Ein Beitrag zum Prozessverständnis des Laserdurchstrahlschweißens von Kunststoffen anhand der Verfahrensvarianten Quasi-Simultan- und Simultanschweißen

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Im Rahmen dieser Arbeit wird ein FEM-Temperatur- und Fluidmodell zum Simultan- und Quasi-Simultanschweißen vorgestellt, das zum grundlegenden und tief greifenden Prozessverständnis des Laserdurchstrahlschweißens beiträgt. Die Optimierung des Modells erfolgt anhand zur Verfügung gestellter experimenteller Daten aus Untersuchungen mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Mikrofokus-Radioskopie und an Mikrotomschnitten. Es wird gezeigt, dass die berechneten Daten die gemessenen mit hinreichend guter Genauigkeit wiedergeben. Der Schweißvorgang wird in die vier charakteristischen Phasen unterteilt: Phase 1: instationär ohne Fügewegzunahme Phase 2: instationär mit Fügewegzunahme Phase 3: stationär (konstante Fügegeschwindigkeit) Phase 4: Abkühlung Während in Phase 1 nach dem Beginn der Erwärmung der Fügefläche durch die Laserstrahlquelle keine nennenswerte Fügewegzunahme registriert wird, nimmt der Fügeweg in Phase 2 progressiv zu. Die Phase 3 ist durch die konstanten Fügewegzunahme, Fließgeschwindigkeit und Temperatur bzw. Restschmelzeschichtdicke charakterisiert. In Phase 4 wird die Laserstrahlquelle abgeschaltet. Die Schweißprobe kühlt ab, wobei noch eine geringe Fügewegzunahme (Setzweg) registriert wird.