Prosessiparametrien vaikutus polymeerien diodilaserhitsaukseen

Abstract

Diplomityössä tutkittiin polymeerien diodilaserhitsausta ja tavoitteena oli selvittää eri prosessiparametrien vaikutus hitsin laatuun. Kokeissa käytettyjä hitsausmenetelmiä olivat jatkuva hitsaus, puolisimultaanihitsaus ja Clearweld-menetelmä. Materiaaleina käytettiin polykarbonaattia ja ABS + PC -seosta. Kokeissa tarkasteltiin prosessiparametrien vaikutusta hitsin lujuuteen, leveyteen sekä hitsin tuhoutumiseen ja huokoisuuteen.

Hitsin lujuus kasvoi hitsaustehoa nostettaessa tiettyyn pisteeseen asti, jonka jälkeen hitsi alkoi tuhoutumaan ja lujuus lähti laskuun. Hitsaustehon lisäksi hitsin lujuuteen vaikuttavia prosessiparametreja olivat hitsausnopeus ja ilmarako, joiden kasvaessa hitsin lujuus laski. Lisäksi puolisimultaanihitsauksessa pyyhkäisyjen määrä vaikutti hitsin lujuuteen; suuremmalla pyyhkäisyjen määrällä saatiin lujempi hitsi. Hitsin leveydellä ja lujuudella ei ollut vaikutusta toisiinsa, mutta hitsin tuhoutumisella ja huokosten määrällä hitsissä oli selkeä yhteys hitsin lujuuteen. Kun hitsissä alkoi esiintyä tuhoutumista, hitsin lujuus lähti laskuun. Clearweld-menetelmällä tarvittavat hitsaustehot olivat samaa suuruusluokkaa kuin jatkuvassa hitsauksessa.

Hitsausparametrialueeseen, jolla saadaan aikaan laadukas hitsi, vaikuttavat hitsausteho, hitsausnopeus, ilmarako ja säteen tehotiheys sekä puolisimultaanihitsauksessa pyyhkäisyjen määrä. Hitsausnopeuden ja ilmaraon kasvaessa parametrialue kapenee. Paras liitos saadaan aikaiseksi, kun kappaleiden välillä ei ole ilmarakoa. Tällöin myös hitsausparametrialue on laajempi.

Diode laser welding of polymers was studied in this Master’s thesis. The aim of the thesis was to study the effect of the process parameters to the quality of the weld. Contour welding, quasi-simultaneous welding and the Clearweld-process were used in the experiments. The materials used were polycarbonate and ABS + PC -blend. The effect of the process parameters to strength, width, destruction and porosity of the weld were studied in the experiments.

The strength of the weld increased when the weld power was increased until a critical point was obtained. Above this point destroyed areas could be found from the weld and the strength of the weld started to weaken. Welding speed and air gap were the process parameters that had strongest effect to the strength of the weld. The strength of the weld decreased when these parameters were increased. Also, in quasi-simultaneous welding the strength of the weld increased when the number of scans was increased. The width of the weld had no effect on the strength of it. The destruction and the porosity of the weld had an obvious effect on the strength of the weld. The strength of the weld decreased when destruction and porosity appeared in the weld. The destruction and porosity in the weld increased with the laser power. In the Clearweld-process the required laser power was equivalent as in contour welding.

Laser power, welding speed, power density, air gap between parts and in quasi-simultaneous welding also the number of scans affects the process parameter area. The parameter area decreases when the welding speed and the air gap increase. The parameter area is wider when there is no air gap between the parts and then the best weld quality is obtained.