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The properties of sandwiches with aluminum foam and the special features of their use in lightweight welded structures are determined. The weldability of such sandwiches in foamed and non-foamed conditions is analyzed under friction stir welding, laser beam welding and short arc welding in protective gas. The process and mechanical properties of the welds are studied. The results are generalized in a catalog that may be useful for materials scientists and designers.
The effect of heat treatment at various temperatures (650, 850, 1050, and 1100°C) and dwell times (10 min and 1 h) on the metallurgical and microstructural evolution as well as on the related tensile properties of stainless steel 316L processed by selective laser melting (SLM) has been systematically evaluated. The metallurgical and microstructural features such as defects, stability of the columnar–cellular structure and substructure, second phase particles, and phase transformation imparted by SLM and heat treatment have been discussed. It has been shown that the processing conditions specific to SLM significantly alter the kinetics of phase evolution compared to standard welding techniques which affects the accuracy of the prediction. The influence of these characteristics on tensile properties and hardness was elucidated. It was disclosed that with increasing heat treatment temperature there was a gradual increase in elongation but a decrease in strength related to the dislocation density and the development of the microstructure.
Im vorgestellten Projekt wurden werkstoff- und konstuktionsgerechte Knotenformen aus Aluminiumschaumsandwich (engl. Aluminium Foam Sandwich, AFS) gestaltet und mit unterschiedlichen Schweißverfahren wie dem Metall-Inertgasschweißen und dem Rührreibschweißen gefügt und geprüft. Im Rahmen der Arbeiten stand dabei die schweißtechnische Verarbeitung von AFS mit anderen Produkten, wie den Strangpressprofilen oder dem Aluminiumvollmaterial, und deren Beanspruchbarkeit im Vordergrund. In umfangreichen Untersuchungen wurden hierzu sowohl die Verbindugsknoten selbst als auch der Sandwichverbund und die Einzelkomponenten des Sandwich, Schaum und Decklagen, anhand der statischen Festigkeit und Schwingfestigkeit bewertet. Zusätzlich wurden innere Schädigungsmechanismen betrachtet. Mit experimentellen und numerischen Nachweismethoden konnte die anwendungssichere Knotengestaltung, -anbindung und -berechnung der unterschiedlichen Verbindungstypen umgesetzt werden. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Nachweisführung gegenübergestellt und hinsichtlich eines praxisgerechten Einsatzes nach FKM-Richtlinie bzw. Eurocode9 bewertet. Mit den ermittelten Ergebnissen wurde die bisherige Gestaltungs- und Fügerichtlinie um neue Verbindungstypen erweitert.
Im vorgestellten Projekt wurden werkstoff- und konstruktionsgerechte Knotenformen aus Aluminiumschaumsandwich gestaltet und mit unterschiedlichen Schweißverfahren, wie dem Metall-Inertgas-Schweißen und dem Rührreibschweißen, gefügt und geprüft. In umfangreichen Untersuchungen wurden die Knoten, der Sandwichverbund und die Einzelkomponenten des Sandwich, Schaum und Decklagen, anhand der statischen Festigkeit und Schwingfestigkeit bewertet. Zusätzlich wurden innere Schädigungsmechanismen betrachtet. Mit experimentellen und numerischen Nachweismethoden konnte die anwendungssichere Knotengestaltung, -anbindung und -berechnung der unterschiedlichen Verbindungstypen umgesetzt werden. Die Ergebnisse wurden im Rahmen der Nachweisführung gegenübergestellt und hinsichtlich eines praxisgerechten Einsatzes nach FKM-Richtlinie bzw. Eurocode9 bewertet. Mit den ermittelten Ergebnissen wurde die bisherige Gestaltungs- und Fügerichtlinie um neue Verbindungstypen erweitert.
In der vorgestellten Arbeit wird die Anwendbarkeit von Aluminiumschaumsandich in Schweißkonstruktionen vorgestellt.
Systematische Betrachtungen zur Schweißbarkeit mittels Laserstrahlschweißen, MSG - Kurzlichtbogen und
Rührreibschweißen sowohl im geschäumten als auch im ungeschäumten Zustand werden beschrieben. Dazu wurden verschiedene Knotenformen wie I-Stoß- bzw. T-Stoßverbindungen hergestellt und deren mechanischtechnologische Eigenschaften ermittelt. Neben der quasistatischen Prüfung, wurde jede Ausführungsform des Knotens
auf deren Schwingfestigkeit hin geprüft und die Anwendbarkeit bestehender Regelwerke wie die FKMRichtlinie oder der Eurocode 9 für die Nachweisführung betrachtet. Die Ergebnisse sind abschließend in einem Gestaltungskatalog als Hilfsmittel für den Konstrukteur zusammengefasst. Parallel dazu wurden die experimentellen Untersuchungen mittels FEM begleitet. Es wird die FE-Modellentwicklung für die Berechnung des Sandwichverbundes
an sich als auch von Fügeknoten dargestellt wie auch die Modellvalidierung mit einem Musterbauteil aus einer Hubarbeitsbühne.
Organic sheets made out of fiber-reinforced thermoplastics are able to make a crucial contribution to increase the lightweight potential of a design. They show high specific strength- and stiffness properties, good damping characteristics and recycling capabilities, while being able to show a higher energy absorption capacity than comparable metal constructions. Nowadays, multi-material designs are an established way in the automotive industry to combine the benefits of metal and fiber-reinforced plastics. Currently used technologies for the joining of organic sheets and metals in large-scale production are mechanical joining technologies and adhesive technologies. Both techniques require large overlapping areas that are not required in the design of the part. Additionally, mechanical joining is usually combined with “fiber-destroying” pre-drilling and punching processes. This will disturb the force flux at the joining location by causing unwanted fiber- and inter-fiber failure and inducing critical notch stresses. Therefore, the multi-material design with fiber-reinforced thermoplastics and metals needs optimized joining techniques that don’t interrupt the force flux, so that higher loads can be induced and the full benefit of the FRP material can be used. This article focuses on the characterization of a new joining technology, based on the Cold Metal Transfer (CMT) welding process that allows joining of organic sheets and metals in a load path optimized way, with short cycle times. This is achieved by redirecting the fibers around the joining area by the insertion of a thin metal pin. The path of the fibers will be similar to paths of fibers inside structures found in nature, e.g. a knothole inside of a tree. As a result of the bionic fiber design of the joint, high joining strengths can be achieved. The increase of the joint strength compared to blind riveting was performed and proven with stainless steel and orthotropic reinforced composites in shear-tests based on the DIN EN ISO 14273. Every specimen joined with the new CMT Pin joining technology showed a higher strength than specimens joined with one blind rivet. Specimens joined with two or three pin rows show a higher strength than specimens joined with two blind rivets.