Modellierung des Lasertiefschweissens

KlappentextDer Laseranwender ist in seinem Bemühen eine Schweißaufgabe zu lösen mit einem Problem konfrontiert, welches bislang nur mit einer großen Anzahl zeit- und kostenintensiver Experimente optimiert werden kann. Darzustellen, woraus die unterschiedliche Bearbeitbarkeit der Werkstoffe resultiert, worauf bei Verwendung unterschiedlicher Prozeßgase zu achten ist und welches Anwendungspotential verschiedene Lasersysteme besitzen, ist das zentrale Anliegen dieses Beitrags. Hierzu wird das Laser-tiefschweißen mittels theoretischer Modelle untersucht, die die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Laserstrahl und Werkstück auf der Grundlage physikalischer Gesetzmäßigkeiten beschreiben. So zeigen Modelle zur Absorption der Laserstrahlung den Einfluß der optischen Eigenschaften des Werkstoffs sowie der Wellenlänge und der Polarisation der Laserstrahlung. Wege zur Verringerung der bei großen Bearbeitungsgeschwindigkeiten auftretenden Schmelzbadinstabilitäten weist die Simulation der im Schmelzbad auftretenden Strömungen, und die Analyse der laserinduzierten Verdampfung und Plasmabildung erklärt das im Vergleich zum CO2-Laser stabilere Schweißverhalten des Nd: YAG-Lasers. Darüber hinaus verdeutlicht ein Gesamtmodell, wie Laserleistung, Strahlqualität und Fokussierung auf die jeweilige Bearbeitungsaufgabe abgestimmt werden müssen und demonstriert das zukünftige Anwendungspotential des Nd: YAG-Lasers.