MATERIALPRÜFUNG IN DER FÜGETECHNIK Mechanisches Verhalten und Fehlerempfindlichkeit von Hartlötverbindungen Untersuchungen an bauteilähnlichen Proben mit T-Stoß-Geometrie Christian Leinenbach, Hans Lehmann und Hans-Jakob Schindler, Dübendorf, Schweiz Das Hartlöten spielt als kostengünstiges Fügeverfahren mit einer im Vergleich zum Schweißen geringen thermischen Beanspruchung der Bauteile bei der in- dustriellen Fertigung eine große Rolle. Eine zuverlässige Abschätzung der Inte- grität und des Langzeitverhaltens hart- gelöteter Strukturen für unterschied- 1.0 nicht sicher 0.8 0.4 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 L r Bild 1. FAD-Diagramm nach R6 Option 3, schematisch Im Rahmen dieser Arbeit wurde das mechanische Verhalten von Lötverbindungen aus dem weichmartensitischen Stahl X3CrNi 13-4 mit AuNi18 anhand von bauteilähnlichen Proben mit T-Stoß-Geo- metrie in Zug- und Biegeversuchen untersucht. Zur Bewertung der Fehlerempfindlichkeit wurden bei einigen Proben typisierte rissähnliche Fehler unterschiedlicher Größe und Geometrie in die Lötzone eingeführt. Zur theoretischen Beschreibung müssen ange- sichts der auftretenden Spannungskonzentrationen bruchmechani- sche Modelle herangezogen werden. Als praxisgerecht verein- fachtes Verfahren der elastisch-plastischen Bruchmechanik wurde die Anwendbarkeit des Failure Assessment Diagrams (FAD) untersucht. Das Ziel der Untersuchung war eine ingenieurmäßige Beschreibung des Einflusses von Lötfehlern auf das Tragverhalten gelöteter Strukturen. liehe Beanspruchungsbedingungen ist von sehr großem Interesse, wird jedoch durch den heterogenen und anisotropen Charakter der Lötverbindungen erheb- lich erschwert. Darüber hinaus weisen hartgelötete Strukturen in der Praxis häufig Fehler wie z.B. Poren und Binde- fehler auf, die die Stabilität bei mechani- scher Beanspruchung stark beeinträch- tigen können. Bei industriellen Bautei- len werden häufig T-Stoß-Verbindungen realisiert. Charakteristisch an einem T-Stoß ist, dass die Randbereiche der Lötfläche, wo die Wahrscheinlichkeit bestehender Löt- fehler oder nachträglich durch Ermü- dung angewachsener Risse besonders hoch ist, in einer einspringenden Ecke liegen, also in einem Bereich, wo eine globale Spannungskonzentration in- folge der Kerbwirkung vorliegt. Zusätz- lich wird eine lokale Spannungskonzen- tration an den Rissen oder Lötfehlern überlagert. Dieser Zustand lässt sich nur mit bruchmechanischen Ansätzen adäquat theoretisch beschreiben und berechnen. Wegen der beschränkten Größe der Querschnitte und den im Allgemeinen relativ kleinen Rissen ist davon auszu- gehen, dass die Anwendbarkeit der li- near-elastischen Bruchmechanik (LEBM) nicht mehr ohne Weiteres zulässig ist. Wenn aber auf die Theorie der elastisch- plastischen Bruchmechanik (EPBM) zu- rückzugreifen ist, vergrößert sich der rechnerische und experimentelle Auf- wand für eine theoretische Beschrei- bung enorm und übersteigt oft das in der Praxis noch handhabbare Maß. Das Hauptziel der vorliegenden Untersu- chung war es, eine Möglichkeit zu fin- den, wie dennoch entsprechende Sicher- heitsnachweise für hartgelötete Struktu- ren erbracht werden können. Hierbei steht die Methode des Failure Assess- ment Diagrams (FAD) im Vordergrund. Die vorliegende Untersuchung ist Teil 49 (2007) 4 © Carl Hanser Verlag, München MP Materials Testing 149