Entwicklung einer Prozessstrategie zum Ultraschallschweißen von Litze/Ableiter-Verbindungen unter Berücksichtigung von metallischen Nickelüberzügen. - In: Schweissen und Schneiden, ISSN 0036-7184, Bd. 72 (2020), 10, S. 634-641
Durch die Substitution von Kupfer durch Aluminium im Bordnetz von Kraftfahrzeugen können das Gewicht und somit klimaschädliche Emissionen wie Kohlendioxid reduziert werden. Auf Grund der physikalischen Eigenschaften des Aluminiums ist allerdings eine vollständige Substitution nicht möglich. Stattdessen erfolgt, insbesondere im Bereich der Bordnetzanwendungen, der zunehmende Einsatz von Mischverbindungen aus Aluminium und Kupfer. Die Realisierung dieser Verbindungen setzt hingegen die Anwendung geeigneter Fügeverfahren wie dem Ultraschallschweißen voraus, um materialspezifischen Herausforderungen zu begegnen, zum Beispiel dem Reduzieren der Bildung von spröden intermetallischen Phasen (IMP). Gleichzeitig neigen Al-Cu-Mischverbindungen zu galvanischer Korrosion, weshalb häufig Nickel als Beschichtungswerkstoff für die Kupferbauteile eingesetzt wird. Da die unterschiedlichen Eigenschaften der untersuchten Nickelschichten einen signifikanten Einfluss auf die Verbindungsbildung beim Ultraschallschweißen haben können, wurde in der vorliegenden Studie der Einfluss verschiedener Nickelschichten auf die Eigenschaften von EN AW-1370/CW004A-Mischverbindungen untersucht. Weiterhin wurde eine Prozessstrategie entwickelt, die es ermöglicht, ultraschallgeschweißte Kabel/Ableiter-Verbindungen prozesssicher zu generieren. Zudem wird eine Prozessüberwachung der Verbindungsqualität durch prozessbegleitende Temperaturmessung vorgestellt.
Beitrag zum Verständnis der Zerspanung nachgiebiger Strukturen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen: Charakterisierung, Modellierung und Bewertung instationärer Bohrprozesse. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (VII, 192 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Die Forschungsarbeit zielt darauf ab einen Beitrag zum besseren Verständnis der Zerspanungsmechanismen nachgiebiger CFK-Strukturen zu leisten. Dies geschieht unter Berücksichtigung der Werkzeuggeometrie, des Werkzeugverschleißes sowie den spannsituationsspezifischen Einflussfaktoren. Es wird insbesondere die spanende Bearbeitung von endkonturnahen 3-dimensionalen Bauteilen adressiert, welche aktuell mit komplexen Spannsystemen realisiert werden muss. Im Gegensatz zur industriellen Praxis sieht der Forschungsansatz vor, eine gewisse Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsstelle zuzulassen, welche eine ausreichende Bearbeitungsqualität gewährleisten kann. Dadurch schafft die Abhandlung eine Grundlage zur Auslegung und Optimierung von Spannsystemen. Durch die Reduktion der Komplexität von Spannsystemen können Kosten eingespart werden. Gleichzeitig verringert sich damit auch der Platzbedarf zur Lagerung der Spannsysteme. Obwohl sich ein Großteil der Arbeit mit elementaren Grundlagen der Zerspanung von nachgiebigen CFK-Strukturen befasst, ist der Fokus der Untersuchungen der angewandten Forschung zuzuordnen. Diesbezüglich werden als Zerspanungsmaterial CFK-Laminate aus dem luftfahrttypischen Prepreg HexPly® M21/T800S verwendet, welche mit VHM-Stufenbohrergeometrien nach aktuellem Industriestandard bearbeitet werden. Im experimentellen Teil erfolgt eine messtechnische Analyse der Werkstückkinematik relativ zur Werkzeugbewegung und in Abhängigkeit von der lokalen Werkstücknachgiebigkeit an der Bearbeitungsposition. Dabei steht die zeitliche Entwicklung des Spanungsquerschnittes und der Vorschubswerte des Bearbeitungsprozesses im Vordergrund. Diese werden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Austrittsdelamination bewertet. Werkzeugseitig werden dabei die Schneidkantenverrundung von 10 [my]m bis 50 [my]m sowie der Spitzenwinkel der Hauptschneiden zwischen 70˚ und 130˚ variiert. Die Erkenntnisse der Quantifizierung der Zerspanungsmechanismen gehen Hand in Hand mit der Neuentwicklung dreier unterschiedlicher Simulationsmodelle. Diese bilden die Entstehung von Maßabweichungen der Bohrungskontur, den zeitabhängigen Prozesskraftverlauf sowie die initiale Schädigungsentstehung beim Werkzeugaustritt aus dem CFK-Laminat nach.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000653
Influence of process conditions and material properties by multiple welding steps during friction stir welding. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 77-83
https://doi.org/10.11283/jlwa.58.77s
Single-sided resistance spot welding of steel-aluminum dissimilar joints - mechanical characterization and interface formation. - In: Advanced joining processes, (2020), S. 79-90
Components made of aluminum-steel dissimilar joints show a high potential regarding to lightweight applications. In particular, due to their fundamental differences in chemical and physical properties, new approaches must be developed for common industrial joining processes. This study shows a new approach in order to characterize the joining zone formation using single-sided resistance welding. Based on the mechanical properties, the interface formation is investigated. Depending on the process variables, increasing mechanical tensile forces are shown with simultaneously increasing thickness of the diffusion zone. In this context, a significant porosity of the joint in the aluminum base material can be observed. For this purpose, a characterization method is developed.
Technological progress in stationary shoulder friction stir welding of aluminum alloys. - In: Journal of light metal welding, ISSN 2186-618X, Bd. 58 (2020), S. 60-64
https://doi.org/10.11283/jlwa.58.60s
Experimental characterization and numerical analysis of additively manufactured mild steel under monotonic loading conditions. - In: Progress in additive manufacturing, ISSN 2363-9520, Bd. 5 (2020), 3, S. 295-304
Additive Manufacturing (AM), for the case of metals, is a technology developed to create 3D products by following a layer-by-layer welding procedure. In this work, the tensile behavior of wire arc additively manufactured mild steel is studied experimentally and numerically. The microstructure of the metal is strongly influenced by the AM process that involves several heating and cooling cycles; therefore, it is first analyzed with optical microscopy, scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy and X-ray diffraction to identify the different phases and to extract the grain properties. With this information, two approaches are used to build the Representative Volume Element, which will be part of a multi-scale material model. The first approach constitutes a synthetic generation of grains according to a Voronoi Tessellation and the second one an image-based representation. Afterwards, a virtual tensile test for the determination of the stress-strain relation of the material is performed, which is later compared with the measurements of a real tensile test carried out on several specimens that were obtained using the wire arc additive manufacturing technique.
https://doi.org/10.1007/s40964-020-00111-z
Herstellung von 3D-gedruckten Stahlknoten : vom Entwurf bis zur Herstellung von Strukturen. - In: Stahlbau, ISSN 1437-1049, Bd. 89 (2020), 12, S. 956-969
Es wird ein Einblick in die Vorgehensweise zur Fertigung von Knotenstrukturen im Stahlbau mittels Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM) und der numerischen und experimentellen Untersuchung der Knotenstrukturen gegeben. Ausgehend von der geometrischen Komplexität sich schneidender Profilstäbe aus Stahl werden wesentliche Punkte bei der simulationsgestützten Ermittlung von Knotenstrukturen beschrieben. In Abhängigkeit von den Lastfällen können unterschiedliche Strukturen in der Topologieoptimierung gefunden werden. Für die Herstellung der Knotenstruktur durch das Wire and Arc Additive Manufacturing müssen die numerisch gefundene Geometrie angepasst sowie Varianten der Bahnplanung entwickelt und bewertet werden. Dabei wird auch der Einfluss von Prozessparametern auf Verzug, Endkonturnähe und mechanische Eigenschaften der Bauteile untersucht. Für die Prognose von Spannungs- und Verformungszuständen des Knotens wird eine vereinfachte thermische und mechanische Analyse des Herstellungsprozesses durchgeführt. Weiter wird ein Verfahren für eine In-situ-Bauteilprüfung vorgestellt, welche Prozessunregelmäßigkeiten anhand von Sensordaten erkennt und deren Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Bauteils bewertet, wodurch frühzeitig im Prozess Maßnahmen zur Fehlerkorrektur getroffen oder Kosten durch Ausschuss reduziert werden können.
https://doi.org/10.1002/stab.202000080
Production of topology-optimized structural nodes by means of arc-based, additive manufacturing with MSG welding process :
Topologieoptimierte Tragwerksknoten : Herstellung mittels lichtbogenbasierter, additiver Fertigung mit MSG-Schweißprozess. - In: Industrie 4.0 Management, ISSN 2364-9208, Bd. 36 (2020), 4, S. 15-19
In diesem Beitrag wird die Erzeugung von festigkeits- und steifigkeitsangepassten Tragstrukturen mittels der numerischen Simulationsmethode der Topologieoptimierung vogestellt. Der dabei resultierende Tragwerksknoten wird mittels CAD/CAM-Software in eine Robotorbahnplanung überführt und mit der drahtbasierten, additiven Fertigung unter Verwendung des MSG-Schweißprozesses aus dem Schweißzusatzwerkstoffs G4Si1 hergestellt.
Formation of near-surface melt films on glass ceramics due to ultrashort laser pulses. - In: Applied physics, ISSN 1432-0630, Volume 126 (2020), issue 11, article number 878, Seite 1-12
Glass ceramics are highly specialized composite materials, which have a partly polycrystalline and a partly glassy state. Due to their special properties such as good mechanical strength, low thermal expansion, and excellent thermal shock resistance, they are especially well known for their use in consumer goods industry. But also in the high-tech sector, like optics or microsystems technology, the applications for glass ceramics are constantly growing. Simultaneously, the continuing miniaturization of microelectronic components requires precise, high-resolution processing methods. While mechanical processing is limited due to the brittle-hard properties of the material, ultrashort pulse lasers can serve as an ideal tool for this purpose. The pulse durations in the pico- and femtosecond range are known to enable a highly precise and gentle processing with very small thermal load for the workpiece. Therefore, the process is often referred to as cold ablation. It has been known for some time, however, that if pulse energies and repetition rates are sufficiently high, heat accumulation effects can occur. In this article, we report on surface modifications on glass ceramics arising during femtosecond ablation. Using Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) as an example, we show that even at low repetition rates of 100 kHz and moderate average laser power below 3 W several micrometer thick molten patterns can emerge. Another peculiarity of the observed phenomenon lies in the increase of the vitreous layer with decreasing pulse duration. The dependence of the effect on the material structure is investigated by means of X-ray diffraction (XRD) measurements.
https://doi.org/10.1007/s00339-020-04001-7
Disentanglement of degradation mechanisms by analyzing aging dynamics of environmentally friendly processed polymer solar cells. - In: Energy technology, ISSN 2194-4296, Bd. 8 (2020), 12, 2000116, S. 1-10
Lifecycle assessments suggest preventing halogenated solvents or solvent additives for environmentally friendly polymer solar cells. Thus, the active layers of polymer:fullerene bulk heterojunction solar cells based on poly[4,8-bis-(2-ethyl-hexyl-thiophene-5-yl)-benzo[1,2-b:4,5-b0]dithiophene-2,6-diyl]-alt-[2-(20-ethyl-hexanoyl)-thieno[3,4-b]thiophen-4,6-diyl] (PBDTTT-CT) and the fullerene derivative [6,6]-phenyl-C70-butyric acid methyl ester (PC70BM) are cast from m-xylene solutions. Ortho-vanilline is used as a nonhazardous and nontoxic solvent additive. Completed photovoltaic devices are subjected to accelerated laboratory weathering tests. Photovoltaic parameters are periodically obtained from current-voltage recordings of the solar cells twice an hour under well-defined aging conditions following the International Summit on Organic Photovoltaic Stability (ISOS) protocols. An analysis of aging kinetics reveals the superposition of two individual degradation mechanisms, of which one is assigned to continued intermixing and the other one to the formation of a blocking layer by interfacial segregation.
https://doi.org/10.1002/ente.202000116