Branson informiert über Infrarotschweißen

Neben dem reinen Infrarotschweißen von Kunststoffen werden breitbandige Infrarotstrahler auch erfolgreich zur Vorwärmung bzw. Vorplastifizierung in Kombination mit dem Vibrationsschweißen eingesetzt.

Der Verfahrensablauf des Infrarotschweißens ähnelt dem Heizelementschweißen. Hier werden jedoch die Schweißzonen beider Fügepartner lediglich berührungslos durch die Absorption der Strahlungsenergie erwärmt – ein Materialrückstand durch Anhaften der Schmelze am Heizelement ist somit nicht möglich. Da es aber keine Angleichphase gibt, ist es andererseits kaum möglich, Formteiltoleranzen etwa durch Abschmelzen auszugleichen. Sind also die Fügeflächen toleranzbedingt uneben und dadurch der Abstand einzelner Segmente zum Strahler ungleichmäßig, erfolgt eine inhomogene Erwärmung der Fügezone. Geringe Toleranzen können jedoch durch Erhöhung des Strahlerabstandes zur Fügefläche kompensiert werden, was aber auch die Anschmelzphase verlängert.

Nach Erreichen der gewünschten Schmelzeschichtdicke beginnt die Umstellphase, also die Umstellung von der Erwärm- auf die Fügephase. Dabei wird das Strahlerelement aus der Fügeebene herausbewegt. Ein Zurückfahren der Werkstücke - beim Heizelementschweißen zur Trennung von den Heizelementoberflächen immer erforderlich - entfällt hier bei ebenen Teilen (2D-Fügefläche).

Die Fügephase beginnt mit der gegenseitigen Berührung der Fügeflächen und ist vom Ablauf her mit der Fügephase beim Heizelementschweißen identisch.

Erläuterung zum Prozessablauf

Phase 1: Es erfolgt das Erwärmen und Schmelzen der Formteiloberflächen.

Phase 2: Hier wird das Heizelement aus der Fügezone herausgefahren.

Phase 3: Eine hohe kraft- oder wegabhängig gesteuerte Fügegeschwindigkeit ist ein Kriterium für gute Schweißqualität.

Phase 4: Bei einem nahezu linearen Zusammenhang zwischen Weg und Zeit erstarrt
der aufgeschmolzene Nahtbereich.

Beim Infrarotschweißen kommen je nach Anwendung folgende Strahlerarten zum Einsatz:
— kurzwellige Strahler mit Wellenlänge 1,6 µm (etwa Halogenstrahler),
— mittelwellige Strahler im Wellenlängenbereich zwischen 1,6µm und 3,5 µm (etwa Metallfolienstrahler),
— langwellige Strahler, mit Wellenlängenbereich oberhalb 3,5 µm (etwa Quarzstrahler).

(Zum besseren Verständnis sei bemerkt, dass sich Laserstrahlen als fokussierte und monochrome Strahlen im Wellenlängenbereich zwischen 0,8 und 1,1 µm bewegen.)

Ein thermischer Strahler emittiert die Strahlung nicht bei genau einer Wellenlänge, sondern vielmehr in einem Wellenlängenspektrum. Auch die Absorptionseigenschaft von Kunststoffen und damit die Erwärmung der Fügezone kann sehr unterschiedlich sein, denn diese wird durch den makromolekularen Aufbau und gegebenenfalls durch vorhandene absorbierende Zusatzstoffe bestimmt. Kritisch ist die Gefahr einer thermischen Materialschädigung der Fügezone, wenn auf der Fügefläche die Zersetzungstemperatur überschritten wird, bevor eine ausreichende Schmelzeschichtdicke erreicht ist. Versuchsschweißungen zum Ermitteln der optimalen Parameter sind bei neuen Werkstoffen in der Regel angebracht.

Eine interessante Variante des Einsatzes von Infrarotstrahlern ist die eingangs erwähnte Vorwärmung bzw. Vorplastifizierung der Fügezone von Thermoplasten direkt vor dem Vibrationsschweißzyklus.

Sie vermindert ganz erheblich den partikel- und fusselförmigen Austrieb und erhöht die langzeitige Nahtfestigkeit. Gleichzeitig verringert sich die für den jeweiligen Werkstoff erforderliche Reibleistung und Schweißzeit.

>mehr über Vibrationsschweißen mit Infraroterwärmung in unserer Branson Website www.branson.de