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    Beanspruchungsorientiertes Prozessverständnis und -optimierung beim Kunststoffschweißen am Beispiel des Laserdurchstrahlschweißens

    Projektträger | Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

    Aufgabenstellung
    Im Rahmen dieses Vorhabens soll untersucht werden, inwieweit sich die mittels Laserdurchstrahlschweißen hergestellten Schweißnähte bei unterschiedlichen Belastungsfällen verhalten und welchen Einfluss das im Schweißprozess vorliegende Temperaturfeld auf die entstehende Schweißnahtmorphologie und die entstehenden Spannungszustände hat. Ferner soll geklärt werden, worin Ursachen für zu erwartende Unterschiede der Festigkeiten bei unterschiedlichen Belastungsfällen begründet sind und welche Temperaturfelder je nach Belastungsfall zu besseren Ergebnissen beitragen.

    Vorgehensweise
    Als Ansatz zur gezielten Beeinflussung der Temperaturfelder wird die Überlagerung zweier diskreter Laserwellenlängen gewählt, um auch den oberen, normalerweise transparenten Fügepartner strahlungsbasiert zu erwärmen. Zusätzlich zu einem konventionellen Diodenlaser (λ = 940 nm) wird dazu ein Thuliumlaser (λ = 1940 nm) verwendet, um eine räumlich und zeitlich aufgelöste Beeinflussung des Temperaturfelds zu ermöglichen. Zur Analyse der Schweißnahtmorphologie wird die Polarisationsmikroskopie verwendet, während für die Analyse der Spannungszustände ein FEM-Modell und die Bohrlochmethode genutzt werden.

    Ergebnisse
    Mit dem realisierten Aufbau wurden Probekörper aus den Werkstoffen Polyamid 6 (PA6) und Polypropylen (PP) geschweißt und hinsichtlich ihrer Morphologie charakterisiert. In der Schweißlinse von geschweißten PP-Probekörpern konnten dabei überwiegend monokline α-Sphäroltihe, sowie vereinzelt auftretende hexagonale β-Sphärolithe beobachtet werden (siehe Bild unten). Hierbei hat sich gezeigt, dass der Durchmesser der Sphärolithe mit sinkenden Abkühlraten im Laserprozess zunimmt.

     

    Rekristallisierte Schweißnaht (links) und Nahaufnahme der Schweißnahtmorphologie (rechts) mit der überwiegend vorliegenden monoklinen α-Phase und der lokal auftretenden hexagonalen β-Phase (Material: Polypropylen)

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    Kontakt

    Bayerisches Laserzentrum
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