Abstract No.:
6918

 Scheduled at:
Thursday, September 16, 2021, Saal Essen 9:00 AM
Modernes Strahlschweißen - Aktuelle Entwicklungen


 Title:
Beeinflussen der Spritzerentstehung beim Laserstrahlschweißen durch den Einsatz von Phasenplatten

 Authors:
Stefan Ulrich* / ifw - Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH , Deutschland
Martin Schmitz / Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung, Deutschland
Simon Jahn/ Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung, Deutschland

 Abstract:
Zentrales Thema dieses Beitrags ist die Beeinflussung der Spritzerentstehung beim Laserstrahlschweißen mit Faserlasern im NIR-Bereich durch die Verwendung von Phasenplatten. Höhere Schweißgeschwindigkeiten reduzieren die Ausdehnung der Wärmeeinflusszone im Werkstück. Jedoch begünstigt dies den Schmelzaustrieb an der Probenoberfläche, wodurch das Risiko von Spritzeranhaftungen steigt. Die Grenze für den maximalen Vorschub ergibt sich aus der Kombination von werkstoffspezifischen Eigenschaften und den Prozessparametern (u.a. Fokusdurchmesser, Strahlform und Intensitätsverteilung).
Im Bereich des Rohrschweißens wird aktuell für die Masse der Laserlängsnahtschweißungen nach wie vor ein CO2-Laser eingesetzt. Dies geschieht, um eine qualitativ hochwertige Nahtausbildung (Schweißnahtfaktor vN=1) bei gleichzeitig höheren Vorschüben im Vergleich zum WIG-Schweißen zu erreichen. Ursächlich für den Vorzug des CO2-Lasers ist in erster Linie die mit dem Faserlaser verbundene Spritzerbildung. Gelingt es, die Strömungsbedingungen in der Schmelze zu manipulieren und somit den Schmelzaustrieb bei höheren Vorschüben zu minimieren oder gar zu verhindern würde der Faserlaser, aufgrund seines typischerweise höheren Wirkungsgrades, eine Alternative darstellen. Innerhalb des Forschungsprojektes „Lady“ wurde daher untersucht, wie sich die Verwendung von Phasenplatten (asphärische und Freiformelemente) bei Schweißgeschwindigkeiten von bis zu 20 m/min auf die resultierende Schweißnaht bei den Werkstoffen S235JR, 1.4301 und EN AW-5754 im Blechdickenbereich 0,5 mm bis 2,5 mm auswirken. Die Bestimmung des Masseverluste und des Ablösewinkels der Spritzer quer und längs zur Schweißrichtung ermöglichten eine detaillierte Analyse der Spritzerentstehung beim Schweißen mit höheren Schweißgeschwindigkeiten.
Im Ergebnis führte die Kombination aus Fokusdurchmesser, Schweißgeschwindigkeit und Phasenplatten zu einer reduzierten Spritzerentstehung. Unter Zuhilfenahme von statistischen Metamodellen werden die erzielten Ergebnisse und Hinweise zur Vorgehensweise vorgestellt.


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