Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Steigerung der Prozesseffizienz und Schnittkantenqualität beim Inertgasschneiden mit Faserlasern
Final Report Abstract
Im bearbeiteten Forschungsvorhaben wurde das Inertgas-Laserstrahlschneiden des korrosionsbeständigen Stahlwerkstoffes 1.4301 im Blechdickenbereich 1 bis 15 mm untersucht. In einer ersten Versuchsphase erfolgte in Sinne einer Bestandsaufnahme der Verfahrensvergleich des Faserlaserschneidens mit dem CO2-Laserstrahlschneiden. Als maßgeblicher Unterschied zwischen beiden Varianten konnte insbesondere eine unterschiedliche Schnittspaltform identifiziert werden. Die dem Projekt zu Grunde gelegte Arbeitshypothese, durch Strahlmodifikationen eine Prozessoptimierung bezüglich Prozesseffizienz und Schnittkantenqualität zu erzielen, war im Hinblick auf dieses Projektergebnis folglich berechtigt. Entscheidende Erkenntnis ist jedoch, dass die Einflussmöglichkeiten mit statischen Mitteln der Strahlformung als begrenzt bewertet werden müssen. Im Rahmen einer zweiten Versuchsserie wurde die Beeinflussbarkeit der Schnittspaltgeometrie durch angepasste Strahlkaustiken in einem großen Parameterbereich realisierbarer Fokusabmessungen und korrespondierender Rayleighlängen untersucht, wobei Strahlquellen unterschiedlicher Strahlqualität eingesetzt wurden. Hierbei zeigte sich, dass die prinzipielle Charakteristik der Schnittspaltausprägung weitestgehend unabhängig von der eingesetzten Strahlkaustik und der festgelegten Fokuslage erhalten bleibt. Insbesondere wurde die Präferenz des Faserlaserschneidens zur Ausbildung einer stundenglasähnlichen Schnittspaltgeometrie für alle untersuchten Strahlkonfigurationen bestätigt. Ein größeres Potenzial zur aktiven Prozesssteuerung bieten wahrscheinlich dynamische Lösungsansätze. Erste Untersuchungen mit oszillierenden Strahlen zeigen, dass bei angepassten Oszillationsparametern in Abhängigkeit von der gewählten Oszillationsform Einfluss auf die Schnittspaltausbildung und die erzielbare Prozesseffizienz genommen werden kann. Damit stellt sich diese Verfahrensvariante als vielversprechender Lösungsansatz für erforderliche Folgeuntersuchungen dar.
Publications
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(2013), Experimental investigations on fusion cutting stainless steel with fiber and CO2 laser beams, Physics Procedia, 41, 392-397
Sebastian Stelzer, Achim Mahrle, Andreas Wetzig, Eckhard Beyer
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(2014), Experimental analysis for improvements of process efficiency and cut edge quality of fusion cutting with 1 µm laser radiation, Physics Procedia, 56, 892-900
Cindy Goppold, Karsten Zenger, Patrick Herwig, Andreas Wetzig, Achim Mahrle, Eckhard Beyer
