweißverbindungen in Abhän- gigkeit vom Kaltverformungsgrad

PUNKTSCHIFEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE 383 Abb. 8 betrifft mit einer besonders weichen Arbeitsweise hergestellte Ver- hindungen und weist wesentliche Ergebnisse auf.

Im Gegensatz zu den bisherigen Annahmen und praktischen Meinungen, entstanden selbst in dieser Arbeitsweise mit langsamer Wärmezufuhr und lan- ger Heißhaltezeit keine für die Festigkeit abträglichen Veränderungen. Der höhere Elektrodendruck führte auch hier zur Stabilisierung der Streuung.

,A" Moschine: - -

"pli Maschine: _ _ _

'''''''r''''''

F"I = 0% s~; co %

~ ---~---~

_ _ ~~/.::s_' _ _ I

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^{A : I}

Schweiß- maschine

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2~-_7Fs ! -- ~

~----~~======~~~

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^{I I •}

50 100 t [per

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t[PcriodJ ¹1 50

~--+---~~

Fsq=!io% 1.86 1,38

Fsq=o%

5* q=~o%

Sq=O% ^{3,43 3,52}

Fe [kp] 125 125

Fsq~,o% _

1,70

I Fsq=o%

! 5*

I q=,o% _-

1,35

! Sq=O%

I

^{Fe [kp] 425}

100

1,43

1,43 160

Ab[,. 9. Der :Mittelwert und die Streuung der Scherkraft der Schweißverbindungen in Abhän- gigkeit von der Schweißzeit

In Abh. 9 sind die heschriehenen Untersuchungs ergeh nisse zusammen- gefaßt. Die Ahhildung zeigt den Quotienten aus den mittleren Scherkräften und den Streuungen der Schweißverhindungen aus 80prozentig kaltverformten sowit> normalisierten Blechen, in Ahhängigkeit von der Sclrweißzeit.

5 Pcriodica Polytechnica ,,1. X"Ij4.

F. BAl"EH

Aus der Abbildung lassen sich folgende Schlüsse ziehen:

1. ::'Ilit yerlängerter Schweißzeit nimmt die Zunahme des Scherkraft- mittelwerts ab (bei 5 Perioden beträgt die Zunahme 70 bis 86%; bei 50 Perio- den 38%; hei 100 Perioden 43%).

2. Beim Schweißen von kaltyerformten Blechen stellt die richtige Wahl des Elektrodt'Ildrucks f'in(e wichtige Bedingung dar, da bei falsch gewähltem

SchvJeißmoschine: P

=100 ~ec. J =5,9 KA

=-e=160kp Ge=7mm

20

Abb. 10. Die \nderung der Bemc"snngsscherkräfte in Abhängigkeit vom Kaltverformungsgrad

Elektrodenclruck die Streuung der Scherkräfte stark zunimmt (Schweiß- maschine A, Fe = 125 kp; 243 bis 252%: Sclnqc'ißmllschine P, Fe = 425 hzw.

160 kp; 35 hzw. 43prozcntige Zunahme der Scherkräftestreuung).

3. Durch die Schweißzeit wird die Streuung der Scherkräfte nicht heeinflußt.

Aus den bisherigen Ausführungen läßt sich feststellen, daß die Festig- keitszunahme clf'r Verhindungen von kaltverfonnten und bei geeignet gewähl- tem Elektrodendruck und geeignet gewählter Schweißzeit gesclnn'ißten Ble- chen die Festigkeitszunaluue des Grundstoffs erreichen kann.

Es wurde im Vorstehenden nachgewiesen, daß die Scherkraft von punkt- geschweißten Verhindungen einer Gaußsehen N ormah-crtcilung folgt. In Kennt- nis des Mittelwerts und der Streuung der Scherkl'äfte läßt sich die zum vorge- gehene'l Konfidenzniveau gehörende SfJg. Bemessungsscherkraft errechnen.

PUXKTSCHTFEISSBAliKEIT DEli STAHLBLECHE 385

Das bedeutet, daß bei einer z. B. zum Konfidenzniveau von 99% gehö- renden Bemessungsscherkraft nur im Falle I

%

aller Schweißpunkte zu erwar- ten sei, daß die tatsächliche Scherkraft die Bemessungsscherkraft unterschreitet.

Die Bemessungsscherkraft wird wie folgt gedeutet: FSbp

= F

_s t· s*.

Dabei bedeuten: ^F,bp die zum Konfidenzniveau p gehörende Bemessungsscher- kraft;

F

_s den Mittelwert der Scherkräfte; s* deren Streuung. t ist der zum einseitigen Konfidenzniveau p gehörende Student-Faktor.

4000

•

3000

x

^{p= 95 %}

~:GO +---~---~---__

:..0 50 5C ⁿ⁾ :30 i-

Abb. 11. Die Änderung der Bemessungsscherkräfte in Abhängigkeit vom Kaltverformungsgrad Die mathematisch-statistisch gedeutete Bemessungsscherkraft gestattet bei Punktschweißverbindungen eine genauere Bemessung als bisher [4, 19, 20].

Die Bedeutung der von uns gedeuteten Bemessungsscherkraft wird in den folgenden Abbildungen veranschaulicht.

Abb. 10 zeigt die Xnderung der im vorstehenden Sinne gedeuteten Bemes- sungsscherkärfte in Abhängigkeit von der Kaltverformung. Der unzweck- mäßig gewählte Elektrodendruck führte zu einer größf>ren Streuung der Scher- kräfte der Verbindungen aus kaltverformten Blechen. Als Ergebnis der größe- ren Streuung infolge von Kaltverformung ist die die Punktfestigkeit erhöhende tatsächliche Wirkung der Kaltverformung um so geringer, je höher das Kon- fidenzniveau. Bei einem Konfidenzniveau von 99,95% wird die Bemessungs- scherkraft durch die Kaltverformung praktisch nicht ·weiter erhöht.

Abb. II zeigt einen ähnlichen Fall, mit dem Unterschied, daß hier bei einem Konfidenzniveau von 99,95

%

die Bemessungsscherkraft in Abhän- gigkeit von der Kaltverformung bereits eine fallende Tendenz aufweist.

5*

3/;6 F. RAl'ER

In Abh. 12 blieh die Streuung infolge des richtig gewählten Elektroclell- drucks praktisch ständig und daher stimmt die Zunahme der zu yerschiede- nen Konfidenzniyeaus gehörenden Berechnungsscherkräfte fast mit der Mittel- wertzunahme üherein. Unter solchen Verhältnissen ist also die Kaltyerformung der Bleche auch für die Festigkeit der Punktschweißllähte günstig.

F

_sbp

[kp]

300J.

;--_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -_--'"x ~= 55 ::/0

__

----x---~o ~=97,5 '10

_

_ _ _ _ 0 _ _- - ' : c, _~ =:~;; ", ... , ... / "

_ _ --'-_ _ - ' -_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ + --.;D. ~ =99,S5 %

= 5 :::er". J == 12,5 KA

=-e =425 k~ oe == 7 mm

...

10 2C 3e L..D 50 5C ~~, :::2 q.

[,/oJ

Abb. 12. Die Allderung der Bemessungsscherkräfte in Abhängigkeit vom Kaltverformungsgrad

Ahh. 13, die - im Gegensatz zur yorigen - Ergebnisse enthält, die für

III weicher Arheitsweise hergestellte Verbindungen kennzeichnend sind, ist ähnlichen Charakters. Das ist auch die Folge des richtig gewählten Elektroden- druckes.

Durch die Ahbildungen 'wird gut veranschaulicht, daß für die Gütehe- stimmung von punktgeschweißten V crhindungen der l\Iittelwert der Scher- kräfte allein nicht genügt. :\"immt nämlich mit dem erhöhten Mittelwert auch die Streuung zu, so hleibt die aus Gründen der Sicherhcit zulässige Scherkraft- zunahme hinter der Zunahme des l\Iittelwertes zurück.

Aus dem Gesagten folgt, daß die gegenwärtige Bestimmung der optima- lcn Parameter nicht stichhaltig ist. Gegenwärtig werden die Punktf'ehweiß- parameter für optimal gehalten, bei denen der l\Iitteh,-ert der Seherkräfte maximal ist. Unserer Meinung nach sollten die Parameter für optimal gelten, bei denen die im Vorstehenden beschriehene Bemessungsscherkraft maxim:ll ist. Bei der 'N ahl der Schwcißpanil11eter ist al;;o a ueh die \"Virkung derselben Euf die Streuung unhedingt zu herück3ichtigen.

PCYKTSCHJTEISSBARKEIT DER :3TAHLBLECHE 387

In Abb. 14 sind Ergebnisse von Härteprüfungen an Schweißverbindun- gen ausgeführt in weicher sowie in harter Arbeitsweise dargestellt. Die Abbil- dung enthält die Härte der "\Värmewirkungszone in Abhängigkeit von der Kalt- verformung. Als Bezugswert ist in der Ahbildung auch die Härte des Grunrl- stoffes angegeben.

- fiKP-_'1 ,sop LI

3 GOo

___ ---=----r----

^{P=~'- ~~c}

•

o

20 30 (,0 50 50 70 80 q. ~/oJ

Abb. 13. Die Xnderung der Bemessungsscherkräfte in Abhängigkeit ,"om Kaltverformungsgrad

300 280 260 21,0 220 200 c80

per' ..

I

\/hr::1ee:rf:~ßzc-e 'C: :er. J

160

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I

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0 10 20 30 LO 50 6] ^{I' ... :} 80 er ~/~

Abb. 14. Die Härte des Grundstoffes und der Wärmewirkungszone in Abhängigkeit ,"on der Schweißzeit und dem Kaltverformu~gsgrad ~ ~

388 F. BAUER

Aus den Prüfungsergebnissen folgt, daß bei harten Arbeitsweisen die Härte der Wärmewirkungszone mit der Grundstoffhärte übereinstimmt, also keine Erweichung erfolgt.

Bei einer Anzahl der in weicher Arbeitsweise geschweißten Verbindungen wurde eine Härteverminderung in der Wärmewirkungszone beobachtet. Bei einer Schweißzeit von 50 Perioden wurden die Wärmewirkungszonen von 80prozentig kaltverformten Blechen, bei einer Schweißzeit von 100 Perioden auch schon von 50prozentig verformten Blechen erweicht. Es erfolgte jedoch selbst bei der Schweißzeit von 100 Perioden und bei einem Vervormungsgrad von 80% keine vollständige Erweichung.

Durch mikroskopische Untersuchung wurde festgestellt, daß in der

\Värmewirkungszone eine Rekristallisation nur bei hohem Verformungsgrad und einer weichen Arbeitsweise eintrat. Als Ergebnis der Rekristallisation entstand ein feinkörniges Gefüge.

Die Ergebnisse der Härteprüfungen und mikroskopischer Untersuchun- gen beweisen in gleicher Weise, daß in der Wärmewirkungszone von kaltver- formten Blechen unter gewissen Bedingungen (hoher Verformungsgrad und weiche Arbeitsweise) Erweichung und Rekristallisation erfolgen, die jedoch die Festigkeit der Verbindung nur unwesentlich beeinflussen.

Aus den vorigen Ausführungen geht hervor, daß bei Stahlblechen die Kaltverformung als Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit bei der Punkt- :;chweißung so·wohl für den Grundstoff als auch für die Punktnaht sich günstig anwenden läßt.

Diese Feststellung gilt - nach den Forschungsergebnissen - auch für Aluminiumbleche. Ein kaltverformtes Aluminiumblech kann jedoch beim Schweißen bei langsamer Wärmezufuhr dermaßen erweichen, daß die Festigkeit der Punktnaht auf die Festigkeit der Punktnaht aus ausgeglühten Blechen abnimmt.

Bei sog. Hüttenaluminiumblechen 99,5yrozentiger Reinheit wurde durch 80prozentigc Kaltverformung dic Festigkeit des Grundstoffes etwa auf das Doppelte, die Festigkeit der bei einer Schweißzeit von 20 Perioden hergestell- ten Punktnaht um 30 bis 35 % erhöht. Bei einer Schweißzeit von 50 Perioden nahm die Festigkeit der Punktnaht im Vergleich zur Festigkeit der Punkt- naht aus Blechen in weichem Zustand nicht weiter zu.

Die Kaltverformung läßt sich also zur Festigkeitserhöhung für Alumi- nium in gleich günstiger Weise wie für Stahl verwenden, lediglich die Arbeits- weise bei der Ausführung der Schweißung muß genügend hart eingestellt werden; im entgegengesetzten Fall wirkt die Kaltverformung auf die Scherfestig- keit der Punktnaht nicht erhöhend und die Zahl der Punktnähte muß der Festigkeitszunahme des Grundstoffes entsprechend erhöht werden.

PFSKTSCHIVEISSBARKEIT DER STAHLBLECHE 389 Zusammenfassung

Die Kaltverformung wird als Methode zur Festigkeitserhöhung seit langer Zeit benutzt.

",lit ihrer Hilfe läßt sich eine bedeutende Festigkeitserhöhung erzielen. In der Praxis hat die erhöhte Festigkeit zahlreiche Vorteile. Mit der Anderung des Kaltverformungsgrades ändert ,;ich selbstverständlich nicht nur die Festigkeit sondern auch die Plastizität des Werkstoffes.

Da die Kaltverformung eine gut regelbare Technologie darstellt, gewährleistet sie beson- ders für Bleche die Herstellung eines \"Verkstoffes mit den zweckmäßigsten Eigenschaften.

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, daß sich die Kaltverformung für die Festigkeitserhöhung von dünnen Stahl- und Aluminiumblechen mit Punktschweißverbindun- gen günstig anwenden läßt.

LiteratUl'

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Ferenc BAUER, Budapest XI, Mllcgyetem rkp. 3, Ungarn