Verständnis und Minderung des Verzugs beim Laserstrahltiefschweißen im Mikrobereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den eigenen Arbeiten der ersten Förderphase stellten sich zunächst die Handhabung sowie das Positionieren inklusive dem Spannen der Folien als zentrale Herausforderungen heraus. Die Umsetzung und Anpassung der System-, Spann- und Messtechnik musste zunächst durchgeführt werden, um eine Basis für weiterführende Untersuchungen zu schaffen. Im Rahmen der Untersuchungen der Verzugsgrößen musste zunächst ein geeignetes Messverfahren implementiert und validiert werden. Das durchgeführte Arbeitsprogramm ergab folgende wesentliche Ergebnisse und Erkenntnisse: Die Methode der Deflektometrie (Streifenreflexion) stellte sich als zielführend heraus, um berührungslos ohne Vorbehandlung der Probenoberflächen Verzugsgrößen im Mikrobereich zu erfassen. Die Messung konnte dabei innerhalb der Laserstrahlschweißstation und bei eingespannten Folien durchgeführt werden, um Einflüsse auf die biegeschlaffen Werkstücke durch Handling zu vermeiden. Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass für die Verformungen der Folien aus der Ebene heraus der Beulverzug aufgrund der Nahtlängsschrumpfung ein primärer Mechanismus ist. Des Weiteren zeigte sich, dass die durch die Spanntechnik induzierte Querspannung während des Schweißvorganges proportional zum Vorspannungswert abfällt, wobei die Vorverformung (Zugdehnung) nicht durch das Aufschmelzen des Nahtbereiches über die gesamte Probenbreite ausgeglichen wird. Grund ist die im Verhältnis zur Nahtlänge kurze Schmelzbadlänge. Auf Grund der stattgefundenen Querschrumpfung steigt die Spannung mit dem Verschwinden der induzierten thermischen Dehnungen wieder an. Der Anstieg ist vom Betrag der Vorspannung unabhängig. Schlussfolgernd ist es somit möglich, durch die Größe der Vorverformung die Querschrumpfspannung zu mindern. Ein proportionaler Zusammenhang zwischen Schrumpfung und absorbierter Streckenenergie konnte anhand der Nahtbreiten für das Laserstrahltiefschweißen im Mikrobereich bestätigt werden. Dies würde zusätzlich bedeuten, dass die Möglichkeit bestünde, über eine Vordehnung in Längsrichtung das Beulen zu mindern. Hochgeschwindigkeitsaufnahmen konnten zudem aufzeigen, dass signifikante transiente Verformungsvorgänge beim Mikrotiefschweißen stattfinden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Distortion effects in micro welding with fibre laser, Proc. 29th int. Cong. On Applications of Lasers and Electro-Optics (ICALEO 2010) LIA Publication 613 (CD) paper 301, 85-90
Thomy, C.; Möller, F.; Vollertsen, F.
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Distortion effects in micro welding with single-mode fibre laser, IIW Annual Assembly 2010 Com. IV, Istanbul, Turkey (2010) IIW-Doc. IV- 1025-10 (CD-Rom)
Thomy, C.; Möller, F.; Vollertsen, F.
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Challenges of investigating distortion effects in laser micro welding, proceedings 37th Matador Conference 2012, eds.: L. Li, S. Hinduja. Manchester (2012), Springer-Verlag, paper no. 3277
Woizeschke, P.; Vollertsen, F.
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Distortion Effects in Deep Penetration Laser Micro Welding: Challenges and Results, Lasers in Engineering 28 (2014) 337-359
Woizeschke, P.; Vollertsen, F.
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Verzugsmessung beim Lasermikroschweißen, Mikroproduktion (Special zur Mikrolaserbearbeitung) 3, 14 (2014) 42-43
Woizeschke, P.; Sandner, M.
