Rührreibschweißen von walzplattiertem Halbzeug und Aluminiumblech zur Herstellung flächiger Aluminiumschaum-Sandwich-Verbundstrukturen

Das Rührreibschweißen ist in besonderem Maße geeignet, Leichtbauwerkstoffe miteinander zu verbinden. Am Beispiel des Leichtbauwerkstoffs Aluminiumschaum-Sandwich werden grundlegende Phänomene des Schweißprozesses simulativ und experimentell geklärt. Das Werkstoffverhalten der Aluminiumlegierungen kann mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Werkstoffmodell unter den Bedingungen des Rührreibschweißens - sehr hohe Temperaturen, hohe Umformgrade und Umformgeschwindigkeiten - sehr genau abgebildet werden. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit erstmals ein strömungsmechanisches Modell vorgestellt, mit dem unterschiedliche Werkstoffe innerhalb der Fügezone rechnerisch abgebildet werden können. Damit gelingt es, unterschiedliche Werkstoffeigenschaften der Fügepartner simulativ zu berücksichtigen und die Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen innerhalb der Fügezone und nach dem Schweißen zu berechnen. Es wird außerdem die Übertragbarkeit des Modells auf andere Fertigungsverfahren am Beispiel des Verbundstrangpressens (Coextrusion) nachgewiesen.Friction stir welding is widely used for joining light weight materials. In this work on friction stir welding aluminum foam sandwich, basic phenomena of the welding process are clarified by numerical simulations as well as practical experiments. To do so, the material properties of aluminum under the conditions of friction stir welding are modeled with an advanced empirical material model that's capable to predict aluminum alloys material properties under the conditions of FSW - high strains, high strain rates and high temperatures - more precisely than any other models used before. Furthermore within the scope of this work a computational fluid dynamics model is developed that is capable to handle two different materials within the welding zone. With that it becomes possible, to implement the different material behaviors of different materials. As a result of this, the interface of the two materials becomes part of the solution. It's modifications undergone during welding as well as the deposition of the two joining partners can be predicted numerically. Furthermore the model is transferred to other processing technologies similar to friction stir welding, especially extrusion and coextrusion of aluminum alloys