Aufgabenstellung

Ziel des Projekts ist es, Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen dem in der Schweißnaht vorliegenden Temperaturfeld, der Schweißnahtmorphologie und den mechanischen Eigenschaften lasergeschweißter Bauteile zu ermitteln. Ein Teilziel ist hierbei die Untersuchung des Kristallisationsgrades in der Schweißnaht laserstrahlgefügter Probekörper in Abhängigkeit unterschiedlicher Prozessparameter. Da dieser maßgeblich vom Temperaturfeld, respektive von den Abkühlraten im Prozess abhängt, soll begleitend ein thermisches FEM-Modell entwickelt werden, mit dessen Hilfe geeignete Kenngrößen des Temperaturfelds unter Berücksichtigung temperaturabhängiger Materialkenndaten berechnet werden können.

Vorgehensweise

Im Rahmen der Untersuchungen werden thermographisch überwachte Schweißungen von teilkristallinen Werkstoffen vorgenommen und charakterisiert. Für die Schweißnahtcharakterisierung werden einerseits mikroskopische Untersuchungen an Dünnschnitten durchgeführt und andererseits die Kristallinität ortsaufgelöst mittels Raman-Mikroskopie (durch den Projektpartner) und dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmt. Weiterhin werden die geschweißten Probekörper hinsichtlich ihrer Kurz- und Langzeiteigenschaften mechanisch charakterisiert. Schließlich soll durch Verknüpfung dieser Ergebnisse mit der thermischen Simulation die Vorhersage geeigneter Temperaturfelder zur gezielten Einstellung des Kristallisationsgrades ermöglicht werden.

Ergebnisse

Probekörper aus PA6, PE und PP wurden in zwei unterschiedlichen Stoßkonfigurationen (Überlapp- und T-Stoß) mittels Laserdurchstrahlschweißen gefügt und hinsichtlich ihrer Morphologie charakterisiert. Hierbei konnten mittels DSC nur geringe Variationen der Kristallisationsgrade in Abhängigkeit der Prozessparameter festgestellt werden. Das entwickelte Simulationsmodell wurde für die Bestimmung der vorherrschenden Abkühlkurven validiert. Dies erfolgte bei verschiedenen Prozessparametern durch Abgleich der simulierten Wärmeeinflusszonen (WEZ) mit der geometrischen Ausdehnung der sich ausbildenden Schweißlinse (siehe Abbildungen unten).