ForschungPublikationen
Schnelles und zuverlässiges Schweißen von Hochleistungs- Faserverbundbauteilen mittels Laserstrahlung

Schnelles und zuverlässiges Schweißen von Hochleistungs- Faserverbundbauteilen mittels Laserstrahlung

Kategorien Konferenz
Jahr 2015
Autoren Suttmann, O.; Wippo, V.; Hansen, P.; Jaeschke, P.; Jeenjitkaew, C.; Overmeyer, L.
Veröffentlicht in DVS Congress. Nürnberg, 14.-17. September.
Beschreibung

Das Laserdurchstrahlschweißen von unverstärkten und kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten ist ein industriell etabliertes Verfahren, welches sich insbesondere durch seine hohe Flexibilität und seine Zuverlässigkeit auszeichnet. Dieses Verfahren wurde nun im Eurostars Projekt „LaWocs“ für das Fügen von faserverstärkten Thermoplasten weiterentwickelt. Das Laserdurchstrahlschweißen basiert auf den optischen Eigenschaften von Thermoplasten, die im nahen infraroten Spektralbereich teiltransparent sind und in dieser Wellenlänge die Laserstrahlung transmittieren. Rußpartikel, bzw. Kohlenstofffasern sind im Gegenzug in diesem Wellenlängenbereich stark absorbierend. Somit findet an ihnen infolge der Absorption der Laserstrahlung eine Wärmeentwicklung statt. Durch Wärmeleitung zwischen den sich im Überlapp befindlichen Fügepartnern wird der lasertransparente Thermoplast aufgeschmolzen und zwischen den Fügepartnern kommt es zum Stoffschluß. Hierfür ist es notwendig, dass beide Fügepartner gleichmäßig aneinander gepresst werden.

Um das Laserdurchstrahlschweißen zum Fügen von Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärkten Werkstoffen einsetzen zu können, muss die hohe Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstofffasern und der ständige Wechsel zwischen Faser und Matrix an der Oberfläche des absorbierenden Fügepartners berücksichtigt werden. Durch die wechselnde Faserausrichtung wird die Wärme abschnittsweise entlang oder aus dem gewünschten Fügebereich heraus geleitet. Um eine gleichmäßige und somit qualitativ hochwertige Schweißnahtqualität zu erzeugen, wurde in dem Projekt eine Prozessregelung auf Basis pyrometrischer Sensoren zum Fügen eines Luftfahrt Pins mit einem CFK-Laminat eingesetzt. Die so erzeugten Proben wurden unterschiedlich gealtert und anschließend mechanisch getestet.

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