Schweißen von Composites: 5 Prozesse
Dieser Artikel beleuchtet die fünf Hauptprozesse, die zur Herstellung von Verbundwerkstoffen zu gewünschten Komponenten verwendet werden. Die Prozesse sind: 1. Induktionsschweißen 2. Ultraschallschweißen 3. Wolframgasschweißen (GTAW) 4. Widerstandsschweißen 5. Schmelzbonden.
Prozess # 1. Induktionsschweißen:
In diesem Prozess wird ein modifizierter gewickelter ringförmiger Induktorkern, wie in Abb. 22.24 gezeigt, verwendet, um den magnetischen Fluss durch den Thermoplast auf ein Kohlenstoffstahlsieb zu übertragen, das zwischen den beiden zu fügenden Teilen angeordnet ist. Der Luftspalt im Toroid lenkt den magnetischen Fluss vom Toroid zum Bildschirm.
Der Luftspalt des Toroids befindet sich auf einer der Kunststoffoberflächen auf beiden Seiten des Siebes, um zu schmelzen und in das Sieb zu fließen und die Verbindung zu bilden. Der Toroid wird mit kontrollierter Geschwindigkeit entlang der Naht bewegt, um eine Schweißnaht zu erzeugen. Die benötigte Leistung beträgt 25 - 100 W, die durch die Verwendung einer Batterie oder Solarstrom erzielt werden kann. Dieses Verfahren kann in der Luftfahrt-, Automobil-, Möbel- und Bauindustrie angewendet werden.
Verfahren Nr. 2: Ultraschallschweißen:
Ultraschall-Schweißköpfe mit einem 20-kHz-Leistungssignal wurden zum Schweißen von leichten thermoplastischen Verbundwerkstoffen (Gr-Ps) im Space-Shuttle verwendet. Durch die Vibration der Sonotrode wird das thermoplastische Harz schnell auf den viskosen fluiden Zustand erhitzt, und die Teile werden zum Schweißen zusammengeklemmt. Ein typischer Schweißzyklus erfordert eine Sekunde für die Erregung und eine halbe Sekunde für die Kühlung. Das Verfahren scheint ein gutes Potenzial für die zukünftige Verwendung beim Schweißen von Verbundwerkstoffen zu haben.
Prozess # 3. GTAW:
Dieses Verfahren wurde zum Schweißen von Verbundwerkstoffen wie Ti-W und Ti-Gr in quadratischer Stoßkonfiguration sowohl im manuellen als auch im mechanisierten Modus verwendet. In einem Ti-Gr-Fasersystem führt Karbid, das als Ergebnis der Fusion um jedes Graphitfilament gebildet wird, zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit an der Verbindung.
Die Ergebnisse haben gezeigt, dass B-A1-Verbundstoffe geschweißt werden können, ohne die Borfilamente schwer zu beschädigen. Füllmetall kann auch hinzugefügt werden, um sich mit der Aluminiummatrix zu vermischen, um seine chemische Zusammensetzung signifikant zu verändern. Für eine erfolgreiche zukünftige Anwendung von GTAW auf B-A1-Verbundwerkstoffen ist es wichtig, Mittel zur Kontrolle der Reaktionsprodukte während des Schweißens zu finden. Ein manueller Plasmalichtbogen und EBW sind für das Verbinden von B-A1-Verbundwerkstoffen aufgrund von übermäßigen metallurgischen Reaktionen zwischen A1 und Bor, die zu einer geringen Verbindungsfestigkeit führen, nicht sehr erfolgreich.
Es wurden auch Versuche unternommen, Al-Gr-Verbundstoffe durch GTAW zu schweißen, führten jedoch zur Bildung von Al-Carbid auf der Oberfläche der Fasern.
Prozess # 4. Widerstandsschweißen:
Es wurden Widerstandspunktschweißpläne zum Schweißen von B-A1-Verbundwerkstoffen entwickelt, deren Stromeinstellungen niedriger als die für A1 verwendeten sind, jedoch etwa den doppelten Elektrodendruck aufweisen, um ein Ausstoßen des Matrixmaterials zu verhindern. Beim Nahtschweißen ist jedoch der Druck geringer, um einen Bruch der Filamente zu vermeiden.
Gr-Ps Composite kann auch erfolgreich punktgeschweißt werden. Für einen Gr-Ps-Verbundstoff mit 36 Gew .-% Polysulfon beträgt die erreichte Verbindungsfestigkeit etwa 8, 3 MPa.
Gr-A1-Verbundwerkstoffe wurden erfolgreich miteinander und mit anderen Al-Legierungen unter Verwendung von 0 08 mm Folie aus 88% Al + 12% Si als Füllmaterial punktgeschweißt.
Prozess Nr. 5: Fusion Bonding :
Einige Schmelzverbindungsverfahren wurden erfolgreich zum Verbinden von faserverstärkten thermoplastischen Strukturen eingesetzt. Bei einer solchen Technik wurden Widerstandsdrähte an der Verbindungsgrenzfläche angeordnet, an die das gewünschte Potential angelegt wurde. Der erhitzte Draht erweichte das faserverstärkte Polysulfon, das schmolz und die Verbindung bildete. Bei einem anderen Ansatz wurde ein 80-Mesh-Edelstahlsieb als Widerstandsheizung verwendet, um eine Bindung unter einem Druck von etwa 70 MPa zu bewirken.
Diffusionsbonden wurde auch erfolgreich zum Verbinden von B-Al mit anderen Al-Legierungen verwendet. Auch Lüfterflügel von Ti-6A1-4V für Flugzeugturbinentriebwerke wurden lokal durch Diffusionsbindung mit einer Einlage aus Ti-6A1-4V-50B-Verbundwerkstoff versteift. Zukünftige Anwendungen des Diffusionsklebens umfassen Verbundstrikturen (gefüllte, laminare, zelluläre und Metall- und / oder Keramikmaterialien) und Hybridstrukturen.
Das Schweißen von Keramik wird zu einem faszinierenden Gebiet, da es ein enormes Potenzial für die zukünftige Verwendung bietet. Neben dem isostatischen Verdichtungsverfahren zur Bildung von Keramiken wurde auch das Reibschweißen erfolgreich zum Verbinden von Metallen und Keramiken eingesetzt.
