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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Einfluss der Oberflächenvorbehandlung auf die Verbindungsfestigkeit induktiv geschweißter Hybridverbunde aus Metall und TP-FKV

Donnerstag (19.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Musikzimmer

Das Fügen von Faserkunststoffverbunden mit Metallen wird aufgrund des Anwendungspotenzials im Leichtbau über alle Branchen hinweg immer populärer. Insbesondere thermoplastische Faserkunststoffverbunde (TP-FKV) sind für die Massenproduktion von besonderem Interesse, da sie innerhalb kurzer Zykluszeiten verarbeitet werden können und das Schweißen als adäquate Fügetechnik eingesetzt werden kann. Für leichtbauoptimierte Metall-Faserverbund-Hybridstrukturen ist effizientes Fügen unabdingbar. Bei konventionellen Fügeverfahren, wie dem Schrauben und Nieten, zerstören die dafür notwendigen Bohrungen die lasttragende Faserstruktur des TP-FKV. Kleben ist häufig mit langen Aushärtezeiten verbunden. Das Induktionsschweißen eignet sich aufgrund der guten induktiven Erwärmbarkeit von Metallen besonders als hybrides Fügeverfahren ohne die genannten Nachteile. Beim induktiven Hybridschweißen kann die Anhaftung zwischen den Werkstoffen durch eine Oberflächenvorbehandlung der Metalle verbessert und hohe Verbindungsfestigkeiten erzielt werden.

Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss von unterschiedlichen Oberflächenvorbehandlungen des metallischen Fügepartners auf die Verbindungsfestigkeit von geschweißten Hybridverbindungen mit TP-FKV zu untersuchen. Als Oberflächenvorbehandlungen wurden Laserstrukturierungen im Linienmuster mit verschiedenen Strukturwinkeln, laserinduzierte, nanoporöse Oberflächen sowie verzinkte und unverzinkte Metallbleche untersucht. Die verwendeten TP-FRPCs waren kontinuierlich glasfaserverstärktes Polyamid 6 (GF/PA6, Köpergewebe, 600 g/m², 47% vol. Fasern) und Polypropylen (GF/PP, Köpergewebe, 600 g/m², 47% vol. Fasern). Die metallischen Fügepartner sind Bleche sind aus Tiefziehstahl (1.0338 oder 1.0330). Die Verbindungsfestigkeit wurde durch Zug-Scher-Prüfungen in Anlehnung an DIN EN 1465 ermittelt und die Qualität der Verbindung mittels Lichtmikroskopaufnahmen optisch bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verbindungsfestigkeit bei einer Materialkombination aus GF/PA6 und 1.0338 durch einen an die Lastrichtung angepassten Strukturwinkel um bis zu 60 % gesteigert werden kann. Mit laserinduzierten, nanoporösen Oberflächen kann die Verbindungsfestigkeit bei einer Materialkombination aus GF/PP und Metall im Vergleich zu druckluftgestrahlten Metallen um bis zu 80 % erhöht werden.

 

Sprecher/Referent:
Stefan Weidmann
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Peter Mitschang
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)