Aufgabenstellung
Im Rahmen dieses Vorhabens sollen Erkenntnisse zum grundlegenden Wirkzusammenhang zwischen dem Laserdurchstrahlschweißprozess, den Werkstoffeigenschaften und Schweißnahtfestigkeiten und deren Einfluss auf charakteristische Eigenschaften des im Schweißprozess vorherrschenden Temperaturfelds erarbeitet werden. Ziel ist weiterhin das im Prozess vorherrschende Temperaturfeld auf Basis der zu erzielenden Kenntnisse derart zu beeinflussen, dass für die Anwendung optimale, beanspruchungsangepasste Festigkeiten erzielt werden können.

Vorgehensweise
Ansatz der Optimierung ist die simultane Verwendung zweier Laserwellenlängen (λ=940 nm / λ=1940 nm), wodurch eine räumlich und zeitlich aufgelöste Beeinflussung des Temperaturfelds möglich wird (Bild links). Ferner wird auf Basis der Finite-Elemente-Methode ein Prozessmodell generiert und mit den Experimenten hinsichtlich der verwendeten Werkstoffe und systemtechnischen Voraussetzungen abgeglichen. Das Modell wird anschließend mit Ergebnissen aus den Experimenten validiert und ermöglicht dadurch ein gesteigertes Prozessverständnis und daraus abgeleitet weitere Prozessoptimierungsschritte.

Ergebnisse
Mit dem realisierten Aufbau wurden bereits erste Prozessparametervariationen für die Werkstoffe Polycarbonat (PC) und Polyamid 6 (PA6) hinsichtlich ihrer Nahtgeometrie und mechanischen Festigkeit analysiert. Erste Simulationsergebnisse des Prozessablaufs bilden sehr gut die erhöhte Absorption der längerwelligen Laserstrahlung im oberen Fügepartner und das daraus resultierende Temperaturfeld in beiden Werkstoffen ab (Bild rechts).