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18.06.2007

Höhere Festigkeiten beim Zwischenfolienverfahren

Bildunterschrift. Mit Zwischenfolie lasergeschweißte Probekörper (© IKV)

Bildunterschrift. Mit Zwischenfolie lasergeschweißte Probekörper (© IKV)

Das Laserdurchstrahlschweißen hat sich mittlerweile als Schweißverfahren in der industriellen Praxis etabliert. Allerdings stellt das Laserdurchstrahlschweißen unterschiedliche Anforderungen an die optischen Eigenschaften der Fügeteile. Während ein Bauteil lasertransparent sein muss, muss das zweite Fügeteil Laserstrahlung absorbieren können.

Das Zwischenfolienverfahren umgeht diese Nachteile des Laserdurchstrahlschweißens. Dabei wird das absorbierende Material in Form einer Folie in die Fügezone eingebracht. Die Absorption der Laserstrahlung findet lediglich in dieser Zwischenfolie statt, wodurch diese aufgeschmolzen wird. Durch Wärmeleitung werden auch die Fügeteile beiderseits der Folie plastifiziert und die Schweißverbindung realisiert. Die Farbe der eigentlichen Fügepartner kann daher frei gewählt werden, sodass selbst transparente Verbindungen mit diesem Verfahren möglich sind.

Einen bedeutenden Einfluss auf die Schweißnahtfestigkeit haben dabei die Dicke und der Rußgehalt der Folie. Dies berichten Prof. Dr.-Ing. Edmund Haberstroh und Dipl.-Ing. Wolf-Martin Hoffmann vom Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV), Aachen, in einem Artikel in der Zeitschrift Kunststoffe. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden Schweißversuche mit Folien aus Polyamid 66 durchgeführt, die unterschiedliche Rußgehalte und Dicke ausweisen.

Bei einer Rußpigmentierung von 0,5 % wird fast die gesamte eingestrahlte Laserenergie innerhalb der Folie absorbiert. Je dicker die Folie ist, desto mehr Material muss durch Wärmeleitung plastifiziert werden und desto kleiner ist der aufgeschmolzene Bereich des unteren Fügeteils. Daher lassen sich hier mit dicken Folien nur sehr geringe Schweißnahtfestigkeiten realisieren. Bei dünnen Folien betragen diese hingegen über 24 N/mm². Dies entspricht ca. 70 % der Festigkeit einer konventionellen Schwarz/Transparent-Verbindung.

Folien mit einer Pigmentierung von 0,2 % zeigen ein vergleichbares Schweißverhalten. Aufgrund des geringeren Rußgehalts dringt die Strahlung tiefer in das Material ein. Daher werden größere Teile der Folie direkt durch die Laserstrahlung plastifiziert. Der untere Fügepartner schmilzt besser auf und die Verbindung wird fester. Dieser positive Effekt wirkt sich besonders bei den dickeren Folien aus. Die Schweißnahtfestigkeiten sind hier besser im Vergleich zu den höher pigmentierten Folien gleicher Dicke.

Bei der geringsten Pigmentierung (0,025 %) wird vergleichsweise wenig Strahlung absorbiert. Aufgrund des geringen Absorptionsgrads muss mit wesentlich höheren Laserleistungen geschweißt werden, um das Material ausreichend zu plastifizieren. Gleichzeitig muss auch die Geschwindigkeit erhöht werden, um eine thermische Überlastung des Materials zu vermeiden. Die erreichbaren Schweißnahtfestigkeiten liegen in einem ähnlichen Bereich wie für die mittlere Rußpigmentierung. Da die Laserstrahlung im Volumen der Folie absorbiert wird, ist der Anteil plastifizierten Materials der eigentlichen Fügeteile etwa gleich groß.

Je nach verwendetem Material sind allerdings unterschiedliche Folieneigenschaften zu bevorzugen. Während mit Polyamid die besten Ergebnisse mit dünnen Folien erzielt wurden, stellte sich bei vergleichbaren Untersuchungen heraus, dass bei Polycarbonat mit abnehmendem Rußgehalt dickere Folien zu besseren Ergebnissen führen.

Dr.-Ing. Harald Sambale
sambale <AT> hanser.de

Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen
Pontstraße 49
DE 52062 Aachen
Tel: +49 241 80-93806
Fax: +49 241 80-92262


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