Die Kombination verschiedener Leichtbauwerkstoffe ist für strukturelle und funktionelle Anwendungen sehr wichtig, um maßgeschneiderte Lösungen mit möglichst geringem Materialeinsatz realisieren zu können. Um die Zirkularität von Produkten, Komponenten und Werkstoffen gewährleisten zu können, muss die Möglichkeit der Trennung bereits im Entwicklungsprozess berücksichtigt werden. Für ein Schweißverfahren bedeutet dies, dass auch ein Verfahren zum Trennen der Verbindung existieren oder entwickelt werden muss. Das Metall-Ultraschallschweißen ist als Fügeverfahren im festen Aggregatzustand mit geringer thermischer Belastung der Fügepartner bekannt. Es handelt sich außerdem um ein energieeffizientes, schnelles und sauberes Verfahren, das keine weiteren Komponenten oder Zusatzstoffe erfordert. Die hochfrequenten Schwingungen, die beim Ultraschallschweißen in die Fügepartner eingebracht werden, können Verbindungen erzeugen, eignen sich aber gleichzeitig auch, diese nach Bedarf und mit anderen Prozesseinstellungen wieder separieren zu können. [1,2]

In dieser Studie wurden 1 mm dicke Bleche aus Rein-Aluminium mit 1 mm dicken Blechen aus Rein-Magnesium sowie mit Blechen aus der Magnesiumlegierung AZ31 verschweißt. Die Prozessparameter für das Ultraschall-Punktschweißen wurden bestimmt und auf eine hohe Festigkeit der Multi-Metall-Verbindungen optimiert. Sowohl der Schweißprozess als auch die Verbindungen wurden untersucht und ausgewertet. Während des Ultraschallschweißens wurden Temperaturmessungen am Schweißpunkt mithilfe von Thermoelementen und einer Infrarotkamera durchgeführt. Querschliffe der Verbindungen und Bruchflächen der Schweißpunkte nach der Zugscherprüfung wurden mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie mikrostrukturell untersucht. Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und die Röntgendiffraktometrie (XRD) wurden zur Bewertung der Gefüge und Phasen in der Schweißzone eingesetzt. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass das Ultraschallschweißen keine intermetallischen Phasen an der Aluminium-Magnesium-Grenzfläche erzeugt. Diese Phasen sind in Schweißverbindungen generell unerwünscht, da sie aufgrund ihrer Härte und Sprödigkeit die Verbindungen schwächen können. Allerdings können intermetallische Phasen mit diesen Eigenschaften die gewollte Trennung eines Schweißpunktes erleichtern. Daher wurden die Verbindungen zusätzlich wärmebehandelt, um zielgerichtet intermetallische Phasen an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Magnesium zu erzeugen. Im Vergleich zum Zustand nach dem Schweißen ist die Festigkeit der Verbindungen durch die Wärmebehandlungen verringert. Abschließend wurde Leistungsultraschall eingesetzt, um die Aluminium-Magnesium-Verbindungen vollständig zu separieren.

Referenzen

[1] M. Becker and F. Balle; Metals, 2021, 11(5), 779.

[2] M. Becker et al.; Materials, 2022, 15(21), 7673.