Festkörperlaser beim Schweißen werden in der Feinwerktechnik, Elektrotechnik, Elektronik und mit der Entwicklung leistungsstärkerer Anlagen auch zum Schweißen von dickeren Querschnitten (z. B. im Automobilbau) eingesetzt. Das Buch geht auf die besonderen Merkmale des Schweißens mit Festkörperlasern (insbesondere Nd-YAG- und Nd-Glas-Laser) ein und zeigt die Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren auf. Die Verwendung der Lichtleitfaser und die sich daraus ergebenden Vorteile, z.B. beim Einsatz von Robotern, werden ebenso berücksichtigt, wie die Möglichkeiten zur…mehr
Festkörperlaser beim Schweißen werden in der Feinwerktechnik, Elektrotechnik, Elektronik und mit der Entwicklung leistungsstärkerer Anlagen auch zum Schweißen von dickeren Querschnitten (z. B. im Automobilbau) eingesetzt. Das Buch geht auf die besonderen Merkmale des Schweißens mit Festkörperlasern (insbesondere Nd-YAG- und Nd-Glas-Laser) ein und zeigt die Vor- und Nachteile gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren auf. Die Verwendung der Lichtleitfaser und die sich daraus ergebenden Vorteile, z.B. beim Einsatz von Robotern, werden ebenso berücksichtigt, wie die Möglichkeiten zur Qualitätssicherung und Prozeßkontrolle. Besonders ausführlich wird die Metallurgie, der Einfluß von Oberflächenschichten und die konstruktive Ausführung von lasergeschweißten Verbindungen dargestellt. Möglichkeiten von bisher wenig verbreiteten Verfahren, wie Laserkunststoff- und Laserauftragsschweißen sowie Laserhart- und -weichlöten werden eingehend behandelt. Diese Informationen sind gleichermaßen fürdie Konstruktion, die Fertigung und die Qualitätssicherung von Laserschweiß- und -lötverbindungen von Bedeutung.
1 Einleitung.- 2 Laserstrahlerzeugung.- 2.1 Eigenschaften des Laserstrahles.- 2.1.1 Kohärenz.- 2.1.2 Gaußsche Optik.- 2.1.3 Modenstruktur.- 2.1.4 Zeitlicher Impulsverlauf.- 2.1.5 Einfluß des Strahlenganges auf die Leistungsdichte.- 2.1.6 Linsenfehler.- 2.2 Optische Schalter.- 3 Laserarten.- 3.1 Festkörperlaser.- 3.1.1 Rubinlaser.- 3.1.2 Nd-Laser.- 3.1.2.1 Thermische Einflüsse beim Nd-Laser.- 3.1.2.2 Aufbau von Nd-Laseranlagen.- 3.1.3 Weiterentwicklung der Festkörperlaser.- 3.1.3.1 Mehrfachresonatoren (Multi-rod-systems).- 3.1.3.2 Parallel angeordnete Laserstabsysteme.- 3.1.3.3 Slablaser.- 3.1.4 Diodenlaser und andere Festkörperlaser.- 3.2 Gaslaser.- 3.2.1 CO2-Laser.- 3.2.2 CO-Laser.- 3.2.3 Excimerlaser.- 4 Einsatz des Lasers zum Schweißen.- 4.1 Verfahrensmerkmale des Schweißens mit Festkörperlasern.- 4.2 Vergleich des Laserschweißens mit alternativen Fügeverfahren.- 4.2.1 Laserschweißen im Vergleich mit anderen Schweißverfahren.- 4.2.1.1 Widerstandsschweißen.- 4.2.1.2 Ultraschallschweißen.- 4.2.1.3 Thermokompressionsschweißen.- 4.2.1.4 Wolfram-Inertgas-Schweißen(WIG).- 4.2.1.5 Plasmaschweißen.- 4.2.1.6 Elektronenstrahlschweißen.- 4.2.1.7 Zusammenfassung des SchweißverfahrenVergleiches.- 4.2.2 Laserschweißen im Vergleich zur Löt- und Klebtechnik..- 4.2.2.1 Hart- und Hochtemperaturlöten.- 4.2.2.2 Weichlöten.- 4.2.2.3 Kleben.- 4.3 Anwendungsbeispiele des Laserschweißens.- 4.3.1 Laserpunktschweißen.- 4.3.2 Lasernahtschweißen.- 5 Prozeßyerlauf beim Laserschweißen.- 5.1 Verlauf der Absorption beim Laserpulsschweißen.- 5.1.1 Der Stichlocheffekt beim Schweißen mit Impulslasern.- 5.1.2 Plasmaausbildung bei kontinuierlichen CO2- und Nd-Lasern.- 5.1.3 Plasmaausbildung bei gepulsten Nd-Lasern.- 6 Einfluß der Prozeßparameter.- 6.1 Leistungsdichte.- 6.2 Impulsfolgefrequenz.- 6.3 Laserimpulsverlaufsteuerung.- 6.4 Einfluß der Modenstruktur.- 6.5 Defokussierung.- 6.6 Werkstoffparameter.- 6.6.1 Die Einfluß der Absorption.- 6.6.2 Wärmeabfuhr.- 6.6.2.1 Wärmestrahlung und -konvektion.- 6.6.2.2 Energien der Phasenübergänge.- 6.6.2.3 Energieabfuhr durch Wärmeleitung.- 6.6.3 Energieausnutzung.- 6.6.4 Temperaturfeld-Berechnung.- 6.7 Einfluß von Schutzgas bzw. Vakuum auf den Laserschweißprozeß.- 6.7.1 Einfluß von Schutzgas.- 6.7.2 Einfluß verminderten Druckes.- 6.8 Nahtschweißen.- 6.3.1 Schweißfehler.- 6.8.2 Dichtschweißen.- 6.8.3 Nahtschweißen mit HochleistungsFestkörperlasern.- 6.9 Laserauftragsschweißen.- 6.10 Einfluß der konstruktiven Gestaltung auf das Schweißergebnis.- 6.10.1 Blech und blechähnliche Verbindungen.- 6.10.1.1 Zulässige Stoßtoleranzen beim Punktschweißen von Blechen.- 6.10.2 Draht-Draht- und Draht-Blech-Verbindungen.- 6.10.2.1 Zulässige Toleranzen bei Drahtverbindungen.- 6.11 Zusammenstellung von Strahlparametern zum Laserpunkt- und -nahtschweißen.- 6.11.1 Laserschweißen von Blechen bzw. Bändern.- 6.11.2 Laser-Schweißen von Drahtverbindungen.- 7 Metallurgie des Lasersehweißens.- 7.1 Erstarrungsprozeß und Gefüge beim Laserstrahlpulsschweißen.- 7.1.1 Wärmezyklus beim Laserschweißen.- 7.1.2 Erstarrung und Gefüge.- 7.2 Schweißfehler - Ursachen und Vermeidung.- 7.2.1 Ursachen von Schweißfehlern.- 7.2.2 Heiß- und Kaltrisse.- 7.2.3 Versprödung und Porosität durch Gas.- 7.2.4 Mikroporosität infolge Phasenumwandlung.- 7.2.5 Verdampfung von Legierungskomponenten.- 7.2.6 Einflüsse von Überzügen auf das Aufschmelzverhalten.- 7.3 Laserschweißeignung der Werkstoffe.- 7.3.1 Laserschweißeignung von Metallen.- 7.3.2 Schweißeignung von Metallkombinationen.- 7.3.3 Schweißen von Nichtmetallen.- 7.3.3.1 Kunststoffe.- 7.3.3.2 Keramik und Glas.- 8 Laserlöten.- 8.2 Laserweichlöten.- 8.2.1 Löten von elektronischen Baugruppen.- 8.2.1.1 Herkömmliche Lötverfahren.- 8.2.3 Vor- und Nachteile des Laserlötens von elektronischen Bauelementen.- 8.3 Beispiele des Laserweichlötens.- 8.4 Laserhartlöten.- 8.5 Laserhochtemperaturlöten.- 9 Ermittlung der Laserstrahlparameter.- 9.1 Meßsysteme zur Erfassung der Strahlparameter.- 9.1.1 Messung der Leistung.- 9.1.2 Meßmethoden für den Fokusdurchmesser und die Energieverteilung.- 10 Qualitätssicherung von Lasersehweißverbmdungen.- 10.1 Qualitätsplanung.- 10.2 Qualitätssicherungsmaßnahmen vor dem Schweißen.- 10.3 Prozeßkontrolle und -regelung.- 10.3.1 Plasmadynamik und Strahlreflexion.- 10.3.2 Schallemission.- 10.4 Qualitätskontrollkarten.- 10.5 Prüfung von Schweißverbindungen.- 10.5.1 Metallographie.- 10.5.1.1 Präparation für metallographische Untersuchungen.- 10.5.1.2 Lichtmikroskopie.- 10.5.1.3 Elektronenmikroskopie.- 10.5.1.4 Röntgenographische Untersuchungen.- 10.5.1.5 Elektronenstrahlmikroanalyse (EMS-Analyse).- 10.5.2 Ultraschallprüfung.- 10.5.3 Visuelle Inspektion.- 10.5.4 Festigkeitsprüfungen.- 10.5.5 Härteprüfung.- 10.5.6 Elektrische und thermische Leitfähigkeitsprüfung.- 11 Strahlubertragung durch Lichtleitfaser.- 11.1 Wirkungsweise von Glasfasern.- 11.2 Justieren von Glasfasern 198.- 11.3 Verluste in der Faser.- 11.4 Strahlteiler.- 12 Lasersysteme in der Produktion.- 12.1 Positionier- und Führungssysteme.- 12.2 Robotereinsatz beim Schweißen.- 13 Strahlenschutz.- 13.1 Sicherheitsmaßnahmen.- 13.2 Berechnung der zulässigen Bestrahlung.- 14 Zukunfttendenzen.- 15 Tabellenverzeichnis.- 16 Literaturverzeichnis.- 17 Stichwortverzeichnis.
1 Einleitung.- 2 Laserstrahlerzeugung.- 2.1 Eigenschaften des Laserstrahles.- 2.1.1 Kohärenz.- 2.1.2 Gaußsche Optik.- 2.1.3 Modenstruktur.- 2.1.4 Zeitlicher Impulsverlauf.- 2.1.5 Einfluß des Strahlenganges auf die Leistungsdichte.- 2.1.6 Linsenfehler.- 2.2 Optische Schalter.- 3 Laserarten.- 3.1 Festkörperlaser.- 3.1.1 Rubinlaser.- 3.1.2 Nd-Laser.- 3.1.2.1 Thermische Einflüsse beim Nd-Laser.- 3.1.2.2 Aufbau von Nd-Laseranlagen.- 3.1.3 Weiterentwicklung der Festkörperlaser.- 3.1.3.1 Mehrfachresonatoren (Multi-rod-systems).- 3.1.3.2 Parallel angeordnete Laserstabsysteme.- 3.1.3.3 Slablaser.- 3.1.4 Diodenlaser und andere Festkörperlaser.- 3.2 Gaslaser.- 3.2.1 CO2-Laser.- 3.2.2 CO-Laser.- 3.2.3 Excimerlaser.- 4 Einsatz des Lasers zum Schweißen.- 4.1 Verfahrensmerkmale des Schweißens mit Festkörperlasern.- 4.2 Vergleich des Laserschweißens mit alternativen Fügeverfahren.- 4.2.1 Laserschweißen im Vergleich mit anderen Schweißverfahren.- 4.2.1.1 Widerstandsschweißen.- 4.2.1.2 Ultraschallschweißen.- 4.2.1.3 Thermokompressionsschweißen.- 4.2.1.4 Wolfram-Inertgas-Schweißen(WIG).- 4.2.1.5 Plasmaschweißen.- 4.2.1.6 Elektronenstrahlschweißen.- 4.2.1.7 Zusammenfassung des SchweißverfahrenVergleiches.- 4.2.2 Laserschweißen im Vergleich zur Löt- und Klebtechnik..- 4.2.2.1 Hart- und Hochtemperaturlöten.- 4.2.2.2 Weichlöten.- 4.2.2.3 Kleben.- 4.3 Anwendungsbeispiele des Laserschweißens.- 4.3.1 Laserpunktschweißen.- 4.3.2 Lasernahtschweißen.- 5 Prozeßyerlauf beim Laserschweißen.- 5.1 Verlauf der Absorption beim Laserpulsschweißen.- 5.1.1 Der Stichlocheffekt beim Schweißen mit Impulslasern.- 5.1.2 Plasmaausbildung bei kontinuierlichen CO2- und Nd-Lasern.- 5.1.3 Plasmaausbildung bei gepulsten Nd-Lasern.- 6 Einfluß der Prozeßparameter.- 6.1 Leistungsdichte.- 6.2 Impulsfolgefrequenz.- 6.3 Laserimpulsverlaufsteuerung.- 6.4 Einfluß der Modenstruktur.- 6.5 Defokussierung.- 6.6 Werkstoffparameter.- 6.6.1 Die Einfluß der Absorption.- 6.6.2 Wärmeabfuhr.- 6.6.2.1 Wärmestrahlung und -konvektion.- 6.6.2.2 Energien der Phasenübergänge.- 6.6.2.3 Energieabfuhr durch Wärmeleitung.- 6.6.3 Energieausnutzung.- 6.6.4 Temperaturfeld-Berechnung.- 6.7 Einfluß von Schutzgas bzw. Vakuum auf den Laserschweißprozeß.- 6.7.1 Einfluß von Schutzgas.- 6.7.2 Einfluß verminderten Druckes.- 6.8 Nahtschweißen.- 6.3.1 Schweißfehler.- 6.8.2 Dichtschweißen.- 6.8.3 Nahtschweißen mit HochleistungsFestkörperlasern.- 6.9 Laserauftragsschweißen.- 6.10 Einfluß der konstruktiven Gestaltung auf das Schweißergebnis.- 6.10.1 Blech und blechähnliche Verbindungen.- 6.10.1.1 Zulässige Stoßtoleranzen beim Punktschweißen von Blechen.- 6.10.2 Draht-Draht- und Draht-Blech-Verbindungen.- 6.10.2.1 Zulässige Toleranzen bei Drahtverbindungen.- 6.11 Zusammenstellung von Strahlparametern zum Laserpunkt- und -nahtschweißen.- 6.11.1 Laserschweißen von Blechen bzw. Bändern.- 6.11.2 Laser-Schweißen von Drahtverbindungen.- 7 Metallurgie des Lasersehweißens.- 7.1 Erstarrungsprozeß und Gefüge beim Laserstrahlpulsschweißen.- 7.1.1 Wärmezyklus beim Laserschweißen.- 7.1.2 Erstarrung und Gefüge.- 7.2 Schweißfehler - Ursachen und Vermeidung.- 7.2.1 Ursachen von Schweißfehlern.- 7.2.2 Heiß- und Kaltrisse.- 7.2.3 Versprödung und Porosität durch Gas.- 7.2.4 Mikroporosität infolge Phasenumwandlung.- 7.2.5 Verdampfung von Legierungskomponenten.- 7.2.6 Einflüsse von Überzügen auf das Aufschmelzverhalten.- 7.3 Laserschweißeignung der Werkstoffe.- 7.3.1 Laserschweißeignung von Metallen.- 7.3.2 Schweißeignung von Metallkombinationen.- 7.3.3 Schweißen von Nichtmetallen.- 7.3.3.1 Kunststoffe.- 7.3.3.2 Keramik und Glas.- 8 Laserlöten.- 8.2 Laserweichlöten.- 8.2.1 Löten von elektronischen Baugruppen.- 8.2.1.1 Herkömmliche Lötverfahren.- 8.2.3 Vor- und Nachteile des Laserlötens von elektronischen Bauelementen.- 8.3 Beispiele des Laserweichlötens.- 8.4 Laserhartlöten.- 8.5 Laserhochtemperaturlöten.- 9 Ermittlung der Laserstrahlparameter.- 9.1 Meßsysteme zur Erfassung der Strahlparameter.- 9.1.1 Messung der Leistung.- 9.1.2 Meßmethoden für den Fokusdurchmesser und die Energieverteilung.- 10 Qualitätssicherung von Lasersehweißverbmdungen.- 10.1 Qualitätsplanung.- 10.2 Qualitätssicherungsmaßnahmen vor dem Schweißen.- 10.3 Prozeßkontrolle und -regelung.- 10.3.1 Plasmadynamik und Strahlreflexion.- 10.3.2 Schallemission.- 10.4 Qualitätskontrollkarten.- 10.5 Prüfung von Schweißverbindungen.- 10.5.1 Metallographie.- 10.5.1.1 Präparation für metallographische Untersuchungen.- 10.5.1.2 Lichtmikroskopie.- 10.5.1.3 Elektronenmikroskopie.- 10.5.1.4 Röntgenographische Untersuchungen.- 10.5.1.5 Elektronenstrahlmikroanalyse (EMS-Analyse).- 10.5.2 Ultraschallprüfung.- 10.5.3 Visuelle Inspektion.- 10.5.4 Festigkeitsprüfungen.- 10.5.5 Härteprüfung.- 10.5.6 Elektrische und thermische Leitfähigkeitsprüfung.- 11 Strahlubertragung durch Lichtleitfaser.- 11.1 Wirkungsweise von Glasfasern.- 11.2 Justieren von Glasfasern 198.- 11.3 Verluste in der Faser.- 11.4 Strahlteiler.- 12 Lasersysteme in der Produktion.- 12.1 Positionier- und Führungssysteme.- 12.2 Robotereinsatz beim Schweißen.- 13 Strahlenschutz.- 13.1 Sicherheitsmaßnahmen.- 13.2 Berechnung der zulässigen Bestrahlung.- 14 Zukunfttendenzen.- 15 Tabellenverzeichnis.- 16 Literaturverzeichnis.- 17 Stichwortverzeichnis.
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