Spektroskopische Untersuchungen zur räumlichen Beeinflussung eines WIG-Lichtbogens durch Laserstrahlung

• Antragsteller: Dr. Dirk Uhrlandt; Professor Dr.-Ing. Volker Wesling
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223464523

Das Vorhaben dient dem grundlegenden Verständnis der Wechselwirkung eines WIG Schweißlichtbogens mit Laserstrahlung geringer Leistung. Empirische Voruntersuchungen zeigten Möglichkeiten einer beträchtlichen Steigerung der Schweißgeschwindigkeit beim WIG-Schweißen, wenn dem Lichtbogen ein Laserstrahl geringer Intensität, aber hinreichender räumlicher Überlappung und bei einer Wellenlänge entsprechend einer Absorptionslinie des Schutzgases überlagert wird. Anknüpfend an diese Voruntersuchungen sind die zugrunde liegenden Mechanismen der Plasmavolumenanregung und Führung des Lichtbogens durch den Laser durch systematische Untersuchungen aufzuklären. Ziel ist es weiterhin, Einflussgrößen dieser Effekte wie Wellenlänge, Fokusgröße, Intensität und Überdeckungsvolumen der Laserstrahlung in Wechselwirkung mit den Schweißprozessgrößen zu quantifizieren und zu verstehen. Zum einen ist zu ermitteln, zu welchem Grad die Laserstrahlung in Abhängigkeit der genannten Größen im Plasma absorbiert wird. Zum anderen ist aufzuklären, wie sich die Volumenanregung auf den Lichtbogen und seine Plasmaeigen-schaften auswirkt. Dies schließt die Ermittlung räumlicher und zeitlicher Skalen der Reaktion des Lichtbogens auf die Laserwirkung ein. Bei geringer Absorption der Laserstrahlung im Volumen und werkstoffnaher Fokussierung sind Oberflächeneffekte am Schmelzbad bzw. im Bogenansatzbereich zu erwarten wie etwa verstärkte Metallverdampfung. Letztere kann auch durch verstärkte Kontraktion des Lichtbogenansatzes infolge der Laserwirkung verursacht werden. Deshalb ist grundsätzlich der Einfluss der Metallverdampfung auf die Volumenanregung des Lichtbogens durch den Laser zu analysieren. In diesem Zusammenhang soll auch die Wirkung von Laserstrahlung mit Wellenlängen entsprechend der Absorptionslinien des verdampften Metalls untersucht werden.Die genannten anzustrebenden Erkenntnisse sind schließlich zusammenzuführen, um die Möglichkei-ten der räumlichen Konzentration und Stabilisierung des Lichtbogens sowie seiner Führung insbeson-dere im Auftreffpunkt am Werkstück durch den Laser aufzuzeigen. Exemplarisch sollen für einen ausgewählten WIG-Prozess das Potenzial zur Steigerung von Schweißgeschwindigkeit und/oder Einschweißtiefe demonstriert und optimale Parameter für die Lasereinkopplung ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Uwe Stute