Discontinuous induction welding of metal/fiber reinforced polymer composites
Final Report Abstract
Für die wissenschaftliche Analyse des Temperaturverhaltens beim Punktschweißen wurde mittels Prozesssimulation ein Punktschweißprozess entwickelt, der eine Druckapplikation während des Aufheizens ermöglicht. Durch die räumliche Zusammenführung der Aufheiz- und Konsolidierungsstation in einem Punktschweißkopf wird die Dekonsolidierung des Faserverbundwerkstoffes während des Aufheizens verhindert. Zudem wird durch die erweiterte Prozessführung ein Erwärmen und Konsolidieren bei variablem Druck möglich. Zu jedem Zeitpunkt kann der dem jeweiligen morphologischen Materialzustand entsprechende optimale Fügedruck eingestellt werden und so der Schweißaustrieb aus der Fügezone definiert gesteuert werden. Die Temperatureinflüsse beim Schweißen können zu Eigenspannungen und zum Verzug des Bauteils führen. Durch die wissenschaftliche Analyse des Kühlverhaltens und die daraus abgeleitete Auslegung des Schweißkopfes wurde der Temperatureinfluss deutlich reduziert und lokal begrenzt, so dass Verzug aufgrund der stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Hybridverbindungen CFK/Metall und die Eigenspannungen minimiert werden konnte. Ein zusätzlicher und entscheidender Aspekt einer Kühleinheit ist die Herstellung definierter Schweißpunktgrößen. Durch den neuartigen Schweißprozess wird der Temperaturverlauf in beiden Fügepartnern unter Fügedruck kontrolliert und gesteuert. Somit kann nicht nur eine definierte Schweißpunktgröße realisiert sondern auch eine Beschädigung des umgebenden Materials vermieden werden. Zudem wird die Reproduzierbarkeit deutlich verbessert, da die geregelte Temperaturführung einen stationären Betriebszustand des Schweißkopfes ermöglicht und die Eigenspannungen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien deutlich reduziert werden.
