Neue Technologien für das Schweißen von Flugzeugstrukturen

Erweiterte Schweißtechnologien für Leichtbaulegierungen beseitigen die Notwendigkeit zum Nieten von integralen Strukturen von Flugzeugen, was ein sowohl arbeitsintensiver als auch kostspieliger Prozess ist.

Industrielle Technologien

Seit Jahrzehnten verwendet die Luftfahrtindustrie Nieten, um Metalle für die Herstellung von Flugzeugstrukturen wie Rumpf und Flügel zu verbinden. Das Nieten erfordert, ähnlich wie das Knöpfen eines Hemdes, eine beträchtliche Überlappung der Materialien sowie die Nieten selbst, was beides das Gewicht erhöht. Mit Fokus auf der Verringerung der globalen Auswirkungen des Luftverkehrs finanziert die EU das Projekt LIGHTWELD (Development of welding technologies for light alloys aircraft structures). Die Bemühungen konzentrierten sich auf die Entwicklung innovativer Schweißtechnologien für Aluminium-Lithium (Al-Li)- und Magnesium (Mg)-Legierungen. Die untersuchten Technologien umfassten Laserstrahlschweißen (LBW), Reibrühr- Punktschweißen (FSSW) und Widerstandspunktschweißen. Diese Techniken beruhen auf Laserheizung, Reibungsheizung und einer elektrischen Widerstandsheizung, um die Materialien zu erweichen und das Verbinden zu erleichtern. Anhand von verschiedenen Materialkombinationen testeten die Forscher diese drei Schweißtechnologien an einem Demonstrationsmodell einer realen Flugzeugbauplatte mit Rahmen und Stringer. Die Prozessparameter wurden für alle Fälle optimiert, um Verbindungen mit einer vergleichbaren Robustheit wie bei einer entsprechenden Vernietung zu gewährleisten. Für das Verbinden der Metallrippen mit der Hülle durch FSSW verwendeten die Forscher einen Roboterarm mit einer Spindel zusammen mit einer flexiblen Spannvorrichtung und FSSW-Haltern. Für das Arbeiten mit LBW verwendete das Team einen Laserbearbeitungskopf, der von einer optischen Faser geführt wird, eine Drahtzuführung und ein Gasversorgungssystem in einem Roboterarm. Das Verbinden verschiedener Al-Li- und Mg-Komponenten mittels LBW und FSSW ergab eine Gewichtsreduzierung um 10% durch die Vermeidung von Nieten, weniger Überlappungsmaterial und eine niedrigere Dichte der Legierung. Die Forscher verwendeten eine neue Inspektionstechnik, die sogenannte aktive Thermographie, mit der die thermische Reaktion von geschweißten Proben auf eine heiße oder kalte Quelle analysiert wird. Die Ergebnisse zeigten keine Porosität oder Defekte der optimierten Probe. Das Team führte auch verschiedene Arten von Tests durch, um Ermüdungs- und Korrosionsbeständigkeit zu beurteilen. Eine verbesserte Schweißtechnik für innovative leichte Legierungen wird die Wettbewerbsfähigkeit der Flugzeughersteller steigern und neue Märkte für die kosteneffizienten Metallfügeverfahren eröffnen. Die Verringerung des Gewichts von Flugzeugen wird die Position von Flugzeugbetreibern verbessern und zur Verringerung der Umweltauswirkungen durch den Luftverkehr beitragen. Insgesamt werden die LIGHTWELD-Ergebnisse erhebliche sozioökonomische Auswirkungen haben.

Schlüsselbegriffe

Schweißen, Flugzeugstrukturen, Leichtmetalllegierungen, LIGHTWELD, Laserstrahlschweißen, Reibrühr-Punktschweißen

Development of welding technologies for light alloys aircraft structures

Neue Technologien für das Schweißen von Flugzeugstrukturen

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