|
7593 |
|
Wednesday, September 21, 2022, TZ 1 und TZ 2 9:30 AM Kunststofffügen |
|
Scale Up-Regeln für das quasisimultane Laserdurchstrahlschweißen von Thermoplasten |
|
Theresa Arndt* / Kunststofftechnik Paderborn
Universität Paderborn, Deutschland Volker Schöppner / Kunststofftechnik Paderborn, Universität Paderborn, Deutschland |
|
Das Laserdurchstrahlschweißen ermöglicht eine mediendichte Verbindung zweier Bauteile bei gleichzeitig geringen Zykluszeiten. Hierbei stehen ein lasertransparentes und ein -absorbierendes Bauteil unter Druck in Kontakt miteinander. Während ein Laserstrahl das transparente Bauteil mit einem geringen Energieverlust passiert, wird die Energie des Lasers im absorbierenden Bauteil in Wärme umgesetzt. Aufgrund des Kontaktes in der Fügezone wird das transparente Bauteil durch Wärmeleitung erwärmt und die Schweißnaht gebildet. Bisherige wissenschaftliche Untersuchungen zu diesem Schweißverfahren zielen hauptsächlich auf kleine Schweißnähte ab, wobei die Korrelation zwischen den einzelnen Prozessparametern der Schweißnahttemperatur und den mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht bereits gut charakterisiert werden kann. Die Prozessparameter werden dabei anhand der Streckenenergie beschrieben. Beim Quasisimultanschweißen wirken weitere Einflussgrößen wie der Quetschfluss in der Fügezone. Der dadurch einhergehende Energieverlust wird in der Streckenenergie nicht berücksichtigt, weshalb diese wissenschaftlichen Untersuchungen nur beim Konturschweißen angewandt werden können. Weiterhin spielen Laserbahnlänge und -breite eine entscheidende Rolle. Diese Einflüsse wurden bisher noch nicht ausreichend untersucht, sodass eine Übertragung der Ergebnisse auf komplexe Bauteile nicht möglich ist. Bei dem Forschungsprojekt „Entwicklung von Scale Up-Regeln für das quasisimultane Laserdurchstrahlschweißen von Thermoplasten“ handelt es sich um ein IGF-Vorhaben (20335 N) der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS. Zielsetzung ist es, Scale Up-Regeln für das Quasisimultanschweißen zu entwickeln, die es ermöglichen optimale Prozessparameter durch einfache Labortests auf Realbauteile zu übertragen, um die derzeit aufwändige Prozessparameterbestimmung auf den Produktionsanlagen zu vermeiden. Zur Simulation des Schweißvorgangs wurden thermo-mechanische FEM-Modelle für unterschiedliche Fügenahtgeometrien erstellt. Somit ist es möglich, die Temperaturentwicklung in der Schweißnaht sowie das Fließen des Materials simulativ zu ermitteln. Parallel dazu wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die genannten Modelle zu validieren. Anhand beider Untersuchungsmethoden werden die Schweißnahttemperaturen für unterschiedliche Fügenahtgeometrien bestimmt. Die Schweißnahtqualität wird mittels Kopfzugversuch beurteilt. Basierend auf diesen experimentellen und simulativen Untersuchungen werden abschließend Scale Up-Regeln entwickelt, wobei optimale Schweißnahttemperaturen und -qualitäten im Fokus stehen. |