Schweißnahtgüte rechtwinkliger Kunststoffverbindungen auf dem Prüfstand

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Beurteilen der L- und T-Stöße im Dreipunktbiege- und Zugversuch

Bislang existieren jedoch nur sehr bedingt Prüfmethoden, mit denen die Schweißnahtgüte reproduzierbar validiert werden kann. Die Standardprüfungen mit Universal-Prüfmaschinen sind für diese Winkelverbindungen nicht bzw. nur sehr bedingt anwendbar. Der in der DVS 2207-14 beschriebene Prüfaufbau ist nur bedingt anwendbar, da sich die Schenkel der Proben bei der Prüfung oft ungleichmäßig verformen und sich das Beurteilungskriterium vorwiegend auf das Bruchbild der Probe nach Versagen bezieht. Eine Beurteilung des Qualitätsniveaus der Probe vor Versagen kann hiermit nur bedingt vorgenommen werden. Die Kunststoffexperten von TÜV Süd haben die Universal-Prüfmaschine nun dahingehend modifiziert, dass die Schweißnahtgüte von L- und T-Stößen reproduzierbar ermittelt und quantifiziert werden kann. Analog zu den derzeitigen DVS Kriterien lassen sich so Kurzzeit-Schweißfaktor beziehungsweise Biegewinkel evaluieren.

In ersten Testreihen wurden Kunststoffproben aus PP und PVDF gefertigt, indem Kunststoffplatten auf einer Heizelement-Schweißmaschine mit 90°-Zusatzeinrichtung auf einer Länge von etwa 90 cm im L- bzw. T-Stoß gefügt wurden. Der Schweißvorgang bzw. die Probenherstellung erfolgte dabei an unterschiedlichen Bereichen des vier Meter langen Heizschwertes. Anschließend wurden die verschweißten Platten in jeweils 20 mm breite Probestücke gesägt und mit der Universal-Prüfmaschine auf ihre Festigkeit hin untersucht. Zum Prüfen der Proben auf einer Universal-Prüfmaschine war lediglich eine Anpassung hinsichtlich der Probenhalterung bzw. Probenführung nötig, da die rechtwinkligen Proben sonst nicht in die Maschine eingespannt werden können. Dabei kamen selbst entwickelte Halterungen zum Einsatz, die die Proben spannen bzw. führen. So konnten reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden und eine erste Evaluierung der Schweißnahtgüte gemäß den bekannten Beurteilungsgrundlagen des DVS erfolgen.

Die Überprüfung der T-Stöße erfolgte im Zugversuch (DIN EN ISO 527). Die Kurzzeit-Zugversuche zeigten, dass sich der Kurzzeit-Schweißfaktor mit den selbst entwickelten Halterungen reproduzierbar bestimmen lässt. Dafür wurden die Referenzwerte von nicht verschweißten, linearen Proben im herkömmlichen Zugversuch ermittelt. Gemäß DVS-Richtlinie 2203 erfolgte die Prüfung der L-Stöße angelehnt an den Drei-Punkt-Biegeversuch mit einem modifizierten System, bei dem die Standard-Aufleger der Prüfmaschine gegen Stahlrollen ausgetauscht wurden. Eine zusätzliche Führung im Stempel verhindert dabei das seitliche Ausweichen der Probe unter Druck. Vorversuche zeigten, dass auch mit dieser Methode die Messungen reproduzierbar durchgeführt werden konnte.

Die Vorversuche, Experimente und Messungen zeigten, dass auch die rechtwinkligen Schweißnähte den hohen Güteanforderungen des DVS genügen können. Dabei ist – wie bei der Verschweißung der Stirnflächen üblich – eine mechanische Vorbehandlung der Proben erforderlich. So konnten für PP-Proben in T-Form Kurzzeit-Schweißfaktoren von > 0,95 erzielt werden. Für PVDF-Proben lagen die Kurzzeitschweißfaktoren im Bereich von 0,8 bis 0,9 und somit nur teilweise unter dem zuvor festgelegten Anforderungswert von 0,9. Der für die PP-Proben in L-Form gemessene Biegewinkel lag bei α > 60° (Anforderung gemäß DVS 2203-1: α = 48°) und im Falle der PVDF-Proben in L-Form bei α > 55° (Anforderungen gemäß DVS 2203-1: α = 25°).

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