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Prüfmethoden in der Evaluierung

In Branchen wie der Automobilindustrie oder der Medizintechnik wird häufig eine lückenlose Prozessüberwachung gefordert. Welche Faktoren für die Anwendung von Bedeutung sind und welche Parameter überwacht oder geprüft werden, sollte in der Evaluierung verifiziert werden.

Während der Evaluierung eines Schweissverfahrens werden die Bauteile von unseren Applikationsingenieuren auf ihre Schweissbarkeit untersucht. Die Fügepartner werden zunächst auf Farbe, Unebenheiten in der Schweisszone, Passform, allgemeine Dimensionen, Glasfaserverteilung, etc. optisch beurteilt.

Pre- und In-Prozess

Spektroskopie
  • Pre-Prozess

    1. Spektroskopie

      Auch in der Evaluierungsphase hat sich eine stichprobenartige Messung der Transparenz mit dem Arbeitslaser bewährt. Bei kritischen Bauteilen wird jedoch eine detailliertere Messmethode über einen grösseren Wellenlängenbereich hinzugezogen. Je nachdem, welche Additive die Kunststoffe beinhalten, verändert sich das spektrale Bild. Mit der Spektroskopie wird die Transparenz den Wellenlängen genau zugeordnet und eine ideale Laserquelle kann ermittelt werden.

      Die Messkurve zeigt ein mit Additiven versetztes Polycarbonat. Die Transparenz nimmt von 800nm bis 1100nm stetig ab. Daher ist hier ein Laser mit 808 nm zu empfehlen. Wenn das gleiche Material allerdings den absorbierenden Fügepartner darstellt, verhält es sich andersherum. Hier sind die Laser mit 980 oder 1070nm eher zu empfehlen.
    2. Optische Eindringtiefe

      Da sich die Absorption der spektroskopischen Untersuchung auf die gesamte Probendicke bezieht, muss sie nicht zwingend ein ausreichendes Mass für die Schweissbarkeit sein. Hierzu wird die optische Eindringtiefe herangezogen. Sie ist ein Mass für die Energiedichteverteilung durch Umwandlung der Laserenergie in Wärme und wird experimentell über spektroskopische Untersuchungen an Dünnschnitten bzw. –schliffen bestimmt.

    3. Kontakt der Fügeebene

      Das Prinzip des Laserdurchstrahlschweissens beruht auf physischen Kontakt der Fügepartner in der Schweisszone. Nur so kann eine effektive Wärmeleitung gewährleistet werden. Der Grad des Kontakts kann mit Hilfe von Druckpapier ermittelt werden, welches die Stärke des Kontakts durch Farbintensitäten anzeigt.

  • In-Prozess

    In der Evaluierungsphase werden die Prozessüberwachungsmethoden qualifiziert, die in der Produktion Anwendung finden.

Post-Prozess

Vergleich einer guten mit einer schlechten Laser-Schweissnaht
Links: Bruchbild mit guter Schweissung; rechts: schlechte Schweissung
  • Zerstörende Untersuchungen

    In dieser Phase des Projektes wird die Beschaffenheit der Schweissung mit Hilfe der Mat-terialographie genauer untersucht.

    1. Bruchbild

      Unabhängig von dem Verfahren, wie eine Schweissung zerstört wird, entsteht ein Bruchbild an dessen Erscheinung die Schweissnaht beurteilt werden kann. Optimal sind Brüche in denen der eine Fügepartner in den anderen übergeht. In der Schweissnaht der Bruchstücke sind Teile aus beiden Partnern sichtbar.

    2. Dünnschnitte/Dünnschliffe

      Diese Methode ist etwas aufwendiger, visualisiert aber die Wärmeeinflusszone der Schweissnaht exemplarisch als Linse an einer Stelle. Sie wird durch geschickte Lichteinstellung mikroskopisch an sehr dünnen Proben hervorgehoben.

  • Nicht zerstörende Untersuchungen

    Nicht zerstörende Verfahren sind in der Regel kostenintensiver, heben jedoch Fehlstellen visuell hervor.

    1. Ultraschall

      Für die Bauteilprüfung werden Frequenzen zwischen 0.5–10 MHz eingestellt. Je nach Einstellwinkel, Bauteildicke und Material können Defekte erkannt werden. Die Methode beruht auf der Materialdickenmessung. Bei Fehlstellen wird die Schallwelle früher reflektiert als beim Durchdringung der eigentlichen Materialdicken.

    2. Röntgen

      Röntgenstrahlen durchdringen den Probekörper und erzeugen ein 2D Bild in dem Lunker, Fehlstellen, Bindenähte und Risse dargestellt werden. Allerdings ist eine direkte räumliche Zuordnung nicht möglich.

    3. Computertomographie

      Die Computertomografie ist ein schnittbildgebendes Verfahren basierend auf Röntgenstrahlung, das ein Bauteil im 3-D Modus darstellen kann. Lunker, Fehlstellen, Bindenähte und Risse können lokal zugeordnet werden.

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