Neues Fügeverfahren für Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen

Lotte, Jens Jacob Georg; Reisgen, Uwe; Gries, Thomas

doi:41099

Neues Fügeverfahren für Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen = New joining process for plastic-metal hybrid structures

Lotte, Jens Jacob Georg^RWTH*

2022

VerantwortlichkeitsangabeJens Lotte

ImpressumDüren : Shaker Verlag 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ReiheAachener Berichte Fügetechnik ; 1/2022

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Druckausgabe: 2022. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Reisgen, Uwe (Thesis advisor)^RWTH* ; Gries, Thomas (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-10-28

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-01438
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/841059/files/841059.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (417610)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CMT pin welding (frei) ; CMT-Pinschweißen (frei) ; Kunststoff-Metall-Hybridbauteile (frei) ; Mehrbuckelschweißung (frei) ; multiple projection welding (frei) ; plastic-metal hybrid components (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In dieser Arbeit wird ein Fügeverfahren für Kunststoff-Metall-Hybridstrukturen entwickelt. In diesem Zusammenhang wird die Verbindung zum einen mechanisch charakterisiert und zum anderen die Möglichkeit zerstörungsfreier Prüfmethoden diskutiert. Das Fügeverfahren entspricht weitgehend einer Widerstands-Mehrbuckelschweißung und basiert auf Insertstrukturen, welche während ihrer Herstellung in (faserverstärkte)Kunststoffkomponenten integriert werden können und diese anschließend schweißbarmachen. Diese Insertstrukturen bestehen aus metallischen Trägerblechen, auf die mittels CMT-Pinschweißen kleinskalige Pinstrukturen aufgebracht werden. Untersucht werden die Materialkombinationen 1.4301/1.4306 und 1.0330/1.5125.Die Qualität der Widerstands-Mehrbuckelschweißung ist direkt von der Streuung der Pinhöhen abhängig. Diese Streuung nimmt beim CMT-Prozess in Richtung zunehmender Pinlängen ab und in Richtung zunehmender Legierungsbestandteile im Schweißdrahtmaterial zu. Es kann ein stabiler Schweißbereich ermittelt werden, innerhalb dessen sich Nachsetzweg und Verbundfestigkeit linear verhält. Zudem ist hier die Gesamtverbundfestigkeit linear von der verwendeten Pinanzahl abhängig. Das schweißbare Parameterfenster ist für die Materialkombination 1.4301/1.4306 im Vergleich zur Materialkombination 1.0330/1.5125deutlich kleiner. Bei Proben der Materialkombination 1.0330/1.5125 konnten bis zu ca. 300 N/Pin und bei Proben der Materialkombination 1.4301/1.4306 ca. 150 N/Pin im Scherzugversuch übertragen werden. Im Vergleich zu rein geklebten Probekörpern weist die neue Fügetechnik eine deutlich duktilere Versagenscharakteristik auf und kann über die verwendete Pinanzahl frei skaliert werden. Hinsichtlich zerstörungsfreier Prüfmethoden werden insbesondere die Mikro-Computertomographie (μCT), die Remanenzfeldanalyse und die aktive Thermografie als bildgebenden Verfahren untersucht. Im stabilen Schweißparameterfenster kann eine Korrelation zwischen der mittels μCT und aktiver Thermografie bestimmter scheinbaren Anbindungsfläche und der im Scherzugversuch erreichten maximalen Scherzugfestigkeit beobachtet werden. Eine qualitativ hochwertige Schweißstelle kann von einer solchen, bei der kaum Schweißgefüge erzeugt wurde jedoch nur mittels aktiver Thermografie voneinander unterschieden werden. Von den untersuchten Methoden eignet sich lediglich die aktive Thermografie zur zerstörungsfreien Prüfung der hier betrachteten Fügestellen.

In this thesis a joining method for plastic-metal hybrid structures is developed. In this context,the joint is mechanically characterized on the one hand and the possibility of non-destructivetesting methods is discussed on the other hand. The joining process largely represents a resistance multi-projection welding process and is based on insert structures which can be integrated into (fiber-reinforced) plastic componentsduring its manufacture and subsequently make it weldable. These insert structures consist ofmetallic carrier sheets onto which small-scale pin structures are applied by CMT pin welding. The material combinations 1.4301/1.4306 and 1.0330/1.5125 are being investigated. The quality of the resistance multi-projection welding process is directly dependent on the variance of the pin heights. This variance decreases in the CMT process in the direction ofincreasing pin lengths and increases in the direction of increasing alloy constituents in the welding wire material. A stable weld lobe can be determined within which melt-down stroke andbond strength behave linearly. In addition, the overall bond strength here is linearly dependenton the number of pins used. The weldable parameter window is significantly smaller for thematerial combination 1.4301/1.4306 compared to the material combination 1.0330/1.5125. For specimens of the material combination 1.0330/1.5125, up to approx. 300 N/pin and for specimens of the material combination 1.4301/1.4306 approx. 150 N/pin could be transferred in the shear tensile test. Compared to purely bonded specimens, the new joining technique exhibits significantly moreductile failure characteristics and can be freely scaled via the number of pins used. With regard to non-destructive testing methods, micro computer tomography (μCT), remanencefield analysis and active thermography are particularly investigated as imaging techniques. In the stable welding parameter window, a correlation can be observed between the apparent bond area determined by μCT and active thermography and the maximum shear tensile strength achieved in the shear tensile test. However, a high-quality weld can only be distinguished from one in which hardly any weld structure has been generated by means ofactive thermography. Of the methods investigated, only active thermography is suitable for non destructive testing of the joints considered here.

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