FT_06

1030 nm bis 1080 nm

Werden fast nciht absorbiert

Daher ist es möglich, bei diesen Lasertypen transmissive Optiken und eine Strahlführung durch Lichtleitfasern („Glasfasern“) zu verwenden.

• Beim CO2-Lasers ausschließlich Spiegelsysteme zur Strahlführung /-fokussierung verwendet
  • mechanische Aufwand zur Realisierung eines Systems für den Einsatz des Lasers mit Robotern sehr groß.
  • diese Systeme sind daher in der Industrie die Ausnahme.
  •  
• CO2-Laser eher in Kombination mit einem bewegten Werkstück eingesetzt.

Moderne Lichtleitfasern erlauben bei Faserdurchmessern von 200 bis 300 μm
Biegeradien von etwa 100 mm.

Laser mit

• max. 500 W Strahlleistung eingesetzt,
• Laserstrahlung durch Fasern von 50 μm oder weniger geleitet

optische Schalter

• ist eine Mehrfachnutzung der Festkörperlaserstrahlquelle

Strahlteiler

• Schweißen an mehreren Stationen gleichzeitig
• meist mit festem Teilungsverhältnis

Nachteil bei einer solchen Strahlführung

• durch Vielfachreflexion ► verschlechterte Strahlqualität.

Beim Remote Welding wird mittels eines drehbaren Spiegels eine
Positionierung des Laserstrahlfokus in der Ebene generiert
Hochgeschwindigkeitssystem zur Erzeugung von Lasersteppnähten mit zu
vernachlässigender Schweißnebenzeit
Steht vorwiegend im Wettbewerb zum Widerstandspunktschweißen
Schweißkonturen: Punkte, Stepp-, Kreis-, Halbkreis-, Kreuz-, und Wellennähte

Remote Welding

• In der Optik des Schweißsystems ein schnell beweglicher Spiegel eingesetzt
• Durch Auslenkung des Spiegels kann ein sehr großer Arbeitsraum abgedeckt werden
• Die Verstellgeschwindigkeit reduziert darüber hinaus die Schweißnebenzeiten erheblich
• sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten erreichbar
• Dieses Verfahren wird vielfach in der Automobilindustrie eingesetzt, wo es in der Karosseriefertigung vielfach das Widerstandspunktschweißen verdrängt hat.

fehlende Schutzgasabdeckung der Schweißstelle

=> Die erzielbare Nahtqualität ist demnach geringer, als bei einem
herkömmlichen Laserstrahlschweißprozess.

Strahldurchmesser im Fokuspunkt erhöht sich, je länger die Fokussierweite ist( Entsprechend der Berechnung des Propagationsfaktors)

In Kombination mit der zur Verfügung stehenden Laserleistung, können beim Remoteschweißen für die unterschiedlichen Lasertypen verschiedene Brennweiten gewählt werden.

Dementsprechend kann mit einem Faserlaser (hohe Strahlqualität, hohe Strahlleistung) eine lange Brennweite verwendet werden, die einen endspreched großen Arbeitsraum eröffnet.

Das hochgenaue Ansteuern des Remotespiegels erlaubt es, komplexe
Fügegeometrien in kürzester Zeit zu realisieren.

Derartige Geometrien ließen sich mit einem herkömmlichen Laserstrahlschweißprozess nur sehr viel langsamer herstellen.

Weitere Vorteile:

• verkürzten Nebenzeiten
• einseitig erforderliche Zugänglichkeit (WP-Schweißen: beidseitig)
• Möglichkeit, die Schweißnähte nach geometrischen und mechanischen Gesichtspunkten optimal positionieren zu können

• Freie Schweißnahtgestaltung
  • Optimale Verteilung der Nähte auf der Kante
• Einseitige Zugänglichkeit
  • Mehr Freiheit bei Design und Produktion
• Schweißung, angepasst an Teile bzw. Lastanforderungen

Der Laserstrahlfokus wird mittels eines, in zwei Achsen drehbaren
Spiegels positioniert.

Beim Einsatz von Fokussieroptiken mit langen Brennweiten (ca.
1600 mm) bewirken kleine Winkelauslenkungen des Spiegels bereits lange Wege in
der Bearbeitungsebene.

Zu den Vorteilen des Remote Welding zählen

• sehr kurze Amortisationszeiten
• Verringerung der Taktzeiten
• Einsparung von Fläche in verketteten Fertigungslinien
• Erweiterung der Konstruktionsmöglichkeiten
  • durch Erhöhung der Geometrieflexibilität
• Mehrfachnutzung der Festkörper und Faserlaserquelle möglich
  • Über Schaltersysteme

Prädestiniert für den Robotereinsatz!

Da Festkörper- und den Faserlaserstrahl im Kilowatt-Bereich über
flexible Lichtleiter führbar.

Bei CO2-Lasers kann in Robtern nur über komplizierte und verlustreiche Spiegelsysteme eingesetzt werden.

Über Schaltersysteme ist eine Mehrfachnutzung der Festkörper und
Faserlaserquelle möglich.

Prinzip des Laserstrahlschweißens

• Wärmeleitungsschweißen
• Tiefschweißen

• Stahlwerkstoffe mit technischen Oberflächen reflektieren die Laserstrahlung bis zu 95 %.
• So ist bei niedrigen Intensitäten (I ≤ 106 W/cm2) allenfalls ein Aufschmelzen von  Werkstückoberflächen bzw. -kanten möglich
• Damit folgt Wärmeleitungsschweißen mit geringer Tiefenwirkung

• Oberhalb einer Schwellintensität (I ≥ 106 W/cm2) findet dann ein Phasenübergang statt
• Es entsteht ein laserinduziertes Plasma
  • dieses bildet Plasmakanal
• Entstehende Dampfkapillare bringt weiter unterhalb der Werkstückoberfläche Energie ein

=> Tiefschweißeffekt

• Der größte Teil der Schmelze umströmt die durch dieF ügezone bewegte Kapillare
  • deren Schließen durch den Dampfdruck verhindert
• Rest des Werkstoffs
  • verdampft und kondensiert an der Kapillarenwand
  • oder strömt in ionisierter Form ab
• Bei geeigneter Parameterwahl: nahezu vollständige Energieeinkopplung in das Werkstück erzielbar

a

• Beim CO2-Laser wird die Strahlung durch das Plasma absorbiert
  • dessen Absorptionseigenschaften hängen von der Strahlungsintensität und der Dichte des Dampfes ab
• Plasma kann von der Werkstückoberfläche lösen und die Bearbeitungszone abschirmen
  • In Abhängigkeit von der Elektronendichte im Plasma und der eingestrahlten Laserintensität

• Das Plasma heizt sich dabei so stark auf, dass nur noch ein Bruchteil der Laserstrahlung das Werkstück erreicht.
• Deshalb werden beim Schweißen mittels CO2-Laser zur Plasmakontrolle Gase eingesetzt. Deren Ionisationspotential sollte möglichst hoch liegen (gebräuchlich: Helium), da auch die Bildung so genannter "Schutzgasplasmen" möglich ist, welche die Energieeinkopplung wiederum verringern.

• Festkörperlaser (Stab-, Faser- und Scheibenlaser) sowie Diodenlaser besitzen eine um den Faktor 10 kleinere Wellenlänge als CO2-Laser.
• Die Absorption der Strahlung erfolgt daher nicht im Plasma, sondern durch Mehrfachreflexion an der Schmelzfront des Plasmakanals.
• Die sehr feinen Partikel des Metalldampfes können sich über dem Werkstück jedoch zu größeren Partikeln agglomerieren und Strahlung absorbieren.
  • Um diesen Verlust an Leistung im Werkstück zu verhindern werden in der Praxis Druckluftdüsen eingesetzt, die den Strahlengang „sauber“ halten.

• Intensität
• Wellenlänge
• Temperatur
• Werkstoff

Wärmeleitungsschweißen [1]

Tiefschweißen [2]

Während beim Wärmeleitungsschweißen nur geringe Einschweißtiefen (max. ca.
1,0 mm) erreicht werden, steigt die Einschweißtiefe beim Erreichen der
Schwellintensität (I ≥ 106 W/cm2) sprunghaft an.

Durch das Erreichen der Verdampfungstemperatur des verwendeten Werkstoffs, bildet
sich eine Dampfkapillare im Material aus. Damit verbunden ist eine deutliche
Reduzierung der Reflexion und somit eine verbesserte Energieeinbringung in den
Werkstoff

Intensität I < 106 W/cm2
Aufschmelzen von Material
Absorption an fester oder flüssiger Oberfläche, A < 30 %
Bildung eines Schmelzbades mit geringer Einschweißtiefe

Intensität I ≥106 W/cm2
Verdampfen von Material
Fast vollständige Energieeinkopplung
durch Absorption im Dampf bzw. an der
Schmelzfront, A > 90 %
Bildung einer Dampfkapillaren mit hoher
Einschweißtiefe