Langzeiteigenschaften von lasergeschweißten Kunststoffverbindungen

Das vorliegende Forschungsvorhaben betrachtete die Langzeiteigenschaften von laserdurchstrahlgeschweißten Kunststoffnähten. Der Fokus der Untersuchungen lag auf der dynamischen Ermüdungsfestigkeit und der Beständigkeit der Schweißungen gegenüber klimatischen Wechsellasten.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden ein amorpher Kunststoff, Acrylnitril-Butadien-Styrol, und ein teilkristalliner Kunststoff, Polyamid 6.6, mittels Konturschweißen zu Überlapp-Verbindungen bzw. mittels Quasi-Simultanschweißen zu T-Stoß-Verbindungen gefügt. Für beide Schweißverfahren wurden Versuchspläne aufgestellt, die die wesentlichen Prozessparameter wie z. B. Leistung und Vorschubgeschwindigkeit des Lasers variierten. Anschließend wurden die hergestellten Schweißverbindungen hinsichtlich ihrer Kurzzeit-, Ermüdungs- und Klimawechselfestigkeit geprüft und Korrelationen zwischen den Festigkeiten analysiert. Zusätzlich wurden die Eigenschaften der Schweißungen mit dem Verhalten des jeweiligen Grundmaterials bei gleicher Belastung verglichen. Dieser Vergleich zeigte, dass die Ermüdungsfestigkeiten der Überlapp-Verbindungen zumindest konservativ über die Eigenschaften des Grundmaterials abgeschätzt werden können. Für die T-Stoß-Verbindungen hingegen wird das Ermüdungsverhalten stark durch die Geometrie des Probekörpers beeinflusst. Die Klimawechselfestigkeit der Schweißverbindungen hängt primär von der qualitativen Ausführung der Schweißnaht ab. Abschließend wurde ein Demonstratorbauteil angefertigt, um zu prüfen, in welchem Umfang die an den Probekörpern gewonnenen Erkenntnisse auf komplexere Bauteile übertragbar sind.