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Oral-Poster-Präsentation

Orbitales Ultraschallschweißen rohrförmiger Titan/CFK-Verbunde für Anwendungen in der Luftfahrt

Wednesday (26.06.2019)
14:40 - 14:43 Uhr

Durch Substitution metallischer Hydraulikleitungen in Flugzeugen durch CFK-Leitungen besteht Potential, Gewicht und Kosten einzusparen sowie akustische Verbesserungen zu erzielen. Zur Verbindung von CFK-Leitungen mit Aggregaten und untereinander sind metallische Fittinge zwingend erforderlich. Das Ultraschallschweißen (US-Schweißen) ist eine vielversprechende Fügetechnologie, um artfremde Werkstoffe stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Wesentliche Vorteile sind hohe Prozessgeschwindigkeiten, geringer Energiebedarf sowie eine zuverlässige hybride Verbindung. Durch orbitales US-Schweißen, einem weiterentwickelten US-Rollnahtschweißprozess, sollen erstmalig rohrförmige hybride Werkstoffsysteme realisiert werden, indem das US-Schweißsystem um die rotationssymmetrischen Fügepartner geführt wird und somit eine feste, mediendichte Verbindung von CFK-Rohr und Titan-Fitting erzielt wird. Das US-Rollnahtschweißen arbeitet wie das US-Punktschweißen mit einer transversalen Schwingung orthogonal zur Schweißkraft mit Arbeitsfrequenzen von zumeist 20 kHz. Das Resonanzsystem ist für das orbitale US-Schweißen drehbar gelagert, wodurch eine oder mehrere kontinuierliche Schweißnähte erzeugt werden können. Eine ortsunabhängige bzw. reproduzierbare Verbundqualität entlang der Schweißnaht sowie ein komplexer Wärmehaushalt stellen beim kontinuierlichen US-Schweißen gegenüber den etablierten stationären US-Schweißverfahren erhebliche Herausforderungen dar. Im Zuge der hier dargestellten Arbeiten werden geeignete Prozessparameter für hybride rohrförmige Verbindungen anhand der erreichbaren mechanischen und technologischen Eigenschaften sowie der Mikrostruktur der hybriden Fügezone bewertet und systematisch für einen zukünftigen industriellen Einsatz vorbereitet. Titanlegierungen wie Ti6Al4V sind auf Grund ihrer hohen spezifischen Festigkeiten und geringen Wärmeleitkoeffizienten anspruchsvolle Fügepartner. Robuste US-Schweißsonotroden werden daher hinsichtlich Verschleißwiderstand und Standzeit bei hohen Schweißamplituden im Rahmen des Vorhabens weiterentwickelt, um einen zuverlässigen Schweißprozess gewährleisten zu können. Der Beitrag fasst aktuelle Erkenntnisse und den Entwicklungsstatus des orbitalen Fügeverfahrens für rohrförmige Hybridstrukturen zusammen. Das Vorhaben wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogrammes (LuFo V2, HydI-20Y1506F) durch das BMWi gefördert und in Kooperation mit den Industriepartnern Airbus, PFW und Parker Hannifin durchgeführt.

Sprecher/Referent:
Moritz Liesegang
TU Kaiserslautern
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Tilmann Beck
    TU Kaiserslautern
  • Prof. Dr. Frank Balle
    Albert-Ludwigs-Universität Freiburg