Untersuchungen zum instabilen Prozessverhalten beim Laser-Mikroschweißen von Kupfer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt sollten die Ursachen und mögliche Gegenmaßnahmen für die Prozessinstabilitäten beim Laser-Mikropunktschweißen von Kupfer mit Nahinfrarotlasern untersucht werden. Hierzu durchgeführte Simulationen mit Literaturdaten bestätigten eine erwartete gegenseitige Verstärkung des unvorteilhaften Einflusses von temperaturabhängiger Absorption und temperaturabhängiger Wärmeleitfähigkeit auf das Prozessfenster. Sie zeigten außerdem, dass die temperaturabhängige Funktion des Absorptionsgrads der Hauptgrund für die niedrige Reproduzierbarkeit des Schweißprozesses ist. Diese Simulationen benötigten jedoch noch einen Korrekturfaktor von 1.7 zur Übereinstimmung mit Laborexperimenten. Es wurden eigene Messungen des temperaturabhängigen Reflexionsgrads in einem selbst entwickelten Ulbrichtkugel-Aufbau mit Stickstoffatmosphäre durchgeführt und die Daten bezüglich einer Reflexionsdrift und der Zeitabhängigkeit von Redoxreaktionen korrigiert. Mit diesen neuen Eingangsdaten wurde in den Simulationen kein Korrekturfaktor mehr benötigt. Durchgeführte Laborversuche und Simulationen mit den korrigierten Daten zum Reflexionsgrad zeigten, dass eine Wärmebehandlung zur Reduzierung von Oxiden beim Erzeugen von Laser-Mikroschmelzpunkten zu kleineren Prozessfenstern führt, während erhöhte Ausgangstemperaturen und eine ansteigende Pulsform das Prozessfenster vergrößern und so den Prozess sowohl bei reduzierten als auch unbehandelten Proben stabilisieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Simulation of the influence of temperature-dependent material parameters on the temperature evolution in laser micro-spot welding of copper. International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics, M604.
Mattern, Manuel & Ostendorf, Andreas
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Temporal temperature evolution in laser micro-spot welding of copper considering temperature-dependent material parameters. Materials Research Express, 5(6), 066545.
Mattern, Manuel; Weigel, Thomas & Ostendorf, Andreas
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Temperature-dependent reflectivity of unpolished rolled copper for near infrared lasers. OA in: Proceedings of Lasers in Manufacturing Conference
Mattern M. & Ostendorf A.
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Combined experimental and theoretical approach to improve measurement accuracy of temperature-dependent reflectance of copper.
Mattern, Manuel; Kukreja, Lalit Mohan & Ostendorf, Andreas
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Temperature-dependent reflectance of copper with different surface conditions measured at 1064 nm.
Mattern, Manuel; Kukreja, Lalit Mohan & Ostendorf, Andreas
