Das Buckelschweißen durch Kondensatorentladung (KE) ist ein einfaches und effizientes Fügeverfahren, das durch sehr kurze Schweißzeiten und hohe Stromstärken gekennzeichnet ist. Um die stoffschlüssige Fügeverbindung beim KE-Buckelschweißen herzustellen, muss die äußere Grenzschicht des Metalls entfernt werden. Anschließend müssen die Kontaktflächen sich soweit annähern, dass atomare Bindekräfte wirken. Das Entfernen der äußeren Grenzschicht des Metalls kann durch das Verdrängen der festen Phase (plastische Verformung), der flüssigen Phase (Schmelze) oder der gasförmigen Phase (Metalldampf) geschehen. Der Stromfluss wird aufgrund der Buckelgeometrie in der Fügezone konzentriert. Dort entsteht eine hohe Leistungsdichte, welche die Oberflächenaktivierung verursacht. Durch das anschließende Aufeinanderpressen der aktivierten Kontaktflächen entsteht die Fügeverbindung. Somit entsteht die Fügeverbindung nicht über die schmelzflüssige Phase, weshalb sich keine Schweißlinse beim KE- Buckelschweißen ausbildet. Durch den Einsatz der aktuellsten Anlagentechnik ist es beim KE-Schweißen erstmals möglich, den Stromfluss zu unterbrechen. Dadurch kann die Entladung des Kondensators so gestaltet werden, dass unterschiedliche Maximal- stromstärken bei immer gleichen Stromanstiegsgeschwindigkeiten entstehen. Die Stromflussunterbrechung wurde für elf verschiedene Zeitpunkte und vier verschieden Blechoberflächen (Lieferzustand, Geschliffen, Verzinkt und Nitriert) durchgeführt. Durch die experimentellen und simulativen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass ohne das Vorhandensein einer Oberflächenaktivierung keine stoffschlüssige Fügeverbindung beim KE- Buckelschweißen hergestellt werden kann und, dass die Oberflächenaktivierung auf das Verdrängen gasförmiger Phase (Metalldampf) zurückzuführen ist, da in der Fügezone eine elektrische Leistungsdichte über 1 MW/cm² auftritt. Die Oberflächenaktivierung beginnt im Außenbereich der Buckelgeometrie. Mit steigender Schweißzeit schreitet die Oberflächenaktivierung kontinuierlich fort und erreicht das Zentrum der Buckelgeometrie, womit die gesamte Kontaktfläche aktiviert ist.:Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis 1. Einleitung 2. Buckelschweißen durch Kondensatorentladung 2.1. Verfahrensgrundlagen 2.1.1. Aufbau einer Kondensatorentladung (KE)-Anlage 2.1.2. Prozessablauf 2.1.3. Stoff- und Kontaktwiderstände 2.1.4. Erwärmung in der Fügezone 2.1.5. Klassifizierung der Schweißspritzern 2.2. Kurzzeitschweißen mit hoher Wärmestromdichte 2.2.1. Kontaktieren 2.2.2. Aktivieren 2.2.3. Herstellen des Stoffschlusses 2.2.4. Nachpressen 2.3. Prozessalternativen zum KE-Einpulsschweißen 2.3.1. MFDC-Kurzzeitschweißen 2.3.2. Mehrkondensatorsystem (MCS) 2.3.3. Getaktete Kondensatorentladung (gKE) 2.4. Numerische Prozesssimulation 2.4.1. Komplexitäten der Prozesssimulation 2.4.2. Prozesssimulationen zum KE-Buckelschweißen 2.4.3. Modellierung des Kontaktwiderstands 2.4.4. Modellierung großer temperaturabhängiger Deformationen 3. Ableiten der Forschungsfrage 4. Methodik 4.1. Statistische Versuchsplanung 4.1.1. Unterbrechen des Stromimpulses 4.1.2. Einfluss des Oberflächenzustandes 4.2. Bewerten der Fügeverbindung 4.2.1. Ermitteln der Auspresskraft 4.2.2. Metallografie 4.2.3. Übergangswiderstandsmessung 4.3. Bewerten des Fügeprozesses 4.3.1. Messdatenerfassung und -auswertung 4.3.2. Hochgeschwindigkeits-Schlieren-Aufnahmen 4.3.3. Numerische Prozesssimulation 5. Ergebnisse 5.1. Bewertung der Fügeverbindung 5.1.1. Ermitteln der Auspresskraft 5.1.2. Metallografie 5.1.3. Übergangswiderstandsmessung 5.2. Bewertung des Fügeprozesses 5.2.1. Messdatenauswertung 5.2.2. Hochgeschwindigkeits-Schlieren-Aufnahmen 5.2.3. Numerische Prozesssimulation 6. Oberflächenaktivierung 6.1. Notwendigkeit der Oberflächenaktivierung 6.2. Charakterisierung der Oberflächenaktivierung 7. Metalldampfschweißen 7.1. Herstellen der Fügeverbindung 7.2. Übertragung der Erkenntnisse auf Prozessalternativen 7.3. Praxisnahe Bewertung der Metallverdampfung 7.4. Metalldampfschweißen als Schweißverfahren 8. Zusammenfassung Literaturverzeichnis A. Diagramme B. Tabellen C. Abbildungen D. Metallografie E. Werkstoffkennwerte F. Technische Zeichnungen

The work carried out is based on the thesis properties of clinched joints are determined by the proportions of binding mechanisms form-closure, force-closure and material-closure. To describe the acting binding mechanisms and thus to derive the joint properties, detailed knowledge of the local effect of the individual binding mechanisms is necessary to ensure their targeted adjustment by the joining process. The targeted setting of different proportions of the binding mechanisms is achieved firstly via tool geometry and secondly via surface condition of the joined parts. An introduced form-closure component can be quantified by metallographic cross section with subsequent measurement of the quality-determining parameters such as undercut, penetration depth and neck thickness. To qualify the force-closure component, a torsional load can be applied mechanically at rotationally symmetrical clinch joints. This also allows the influence of different surface conditions on the tribological system to be quantified. Measurement of electrical resistance can reveal the binding mechanisms of force- and material-closure. These investigations are carried out on an aluminum joining part combination of the same type. As a result of these investigations, the clinched joints can be designed according to the load occurring in the later life cycle in the form of an optimum and compromise variant with regard to minimum loads to be transmitted mechanically, electrically with regard to low resistance or manufacturing with minimum energy input.