Oos Hetallkleben hat heute seinen festen Platz in der Fugetechnik. Der Bereich seines Einsatzes erstreckt sich von FUgeproblemen mit geringen Festigkaitaanforderungen bis zu Verbindungen in hochbeanspruchten Bau- tailen. Eindrucksvolle Beispiele fUr den hohen Stand der heutigen Kleb- stoffentwicklung und Klebtechnologie bietet der Flugzeugbau. Dennoch muB festgestellt werden, daB die spezifischen Vorteile des He- tallklebens von vielen Konstrukteuren und Herstellern noch immer nicht genutzt werden. Das liegt zum Teil an mangelnder Erfahrung oder auch an unbegrUndeten Vorurteilen, die neueren Verfahren stets entgegenstehen. Hinzu kommt aber vor allem eine allgemeine Unsicherheit, wenn Voraus- sagen Uber das Festigkeitsverhalten erforderlich sind. In der Grundlagenforschung hat man sich deshalb von Anfang an bemuht, die Abhangigkeit der Festigkeit von den relevanten EinfluBgraBen zu un- tersuchen und zu systematisieren. Den Hittelpunkt experimenteller Ar- beiten, die vornehmlich an einschnittig Uberlappten Verbindungen vorge- nommen werden, bildet die Ermittlung der Bindefestigkeit, d.h. der mitt- leren Schubspannung beim Bruch unter zugiger Beanspruchung. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden jedoch in der Praxis nur unzureichend als Grundlage von Konstruktionsrichtlinien genutzt. 1m wesentlichen beruht die Beschrankung ihrer GUltigkeit auf der Vielzahl von geometrischen, werkstoff- und oberflachentechnischen Variablen und dem starken EinfluB einzelner Parameter auf die Festigkeit. Bereits ge- ringe Veranderungen, z.B. der Vorbehandlung der metallischen Oberflachen oder der Klebstoffmodifikation, konnen zu erheblichen Festigkeitsein- buBen fUhren. Eine grundlegende Voroussetzung fUr die Herstellung re- produzierbar fester Verbindungen ist deshalb die standige und sorgfal- tige Uberwachung klebtechnischer Parameter, verbunden mit der zerstoren- den PrUfung reprasentativer Proben.

Das Schutzgasschwei8en mit Bandelektrode entspricht im Prinzip dem Schutzgasschwei8en mit abschmelzender Drahtelektrode. 1m Gegensatz zur Drahtelektrode brennt der Lichtbogen bei der Bandelektrode jedoch nicht an einer Stelle, sondern bewegt sich sowohl am Bandende als auch an der WerksttickoberflHche hin und her. Dieser Effekt entspricht im wesentlichen dem Vorgang einer mechanischen Pendelung, wie er zur Spalttiberbrtickung beim Wurzelschwei8en mit einer Drahtelektrode erforderlich ist. 1m Vergleich zum Schwei8en mit Drahtelektrode bietet das Schwei- 8en mit Bandelektrode eine Reihe von Vorteilen: a) h6here Strombelastbarkeit der Bandelektrode gegentiber Rund- draht vergleichbaren Querschnitts; b) h6here Abschmelzleistung und dadurch bedingt ktirzere Schwe- zeiten; c) gleichma8igere und geringere Grundwerkstofferwarmung durch weniger konzentrierte Warmezufuhr aufgrund der Bewegungs- charakteristik des Lichtbogens; d) geringere und gleichma8igere Einbrandtiefe als beim Schwei- 8en mit Runddraht vergleichbaren Querschnitts; dieses bewirkt eine geringere Aufmischung durch den Grundwerkstoff; e) innerhalb bestimmter Grenzen vorwahlbare, gr08e Schwei8rau- penbreite, wodurch eine gesteuerte Pendelbewegung des Licht- bogens tiberfltissig wird. Gegentiber dem UP-Schwei8en bietet das Schutzgasschwei8en dort Vorteile, wo die Zuftihrung des Schwei8pulvers, das Halten der fllissigen und das Entfernen der festen Schlacke Schwierigkeiten bereitet. Au8erdem ist die Anwendung des UP-Auftragschwei8ens auf nur wenig gekrtimmte Flachen beschrankt, da hier, wie auch allge- mein beim Schwei8en in Zwangslage, die gr08en Metall- und Schlackebader nicht zu halten sind. Durch den Wegfall der Pulverbeschaffung, -trocknung, -absau- gung und -wiederaufbereitung sowie der Schlackenentfernung entsteht ein wesentlich vereinfachter Arbeitsablauf gegentiber dem UP-Auftragschwei8en.

Das UnterpulverschweiBen mit Drahtelektrode ist ein Lichtbogen- schweiBverfahren, welches sich besonders zum vollmechanisierten VerbindungsschweiBen von Stahl im Blechdickenbereich oberhalb 10 rnrn eignet. Der Lichtbogen brennt dabei unter einer lose aufge- schlitteten Schicht mineralischen Pulvers und schmilzt die konti- nuierlich zugeflihrte Drahtelektrode, den Grundwerkstoff und das die SchweiBstelle umgebende SchweiBpulver ortlich auf. Das Ver- fahren hat das LichtbogenschweiBen von Hand mit urnhlillten Stab- elektroden im Schiffbau, im Behalterbau, im Brlickenbau und in der Rohrfertigung wegen seiner Wirtschaftlichkeit weitgehend abge- lost. Die Automatisierung erforderte experimentelle Untersuchun- gen zur Ermittlung glinstiger SchweiBbedingungen flir die einzel- nen SchweiBaufgaben, aus deren Vielfalt einige Beispiele im Schriftturnsnachweis aufgeflihrt sind [22,23,26,27,30,34,36] . Die theoretischen Grundlagen des Unterpulver-SchweiBverfahrens sind jedoch trotz intensiver Forschung in den letzten Jahren noch nicht in geschlossener Form bekannt [6,8-11,13,14,21,31,34,37] Indessen bahnt sich mit der MehrdrahtschweiBung eine weitere Stufe der Rationalisierung an. In den Forschungslaboratorien einzelner Firmen werden Verfahrensvarianten erprobt, die z. B. mit bis zu zehn gleichzeitig abschmelzenden SchweiBdrahten ar- beiten, urn die Abschmelzleistungen zu erhohen, die Fertigungs- zeiten zu verklirzen und damit die Wirtschaftlichkeit zu verbes- sern [ 33] - Damit erhoht sich im Vergleich zur EindrahtschweiBung die Zahl der Parameter, die sich gegenseitig beeinflussen, auf ein Vielfaches. Eine Auswahl der Werte, die diese Parameter zurn Erzielen eines guten SchweiBergebnisses annehmen mlissen, ist nur auf empirischem Wege moglich. Es mlissen flir jede Aufgabenstellung urnfangreiche Versuchsreihen durchgeflihrt werden, deren Ergebnis- se wegen des fehlenden theoretischen Uberblickes nicht verallge- meinert werden konnen.

Das Verbinden von Metallen mit hochpolymeren Kunststoffbinde mitteln hat heute in nahezu allen Bereichen der industriellen und handwerklichen Fertigung Eingang gefunden. Die anfHnglichen Bedenken und Vorurteile gegenUber diesem FUgeverfahren, die meist auf mangelnder Information und Erfahrung beruhten, sind durch den bewHhrten Einsatz geklebter Verbindungen in der Praxis mehr und mehr abgebaut worden. Die Theorie konnte und kann dieser sturmischen Entwicklung trotz intensiver Forschung nur langsam folgen, da das Festigkeitsverhalten einer Metall klebung von sehr zahlreichen EinfluBfaktoren bestimmt wird. Die Vielfalt der verwendeten Klebstoffe mit ihrem speziell chemischen Aufbau und Verhalten sowie deren unterschiedliche Verformungs und Festigkeitseigenschaften erschweren es, allgemeingUltige Erkenntnisse zu gewinnen und brauchbare Dimensionierungsricht linien aufzustellen lJ . Versuche, den Spannungsverlauf in der Klebung mathematisch zu beschreiben und darauf zuverlHssige und allgemeingUltige Methoden fUr die Berechnung von Klebverbindungen aufzubauen, sind bisher gescheitert. Dieser Weg fuhrt auch mit sehr verein fachten Randbedingungen zu relativ komplizierten mathematischen AusdrUcken, so daB von einer mathematischen Lijsung des Spannungs problems kein einfaches Dimensionierungsverfahren zu erwarten ist 2]7J. Db ein allgemeingUltiges Verfahren Uberhaupt ge funden werden kann, ist bei der Vielzahl der EinfluBfaktoren und Klebstofftypen zu bezweifeln. Die Grundlagenforschung ist deshalb gezwungen, einzelne Probleme experimentell zu untersuchen und anschlieBend zu prUfen, welche neuen Erkenntnisse die gefundenen Ergebnisse gebracht haben und - - wie sich diese in das Gesamtbild der Klebtechnologie einfUgen und praktisch verwerten lassen."

Seit 1948, dem Jahr der Erfindung des Transistors und seiner bold darauf folgenden teehnischen EinfUhrung in die Elektronik, hot die Mikroelektro- nik eine groI3e industrielle Bedeutung erlangt. Die aus vielen Grilnden, z. B. Steigerung der Grenzfrequenz, Verringerung des Volumens, Gewichts- ersparnis und Steigerung der Zuverl ssigkeit, angestrebte Miniaturisierung der elektrisehen Sehaltelemente konnte mit Hil fe zwe ier Teehnologien, der "DUnnfilmteehnik" und der "Holbleitertechnik", entscheidend vorangetrieben werden. In der DUnnfilmteehnik werden auf isolierende Tr gerwerkstoffe wie Glas und Keramik naeh versehiedenen Verfahren MetalldUnnfilme von wenigen bis zu 10 tm Dieke vor allem aus den VJerkstoffen Cr, Cu, Ni, Ta, Ag und Au aufgebracht. Durch Atzen und Ausblenden mit Hilfe von Masken ent- stehen passive Sehaltelemente (Kondensatoren, Hiderstonde), die unter- einander dureh gut lei tende Lei terbahnen verbunden werden. Die uI3eren AnsehlUsse dieser DUnnfilmschaltkreise werden hergestellt dureh Dr hte, Flaehdrahte und B?nder, die mit den auBen auf dem Substrat liegenden An- sehluI3fl?che n versehweiBt werden. Die Herkstoffe d ieser DurchfUhrungen, die naeh dem VersehweiBen meist mit Kunststoff umgossen werden, sind vor- zugsweise Gold, Kupfer, Nickel und die Legierung Kovar. FUr die Ver- bindungsprobleme an DUnnfilmsehaltungen eignen sieh dos Hiderstandspunkt-, dos Ultrasehall-, dos ThermokompressionsschweiBen und einige Lotverfahren. In der Halbleiterteehnik werden die Bauelemente dureh Diffusion von ver- schiedenen Fremdatomen in einem Silizium-Einkristall meist mittels der Planar-Diffusionsteehnik hergestellt. Die elektrischen AnsehlUsse dieser aktiven Sehaltelemente (Transistoren, Dioden) werden von aufgedampften Aluminium-DUnnfilmstrukturen gebildet. Dos Kontaktieren, d. h.

9. Literaturverzeichnis ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 10. Anhang ............................................................ 24 a) Abbildungen ..................................................... 24 b) Tabellen......................................................... 48 4 1. Einleitung Reinaluminium und Aluminiumlegierungen verdanken ihre heutige technische Be- deutung sowohl dem geringen spezifischen Gewicht, der guten elektrischen Leitfahig- keit und Warmeleitfahigkeit als auch der hohen Korrosionsbestandigkeit gegen Luft oder Chemikalien. Die Aushartbarkeit vieler Aluminiumlegierungen erlaubt ferner gute Festigkeitskennwerte, die bei ausreichender Zahigkeit denen von Baustahlen ent- sprechen koennen. Aus diesem Grund findet der Leichtbau mit Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen in zunehmendem Masse Anwendung in der Industrie. In der Praxis ergeben sich fur den Konstrukteur bei Stoffverbindungen von Aluminium und Stahl Probleme, da das Verbindungsschweissen dieser Werkstoffkombination gegen- wartig noch nicht in ausreichendem Masse beherrscht wird. UEber den Stand der Erkennt- nisse beim Schweissen von Aluminium mit Stahl wurde in [1] ausfuhrlich berichtet. Neben den grossen Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften der beiden Werkstoffe (Tab. 1) sind hierfur hauptsachlich metallurgische Probleme entscheidend. Wie das Zweistoffzustandsschaubild (Abb. 1) zeigt, bildet flussiges Aluminium mit festem Eisen eine Reihe intermetallischer Phasen, die alle sehr sproede sind. Hinzu kommt, dass die dichten und hochschmelzenden Aluminiumoxidhaute durch Flussmittel oder - beim Wechselstromschweissen - durch Hochfrequenzuberlagerung zerstoert werden mussen. Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmoeglichkeit des maschinellen WIG-Ver- fahrens beim Stumpfnaht-, UEberlappnaht- und Punktschweissen von 1 bis 3 mm dicken Al 99,5, AIMg 3- und AIZnMg i-Blechen mit ebenfalls 1 bis 3 mm dicken Blechen aus unlegiertem Baustahl mit und ohne metallischen UEberzug zu untersuchen.

Probleme der Metallklebtechnik wurden im In- und Ausland schon einige Jahre vor dem letzten Krieg behandelt 61]. Die intensive Forschung auf diesem Gebiet setzte in Deutschland infolge der Kriegsereignisse jedoch erst nach 1948 ein. Eine umfassende Darstellung von Versuchsergebnissen erschien hier erstmals 1956 23]. Inzwischen ist das Metallkleben nach einer Entwicklungszeit von uber 20 Jahren zu einem anerkannten Fugeverfahren herangereift. Die zahlreichen Anwendungen liefern hierfur den Beweis 33]. Der Forschung fallen aber noch viele Aufgaben zu, die einer Losung bedurfen. 1.1 Die Metallklebtechnik - Stand der Erkenntnisse Das Metallkleben ist ein Fugeverfahren, bei dem die Fugeteile unter Ausnutzung der Oberflachenhaftung, der Adhasion, und der inneren Festigkeit der Klebstoff schicht, der Kohasion, miteinander verbunden werden. Zur Erklarung der als Adhasion bezeichneten Oberflachenhaftung mussen viele Einflussgrossen berucksichtigt werden. Hierzu zahlen unter anderem die zwischen molekularen Krafte, die chemische Konstitution des Klebstoffes und des Fuge teils, die Beschaffenheit des Haftgrundes, Probleme der Adsorption und Diffusion sowie Spannungskonzentrationen an der Grenzflache und in der Klebschicht infolge des Abbindeprozesses des Klebstoffes oder der ausseren Beanspruchungen. uber diese Erscheinungen liegen im einzelnen zahlreiche Abhandlungen vor 2,7,65,71]. Eine eindeutige und beweisbare Erklarung fur den -gesamten Haftungsmechanismus konnte bisher jedoch noch nicht gefunden werden. uber einstimmung besteht nur dadn, dass bei einer Metallklebung die Haftung nicht durch eine mechanische Verankerung zwischen dem Bindemittel und Fugeteil hervorgerufen wird, sondern durch zwischenmolekulare Krafte, die als V an der Waals'sche Krafte bezeichnet werden."

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