14-01-08 Artikel Schwarz-Silber_Bild_JPEG_2

TP2: Thermisches Fügen integraler CFK-Metall-Verbindungen

Zusammen mit vier weiteren Instituten entwickelt und analysiert das Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS) neue Ansätze für hoch beanspruchbare integrale stirnseitige Al-CFK-Verbindungen. Das „Folienkonzept“ basiert dabei auf Übergangsstrukturen aus Titanfolien. Die Titanfolien ersetzen im Übergangsbereich schrittweise die CFK-Lagen des CFK-Bauteils, bis ein reines Titanlaminat (Ti) entsteht. Am BIAS wird erforscht, wie dieser Titanlaminatrand des CFK-Bauteils über einen beidseitigen gleichzeitigen Laserstrahlprozess an Aluminiumbleche gefügt werden kann (siehe Bild unten). Der auf Wärmeleitung basierende Prozess schmilzt das Aluminiumblech in der Fügezone auf, sodass die Schmelze das im festen Zustand verbleibende Titanlaminat benetzt. In der Grenzschicht entsteht dabei unter Bildung intermetallischer Phasen eine Stoffverbindung.

Al-Ti-CFK-Proben des Folienkonzeptes (siehe Bild oben) weisen in quasi-statischen Zugprüfungen bei einer Probenbreite von 15 mm eine mittlere Bruchkraft von 5,8 kN auf, was einer maximalen Belastung von 96 MPa innerhalb des 4 mm dicken Aluminiumbleches entspricht. Neben dem Versagen in der Al-Ti-Naht treten weitere Versagensorte innerhalb des Ti-CFK-Hybridlaminats auf. Ziel der weiteren Forschungsaktivitäten ist die Schaffung eines umfassenden Prozessverständnisses, sodass die maximale Kraftübertragung derartiger Verbindungen deutlich gesteigert werden kann.

Folienkonzept-Prozess

Derzeitiger Prozess zur Realisierung des Folienkonzeptes