Abstract In order to join metal-plastic hybrid parts so as to achieve lightweight constructions, innovative joining technologies are essential. For this, thermal joining is a promising approach due to the absence of any joining agent. The joint strength can be increased by surface pre-treatment of the metal with continuous wave laser radiation. Large joining areas, however, are challenging in terms of productivity, efficiency and geometrical flexibility when using conventional beam trajectories. A more promising approach is the use of continuous beam trajectories, which can be easily combined with on-the-fly processing. More precisely, a circularly oscillating laser focal spot is geometrically independent of every possible in-plane load direction, and causes lower thermal distortion of the metal sheet than using conventional beam trajectories. Therefore, the circular beam oscillation was characterized for the processing of large areas. In this context, the resulting topography of the metal was analyzed with respect to the surface roughness and a design criterion was mathematically derived and experimentally validated. Additionally, the joint strength was compared to the strength resulting from conventional beam trajectories. For verification, steel substrates were joined with a carbon-fiber-reinforced thermoset. The laser-based pre-treatment using the circularly oscillating laser focal spot led to a similar joint strength, while being more productive when combined with on-the-fly processing, compared to conventional structuring trajectories. Consequently, the processing time can be significantly reduced.

中文翻译：

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使用新工艺策略对金属-塑料混合物进行基于激光的表面预处理

摘要 为了连接金属-塑料混合部件以实现轻量化结构，创新的连接技术必不可少。为此，由于没有任何接合剂，热接合是一种很有前途的方法。使用连续波激光辐射对金属进行表面预处理可以提高接头强度。然而，在使用传统光束轨迹时，大连接区域在生产率、效率和几何灵活性方面具有挑战性。一种更有前景的方法是使用连续光束轨迹，它可以很容易地与动态处理相结合。更准确地说，圆形振荡的激光焦斑在几何上独立于每个可能的面内载荷方向，与使用传统光束轨迹相比，金属板的热变形更低。因此，圆形光束振荡的特点是用于大面积的加工。在这种情况下，根据表面粗糙度对金属的最终形貌进行了分析，并从数学上推导出了设计标准并通过实验进行了验证。此外，将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。圆形光束振荡的特点是处理大面积。在这种情况下，根据表面粗糙度对金属的最终形貌进行了分析，并从数学上推导出了设计标准并通过实验进行了验证。此外，将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。圆形光束振荡的特点是处理大面积。在这种情况下，根据表面粗糙度对金属的最终形貌进行了分析，并从数学上推导出了设计标准并通过实验进行了验证。此外，将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。根据表面粗糙度对金属的最终形貌进行分析，并从数学上推导出设计标准并通过实验验证。此外，将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。根据表面粗糙度对金属的最终形貌进行分析，并从数学上推导出设计标准并通过实验验证。此外，将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。将接头强度与传统梁轨迹产生的强度进行了比较。为了验证，钢基材与碳纤维增强热固性材料结合在一起。与传统的结构化轨迹相比，使用圆形振荡激光焦斑的基于激光的预处理产生了类似的接头强度，同时与动态加工相结合时效率更高。因此，可以显着减少处理时间。