Stephan Kallee:

FSW/FSSW von Kunststoffen

Rührreibschweißen und Rührreibpunktschweißen von Kunststoffen


Materialfluss beim FSSW von transparenten Polymeren: (a) Ausgangslage; (b) Spanbildung; (c) Bildung der thermomechanisch beeinflussten Zone (TMAZ) unter dem Werkzeugstift; (d) Vergrößerung der TAMZ; (e) tiefes Eintauchen und (f) Material nach dem Verweilen.

© Francesco Lambiase, Hamed Aghajani Derazkola und Abdolreza Simchi, CC BY 4.0

   

Beim Rührreibpunktschweißen (FSSW) von Polymeren wurde früher meist eine Positionssteuerung während des gesamten Schweißprozesses eingesetzt, da die verwendeten Maschinen meist keine Vorrichtungen zur Kraftmessung hatten.[1]

 

      

Rührreibpunktschweißen von transparentem Plexiglas: Effekt der Positionssteuerung beim Eintauchen, Rühren, Abkühlen und Herausziehen.

© Francesco Lambiase, Hamed Aghajani Derazkola und Abdolreza Simchi, CC BY 4.0

   

Wenn beim Kunststoffschweißen ausschließlich die Eindringtiefe des Werkzeugs gesteuert wurde, führte das oft zur Bildung eines porösen Bereichs, der das Nugget umgibt. In diesem Bereich bildeten sich oft große Blasen, die durch die vom Polymer absorbierte Feuchtigkeit, die während des Prozesses eingeschlossene Luft und die thermische Schrumpfung während der Abkühlphase entstanden.[1][2]

 

Diese Blasen beeinflussten das mechanische Verhalten der Schweißnähte dramatisch, da sie die Tragfähigkeit reduzierten und als Spannungserhöhungen wirkten. Der Ablauf des Materialflusses beim Rührreibschweißen von transparentem Polycarbonat (Plexiglas) ist oben  in den Fotos a-f dargestellt. Hier wird die Bildung der Blasen zwischen den gerührten und den umgebenden Bereichen zu Beginn der Verweilphase beobachtet. Während der Eintauchphase übt die axiale Belastung eine Druckspannung aus, die die Blasenbildung behindert. Wenn die Werkzeugbewegung jedoch gestoppt wird, sinkt die axiale Belastung, was zu einer leichteren Bildung der Blasen führt.[1][2]

   

Rührreibpunktschweißen von transparentem Plexiglas: Effekt der Kraftregelung beim Eintauchen, Rühren, Abkühlen und Herausziehen.

© Francesco Lambiase, Hamed Aghajani Derazkola und Abdolreza Simchi, CC BY 4.0

   

Um die Porenbildung zu vermeiden, setzten Lambiase et al. während der Abkühlphase eine Kraftregelung ein, wie oben in den Fotos g-n gezeigt wird. Dadurch wurde eine  Druckbelastung aufgebracht, durch die die am Beginn der Rührphase gebildeten Poren und Hohlräume zusammengepresst wurdne. Die von den Autoren berichteten Ergeb­nisse waren äußerst vielversprechend; tatsächlich erreichten die unter Kraftregelung hergestellten Schweißnähte einen Verbindungswirkungsgrad von 99 %.[1][2]

 

Quellennachweise

  1. Francesco Lambiase,<a><*> Hamed Aghajani Derazkola<b> und Abdolreza Simchi,<c><d>: Friction Stir Welding and Friction Spot Stir Welding Processes of Polymers—State of the Art.
    <a> Department of Industrial and Information Engineering and Economics, University of L’Aquila, via G. Gronchi 18, Zona Industriale di Pile, 67100 L’Aquila AQ, Italien
    <b> Young Researchers and Elites Club, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Teheran 14588, Iran
    <c>Department of Materials Science and Engineering, Sharif University of Technology, P.O. Box 11365-9466, Azadi Avenue, Teheran 14588, Iran
    <d>Institute for Nanoscience and Nanotechnology, Sharif University of Technology, P.O. Box 11365-9466, Azadi Avenue, Tehran 14588, Iran
    <*> Korrespondierender Autor
    Materials 2020, 13(10), 2291; https://doi.org/10.3390/ma13102291
    Veröffentlicht am 15. Mai 2020.
       
  2. Lambiase, F.; Paoletti, A.; Di Ilio, A. Friction spot stir welding of polymers: control of plunging force. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2017, 90, 2827–2837.