Deutliche Reduktion der Silikatablagerungen auf den Schweißnähten
Schweißverfahren: Verarbeitung im Fokus
Diese Beeinträchtigungen führten dazu, dass im Fahrwerk noch immer vorwiegend unverzinkte Bleche verwendet werden. Denn das sogenannte Metallaktivgasschweißen, MAG abgekürzt, hat sich weltweit durchgesetzt. „Das MAG-Schweißverfahren lässt sich zum einen hervorragend automatisieren und erlaubt zum anderen deutlich höhere Toleranzen als andere Schweißverfahren“, so Marco Queller aus dem Bereich Innovation bei thyssenkrupp Steel. „In Kombination mit verzinkten Stahlfeinblechen entsteht allerdings deutlich mehr Nacharbeitsaufwand. Poren und Bindefehler in der Naht können nur mit erheblichem Aufwand gefunden und nachgearbeitet werden. Dadurch nimmt die Verarbeitung mehr Zeit in Anspruch und die Prozesse sind insgesamt anfälliger für Störungen.“
Forschungsprojekt: Werkstoffkompetenz bündeln
Vor diesem Hintergrund lag es für thyssenkrupp Steel nahe, die Einflüsse unterschiedlicher Zinkschichtsysteme im Hinblick auf Schweißbarkeit und Korrosionsverhalten zu untersuchen. So entstand ein praxisnahes Forschungsprojekt, das die Entwicklungsingenieure aus Duisburg gemeinsam mit ihrem langjährigen Kunden, dem international aufgestellten Zulieferer Kirchhoff Automotive, durchführten. „Den Ausschlag für die Kooperation gaben vor allem vielversprechende Weiterentwicklungen im Bereich der Prozessführung und Regelung von Schweißprozessen“, erinnert sich Marco Queller.
Mit der Kooperation betraten die Partner kein Neuland. Bereits 2019 hatten die beiden Unternehmen ein Verfahren entwickelt, um Silikat-Ablagerungen beim MAG-Schweißen zu reduzieren. Dr. Jan Stuhrmann, R&D-Manager bei Kirchhoff Automotive, sagt: „Aufgrund der positiven Zusammenarbeit in der Vergangenheit fanden wir es sinnvoll, auch bei dem Thema‚ praxisorientiertes Schweißen verzinkter Stähle‘ mit den Fügespezialisten aus dem Hause thyssenkrupp Steel in einer weiteren Kooperation die Kompetenzen zu bündeln und die Untersuchungen gemeinsam durchzuführen.“ Auch das neue Kooperationsvorhaben wurde daher von Anfang an gemeinsam geplant und umgesetzt.
Über einen Zeitraum von zwei Jahren testeten die Ingenieure verschiedene Zink-Oberflächenbeschichtungen sowie diverse Einflüsse und Prozessoptimierungen bei den Prozessparametern. Die Untersuchungen wurden an mikrolegierten und Mehrphasen-Stählen wie beispielsweise dem DP600 und dem CP-W800 in Dicken von 1,5 und 3,0 Millimeter durchgeführt. Weil die Tests parallel im Schweißlabor in Duisburg und im Attendorner Schweißtechnikum von Kirchhoff Automotive durchgeführt wurden, kamen dabei auch Geräte verschiedener Hersteller zum Einsatz. Am Ende zogen die Forschungspartner ein positives Fazit: „Durch die Wahl einer hochwertigen Beschichtung in Verbindung mit spezifischen Veränderungen im Schweißprozess ist es uns gelungen, die Qualität der Schweißnaht von zinkbeschichteten Feinblechen bei gleichzeitig guten Korrosionseigenschaften optimieren. Entscheidende Verbesserungen im Prozess brachte zudem der Einsatz von modernen Stromquellen, mit denen sich die Wärmeeinleitung und damit auch die Strom- und Spannungsverläufe gezielter steuern lassen. Dadurch entstanden deutlich weniger Poren und Spritzer“, so Marco Queller.
Bewertung: MAG-Schweißen und Korrosionsschutz sind kombinierbar
Als Kriterien für die Bewertung wurden die Stabilität des Lichtbogens, die Porenmenge und -größe und die Menge an Zinkabdampfung, beziehungsweise Zinkoxid und Spritzerbildung angesetzt. „Einen guten Kompromiss aus Schweißeignung, Qualität und Korrosionsbeständigkeit stellt die gängige Z100-Feuerverzinkung dar“, so Christian Dahmen, Technology Development Specialist bei Kirchhoff Automotive. Als gut geeignet hat sich während der Versuchsdurchführung auch die Zink-Magnesium-Beschichtung ZM Ecoprotect® erwiesen. Sie weist im Vergleich zur Standardverzinkung einen signifikant verbesserten Korrosionsschutz auf.
„Mit ZM Ecoprotect® konnten wir die beste Stabilität des Lichtbogens erzielen“, berichtet Marco Queller. Durch die positiven Ergebnisse und gewonnen Erkenntnisse aus den Untersuchungen wird es den Forschungspartnern zukünftig möglich sein, die Schweißqualitäten von verzinkten Materialien erheblich zu verbessern und durch prozesstechnische Anpassungen die Nacharbeitsquoten zu verringern. Gleichzeitig wird der Korrosionsschutz sichergestellt.
