Gas- und magnetofluiddynamische Maßnahmen zur Beeinflussung der Nahtqualität beim Laserstrahlschweißen, 1999 Coll. Laser in der Materialbearbeitung

Das Laserstrahlschweißen zählt heute zu den modernsten Verfahren der Fügetechnik. Mit der Realisierung des ersten Laborlasers [I] fiel 1960 der Startschuß zur Entwicklung der zum Schweißen benötigten Laserstrahlquellen. Seit damals wurden immer leistungsflihigere und zuverlässigere Strahlquellen entwickelt, so daß heute fi1r den industriellen Einsatz Laser mit Strahlleistungen bis zu 40 kW (C0-Laser) verrugbar sind. Inzwischen werden per annum 2 weltweit etwa 8000 neue Lasersysteme fiir die Materialbearbeitung installiert [2]. Diese Nachfrage nach Laseranlagen und der Nutzen dieser Anlagen ist aber nicht nur das Verdienst der Entwicklung besserer Strahlquellen, sondern vor allem der seit den 70er Jahren parallel dazu entwickelten und verfeinerten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung. Das La­ serstrahlschweißen ist nur eine von vielen innovativen Einsatzmöglichkeiten des Strahlwerk­ zeugs Laser. Trennen (Schneiden), Bohren, Beschichten, Abtragen und Härten etc. mit Laser­ strahlung sind Fertigungsverfahren, die längst in der industriellen Serienproduktion fest eta­ bliert sind [3]. Kennzeichnend fiir das Laserstrahlschweißen sind die damit zu erzielenden Einschweißtiefen bei gleichzeitig geringen Schweißnahtbreiten (Tiefe/Breite bis ca. 6: 1). Das Laserstrahl­ schweißen steht damit in direkter Konkurrenz zum Elektronenstrahlschweißen, bei dem dieser "Tiefschweißeffekt" schon 1958 entdeckt wurde und das angefangen von der Feinwerktech­ nik bis hin zum Maschinenbau mit tonnenschweren Werkstücken Anwendung fmdet [4]. Es ist auch gerade das Elektronenstrahlschweißen, das zunehmend durch das Laserstrahlschweis­ sen substituiert und zur Nischenanwendung verdrängt wird.

1 Einleitung.- 1.1 Phänomenologie des Laserstrahlschweißens.- 1.2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit.- 2 Wirkung des Schutzgases beim Laserstrahlschweißen.- 2.1 Kapitelübersicht.- 2.2 Bedeutung der Schutzgase beim Schmelzschweißen im allgemeinen.- 2.3 Die besondere Aufgabe der Schutzgase beim Laserstrahlschweißen.- 2.4 Kapitelzusammenfassung.- 3 Schmelzbadströmung und Prozeßstabilität.- 3.1 Kapitelübersicht.- 3.2 Die Antriebsmechanismen der Schmelzbadströmung.- 3.3 Simulation der Schmelzbadströmung.- 3.4 Schmelzbaddynamik.- 3.5 Kapitelzusammenfassung.- 4 Magnetofluiddynamische Mechanismen.- 4.1 Kapitelübersicht.- 4.2 Phänomenologische Beschreibung.- 4.3 Grundlagen.- 5 Magnetisch gestütztes Laserstrahlschweißen (MGL).- 5.1 Form der Prozeßföhrung.- 5.2 Einfluß der Magnetfeldorientierung.- 5.3 Messungen beim Schweißen mit Nd:YAG-Laserstrahlung.- 5.4 Modellvorstellung.- 5.5 Beeinflussung der Energieeinkopplung durch das Magnetfeld.- 5.6 Kombination des MGL mit Lichtbogen-Schweißverfahren.- 5.7 Kapitelzusammenfassung.- 6 Zusammenfassung.- 7 Anhang.- 7.1 Magnetischer Widerstand.- 7.2 Feldstärkeverteilung.- 7.3 Hochaufgelöste Spulensignale.- 8 Literatur.