Entwicklung eines automatisierbaren Prozesses zur geometrischen und gefügeseitigen Modifikation thermoplastischer Laminate für Schweißanwendungen (Masterarbeit)

Abstract

Die Bedeutung von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen nimmt in der Luftfahrt in den nächsten Jahren, unter anderem aufgrund deren Verschweißbarkeit und dem damit verbundenen erhöhten Leichtbaupotenzial, deutlich zu. Im Projekt Clean Sky 2 MFFD soll nun ein Flugzeugrumpf aus in-situ konsolidiertem AFPLaminat hergestellt werden, was hohe Anforderungen an nachgeschaltete Schweiß- prozesse stellt. In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten zur lokalen Kontaktflächenmodifikation vor dem Schweißprozess erarbeitet, um idealerweise einen positiven Einfluss auf die Verschweißbarkeit, Prozesssicherheit und den Ausgleich von Toleranzen zu erwirken. Betrachtet werden die lokale Nachkonsolidierung durch Heiß- pressen und Ultraschallkonsolidierung, sowie additiver Materialauftrag durch das neuartige WeldSealer-Verfahren. Über eine Parameterstudie werden ideale Prozessparameter für die Vorbehandlung der Schweißkontaktzone ausgearbeitet. Die über das elektrische Widerstandschweißen gefügten Proben werden mittels Ultraschallprüfung, Zugscherprüfung und Schliffbildern analysiert. Es wird gezeigt, dass sich die Kontaktflächenmodifikation positiv auf das Schweißergebnis auswirkt. Die Ultraschallprüfung zeigt geringere Dämpfung in der Fügezone und die Schliffbilder der modifizierten Proben zeigen weniger Delaminationen und Poren. Der Einfluss auf die mechanische Festigkeit der Schweißverbindung konnte aufgrund unzureichender AFP-Laminatfestigkeit nicht untersucht werden. Hierzu sind noch weiterführende Untersuchungen notwendig.