Untersuchung der Entstehung und Auswirkung von Clustern auf die Materialbearbeitung mit hochbrillanter Laserstrahlung am Beispiel des Abtragprozesses mit einem Einmoden-Faserlaser

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Klaus Dickmann
• Subject Area: Production Automation and Assembly Technology
• Term: from 2008 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 85972124

Im Rahmen des beendeten Forschungsvorhabens Clusterbildung bei der Mikro-Materialbearbeitung mit hochbrillanter Laserstrahlung wurde ein Einfluss der Clusterbildung auf das Abtragen von Edelstahl mittels hochbrillanter Strahlung bei Bestrahlungszeiten >> 100 ns nachgewiesen. Die Erkenntnisse über den deutlichen Einfluss der Clusterbildung auf den Abtragsprozess beschreiben einen grundlegenden Wechselwirkungseffekt, der ebenso auf Fügeprozesse mit hochbrillanter Strahlung übertragen werden kann. Bezieht man sich auf das Laserstrahlschweißen, so wurden bereits umfangreiche Arbeiten zur Clusterbildung durchgeführt. Aufgrund der Streuung der einfallenden Strahlung kann eine starke Partikelbildung im Metalldampf zu der Abnahme der Einschweißtiefe und der Zunahme der Schweißnahtbreite führen. Maßnahmen, um den Einfluss der Clusterbildung auf den Laserstrahlschweißprozess zu reduzieren, existieren in Form von Cross-Jets, Reduzierung des Umgebungsdrucks und dem Einsatz von verschiedenen Prozessgasen. Jedoch führen die Entwicklungen im Bereich der hochbrillanten Strahlquellen vermehrt zu dem Einsatz von Laserquellen in Kombination mit großen Brennweiten und damit verbundenen großen Arbeitsabständen. Bei diesen Remote-Anwendungen erweisen sich Maßnahmen zur Reduzierung der Partikelbildung als schwierig. Um den Einfluss der Clusterbildung auf diese Bearbeitungsprozesse besser beurteilen und einschätzen zu können, sind tiefergehende Untersuchungen zur Clusterbildung beim Laserstrahlschweißen und dem damit verbundenen Einfluss auf den Bearbeitungsprozess notwendig. Das beantragte Folge-Forschungsvorhaben soll dabei einen Beitrag zur Erweiterung des Verständnisses der Auswirkung von der Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und sich im Metalldampf bildenden Clustern auf den Laserstrahlschweißprozess leisten. Grundlage soll hierbei der Laserstrahlschweißprozess bei Edelstahl und Aluminium mit einem 2-kW-Faserlaser sein. Die Ergebnisse sollen nicht nur einen qualitativen Eindruck bezüglich der Auswirkung auf die Bearbeitungsqualität geben, sondern sollen einen Aufschluss über den Zusammenhang zwischen Prozessinstabilitäten und zeitlicher Entwicklung der Clusterdichteverteilung während des Bearbeitungsprozesses zulassen.

• DFG Programme: Research Grants