ÜBERBLICK ZUM LASERGESTÜTZTEN SCHWEISSEN RESONANTE ABSORPTION VON LASERSTRAHLUNG IM WIG-LICHTBOGEN (TEIL 1)

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1 ÜBERBLICK ZUM LASERGESTÜTZTEN SCHWEISSEN RESONANTE ABSORPTION VON LASERSTRAHLUNG IM WIG-LICHTBOGEN (TEIL 1) B. Emde, M. Huse,J. Hermsdorf, S. Kaierle, V. Wesling, L. Overmeyer, R. Kozakov, D. Uhrlandt Laser Zentrum Hannover, Germany

2 GLIEDERUNG Lasergestütztes Schweißen Abgrenzung zum Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweißen Ausschnitt bisher durchgeführter Arbeiten Vorteile lasergestütztes Schweißen Resonante Absorption von Laserstrahlung im WIG-Lichtbogen (Teil 1) Was ist Resonante Absorption Versuchsaufbau Ergebnisse 2

3 ABGRENZUNG ZUM LASERSTRAHL-LICHTBOGEN- HYBRIDSCHWEISSEN Hybrid Laserunterstützt Laserleistung > 1 kw < 1 kw Schweißgeschwindigkeit Tiefschweißeffekt Spaltüberbrückbarkeit Lichtbogenstabilisierung Lichtbogenführbarkeit Investitionskosten Laser MSG- Schweißbrenner Lichtbogen Schmelze Laserstrahlung Dampfkapillare Werkstück 3

4 AUSSCHNITT BISHER DURCHGEFÜHRTER ARBEITEN ilas TU Hamburg Harburg + INP (PiLs) Yb:YAG- u. Nd:YAG-Laser Plasma WIG MSG W. M. Steen CO 2 -Laser Delft University Nd:YAG-Laser IFS - TU Chemnitz (Las-Libo) Nd:YAG-Laser ifs - TU Braunschweig + GKSS CO 2 -Laser LZH (FüLas) Nd:YAG-, Dioden- u. Gepulste Laser LZH (ProGenial) Dioden-Laser IF FTM + IF IOF TU Dresden Yb:YAG-Laser LZH (Claim) Dioden-Laser ISF RWTH Aachen INP + LZH Dioden-Laser 4

5 VORTEILE LASERGESTÜTZTES SCHWEISSEN 1. Beispiel: MSG - Stahl Laser an 3. Beispiel: WIG (DC) - Aluminium 10 mm 2. Beispiel: MSG - Stahl Blechdickendifferenz 2 mm Laser an 5

6 RESONANTE ABSORPTION VON LASERSTRAHLUNG IM WIG- LICHTBOGEN (TEIL 1) DFG-Projekt: Spektroskopische Untersuchung zur räumlichen Beeinflussung eines WIG- Lichtbogens durch Laserstrahlung (WE 2846/11-1 UH 106/7-1) 6

7 BEISPIEL: SPEKTRUM AR-LICHTBOGEN Lichtbogen bzw. Atome emittieren Licht (Photonen) 7

8 Stoßanregung LINIENSTRAHLUNG schematische Energieniveaus Ionisiert Ar + Ar ** Ar * Linienstrahlung Ar Grundzustand Atome emittieren Photonen Wellenlänge abhängig von Energiedifferenz 8

9 Stoßanregung RESONANTE ABSORPTION VON LASERSTRAHLUNG schematische Energieniveaus Ionisiert Ar + Ar ** Laser- strahlung Ar * Linienstrahlung Ar Grundzustand Atome kann Photonen absorbieren Wellenlänge der Photonen muss mit Energiedifferenz übereinstimmen 9

10 AUSWIRKUNG LASERSTRAHLUNG Zusätzliche Energieeinbringung Zusätzliche Materialverdampfung Wechselwirkung Laserstrahlung- Lichtbogen 10

11 VERSUCHSAUFBAU ZUM NACHWEISE RESONANTER ABSORPTION WIG-Brenner Leistungsmesskopf Blende Laserstrahl Optik Gekühlte Kupferplatte Lichtleitfaser zum Spektroskop 11

12 VERSUCHSPARAMETER Schweißparameter Strom 120 A (DC) Schutzgas Ar 4.6 Durchfluss 10 l/min Elektrode Lymox (1,6 mm; 60 ) Lichtbogenlänge 8 mm Laserparameter Max. Laserleistung Zentrale 367 W 367 W (FWHM) Kollimierung / Fokussierung Faserdurchmesser / Fokusdurchmesser 367 W 811,3 nm 2,5 nm 50 mm / 300 mm 0,4 mm / 2,4 mm 12

13 LEISTUNGSMESSUNG NICHT RESONANT Keine spektrale Überdeckung der Ar-Emissionslinien Reduktion Laserleistung optische Leistung Lichtbogen 13

14 LEISTUNGSMESSUNG RESONANT Spektrale Überdeckung der Ar-Emissionslinien Anstieg Laserleistung Leistungsdifferenz 14

15 ABSORPTIONSSPEKTRUM Resonante Laserstrahlung durchquert Lichtbogen Spektrum verändert sich 15

16 EINFLUSS SCHWEISSSTROM Dichte angeregter Ar-Atome steigt Zunahmen Leistungsdifferenz 16

17 LICHTBOGENSPANNUNG (GEGLÄTTET) Strom konstant Reduktion Lichtbogenspannung Änderung Leitfähigkeit 17

18 SPANNUNGSEINBRUCH Spannungseinbruch wellenlängenabhängig Resonanz bedingt 18

19 AUSWIRKUNG AUF DEN LICHTBOGEN gepulster Laserstrahl 19

20 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. Benjamin Emde Phone: Fax: Laser Zentrum Hannover, Germany Hollerithallee Hannover Förderhinweis: Das Forschungsvorhaben Spektroskopische Untersuchungen zur räumlichen Beeinflussung eines WIG-Lichtbogens durch Laserstrahlung wurde unter den Förderkennzeichen WE 2846/11-1 UH 106/7-1 durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert.

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