Optische Überwachung des Laserstrahlfügens von Kunststoffen mit Metallen

Abstract

In dieser Arbeit wurde auf den Verbindungsprozess von Metallen und Kunststoen (LAMP-Verfahren) näher eingegangen. Unter anderem wurden die Entstehungsmechanismen bei der Verbindungsherstellung genauer untersucht. Bei diesem Verfahren wird ein Diodenlaser als Energiequelle verwendet, der in Kombination mit einem eigens konstruierten Bearbeitungskopf, die Laserstrahlung auf die Bearbeitungsäche bündelt. Bei den Versuchen handelt es sich um einen Überlappstoß, der aus den beiden Materialien Titan (Ti) und Polyethylenterephthalat-Glykol (PET-G) besteht. Diese Materialien wurden durch die Anwendung des LAMP-Verfahrens miteinander verbunden und eine belastbare Verbindung hergestellt. Um eine korrekte Funktionsweise des Bearbeitungskopfes zu gewährleisten, wurden Testversuche gefahren bzw. die Ausgangsleistung gemessen. Hierbei wurde auch auf die Wärmeentstehung am Bearbeitungskopf geachtet, um mögliche Rückschlüsse auf Kollisionen des Strahlengangs mit der Innenseite der Bauteile zu erhalten. Weiters wurde die Strahlleistung mit dem vorher verwendeten Bearbeitungskopf verglichen. Die Grundidee für die Versuche dieser Arbeit ist, den Einuss der Oberächenrauigkeit des Titans auf die sich ausbildende Zugfestigkeit der Verbindung zu untersuchen. Dabei wurden Proben unterschiedlichen Oberächentyps auf Scherung belastet, um daraus die maximale Zugkraft zu ermitteln. Des weiteren wurden durch Temperaturmessungen an der Oberäche und an der Grenzschicht die Entstehungsmechanismen beim Verbindungsprozess genauer analysiert. Durch diese Messungen der Temperatur konnten Temperaturbereiche deniert werden, in denen ein bestimmtes Verhalten der Verbindung zu erwarten war. Beispiele dafür sind die optimale Zugfestigkeit der Verbindung oder auch die entstehenden Kongurationen der Naht. Die gewonnenen Erkenntnisse dieser Arbeit sind ein wesentlicher Vorteil für die zukünftige Entwicklung eines Regelungssystems.

The aim of this thesis was the investigation of the process of joining metal and plastic (LAMP-process). In this process, a diode laser was used as energy source. In combination with a specially designed processing head, the laser radiation was focused onto the joint area. In the LAMP process, a lap joint of titanium and polyethyleneterephthalate-glycol (PET-G) was used for the samples. To ensure the correct operating mode of the processing head for the laser, test specimens were produced and the output power was measured. In this case the generation of heat in the housing was also important. It provides information about the collision of the laserbeam with the inner components of the housing. Also a comparison with the before used processing head was done. The basic idea for the experiments with lap joints was to investigat the connection between the two materials with dierent surface roughness of titanium. For classication the maximum strength of the joint was used. Therefor the samples with varying surface roughness got testet with shear load. Additionaly the temperature on the surface of plastic and the interface of the joint was measured to gain information about the underlaying meachanism of the joining process. Based on this information, limited temperature ranges coulde be determined to predict properties of the joint. That can be for instance the strength of the joint or the dierent conguration of the weld. Furthermore an outlook of the occurred performance of the joint could be made. The results gained from this work are an essential benet for the future development of a control system.