Neue Schweißtechnik für Leichtflugzeuge
Mechanische Verbindungstechnologien sind in der Luftfahrtindustrie fest etabliert. Für einen typischen Flugzeugrumpf sind über die Oberfläche verteilt etwa 50 000 Nieten erforderlich, welche integrale Bauteile verbinden. Laserschweißen ist eine wichtige Grundlagentechnologie zur Reduzierung des Gewichts des Flugzeugrumpfs durch verstärkte Nutzung von Aluminium und kann das Nieten von Flugzeugbauteilen ersetzen. Im Rahmen von EXTRA-LASER (Extrapolation and technical and economic study of a laser beam welding technology (extra-laser)) führten die Forscher einen Vergleich zwischen Laserstrahlschweißen und mechanischem Fügen in Bezug auf Umweltbelastung, Sicherheit, Prozesseffizienz und Herstellungskosten von Flugzeugstrukturen durch. Die Arbeitsaktivitäten basierten auf dem Einsatz eines repräsentativen Bauteils eines Clean Sky-Technologiedemonstrators – einer flachen Platte mit vier Stringern. Da Ermüdungsversagen meistens an den Befestigungslöchern beim Nieten entsteht, erhöht das Laserschweißen die Gesamtsicherheit der Struktur. Lasergeschweißte Bauteile weisen durch bessere Materialeigenschaften und Prozessflexibilität eine verbesserte Schadenstoleranz auf. Die richtigen Prozessbedingungen tragen dazu bei, dass die metallischen Legierungen eine gute Mikrostruktur aufweisen, welche die Bildung von Porosität, Korrosionsbeständigkeit und Heißrissanfälligkeit stark beeinflusst. Mit dem Einsatz innovativer Aluminium-Lithium-Legierungen für die Demonstratorplatte und ohne Änderungen an der konstruktiven Ausführung erreichte das Team ein Bauteil, das 20 % leichter war. Die Bearbeitungszeit des lasergeschweißten Bauteils verkürzte sich im Vergleich zum genieteten Teil um 50 %. Das neue Verfahren verbraucht in der Fertigung scheinbar mehr Energie als beim Nieten des Bauteils. Weniger Gewicht bedeutet jedoch einen geringeren Flugzeugtreibstoffverbrauch. Aufgrund der hohen Preise von Aluminium und Lithium fallen die Fertigungskosten der laserstrahlgeschweißten Strukturen deutlich höher aus. Die Projektresultate können nun den Einsatz des Laserschweißens als ein umweltfreundliches Fertigungsverfahren mit wenig Schadstoffemissionen unterstützen. Mit der verstärkten Anwendung des Laserstrahlschweißens für integrale Strukturen entfällt auch die Notwendigkeit des Nietens, das sehr laut und monoton ist, was eine angenehmere Arbeitsumgebung schaffen wird.
Schlüsselbegriffe
Leichtbau-, leicht, Luftfahrzeug, Flugzeuge, Laserstrahlschweißen, Nieten, Aluminium, EXTRA-LASER