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Die Prozesentwicklung zum Laserstrahlschweisen von Aluminium Werkstoffen hat gezeigt, das eine wesentlich genauere Anpassung des Arbeitsgasgemisches aus Ar und He an die Laserleistung, Strahlintensitat und die Bearbeitungsgeschwindigkeit erforderlich ist, um eine optimale Nahtqualitat zu erreichen, als bei Stahl. Die besten Ergebnisse hinsichtlich Nahtqualitat und Energieeinkopplung werden erzielt, wenn der Prozes nahe am Bereich der Plasmaabschirmung gefuhrt wird. Eine hohe Prozessicherheit und damit eine gesicherte Bearbeitungsqualitat kann mittels zeitaufgeloster Analyse und Kontrolle des laserinduzierten Plasmas erreicht werden.

Zur Erweiterung des Werkstoffspektrums und der Erschliesung neuer Einsatzfelder fur das Laserstrahlschweisen werden Ergebnisse von Untersuchungen der Schweiseignung von Nichteisenmetallen, wie Reintitan und Nickelbasiswerkstoffen, dargestellt. Sie gewahren Einblick in die Metallurgie der Verbindung und erlauben Aussagen uber die Gebrauchseigenschaften geschweister Bauteile. Anwendungsgrenzen sowie neue Entwicklungs- und Einsatzmoglichkeiten werden aufgezeigt.

Beim Laserstrahlschweisen mit hohen Prozesgeschwindigkeiten entstehen ausere Nahtfehler (Humping), die durch vorwiegend periodisch auftretende Aufwurfe der Schmelze gekennzeichnet sind und eine technische Verwendbarkeit der Schweisnaht ausschliesen. In diesem Beitrag sollen die Einflusse der masgebenden Prozesparameter untersucht und die Ursachen der Humping-Instabilitat mittels Hochgeschwindigkeits-Aufnahmen der Schmelzbadoberflache gezeigt werden. Es wird ein Verfahren der variablen Strahlformung zur Eliminierung oder zumindest Verschiebung der Nahtfehler zu hoheren Schweisgeschwindigkeiten vorgestellt.

The availability of high power lasers with average power levels above 5 kW and high beam quality triggered a number of industrial applications of lasers. Especially the process of deep penetration welding made the use of lasers attractive in applications where low distortion and small heat affected zones are required. In deep penetration welding a channel, called keyhole, supported by the pressure of evaporating material is formed by the laser beam, which allows the radiation of the laser a direct access to deep layers of the material. This is in contrast to conventional welding, where the heat either has to diffuse from the surface to the bulk material by heat conduction or the heat must be allowed to reach deeper layers by pro-viding a direct access using a preformed chamfer which has to be closed by filler material. By moving the laser beam relative to the material, the keyhole is driven parallel to the surface. The material molten at the front of the keyhole flows around the keyhole and resolidifies in its wake. The diameter of the keyhole and the thickness of the fluid layer necessary to support the flow around the keyhole determines the minimum width of the molten area and the width of the heat affected zone and hence the minimum energy per unit length of the seam if deep penetration laser welding is used.

Due to the material properties like high reflectivity high thermal conductivity low ionisation energy aluminium is weldable by CO -Lasers only under appropiate conditions. Possibilities to increase the energy coupling will be discussed in this paper. The suitable application of assist gas is one possibility. Hereby it is necessary to accomodate the composition of the assist gas supply to the process parameters (beam intensity, focal length, welding speed, material composition and so on). With optimized parameters it is possible to weld aluminium sheets of thicknesses > 6mm.

Die Laserstrahlleistung ist ein Parameter der den Schweisprozes, insbesondere Geschwindigkeit und Einschweistiefe masgeblich beeinflust. Die Mehrzahl der derzeit industriell zum Schweisen eingesetzten CO2-Laser verfugen uber Strahlleistungen bis zu 5KW.

Beim Laserschweisen wird die Strahlungseinkopplung ins Werkstuck im wesentlichen durch die Eigenschaften des laserinduzierten Plasmas bestimmt. Am Beispiel von Helium, Stickstoff, Argon und CO2 wird der EinfluB von Arbeitsgasparametern auf die Energieeinkopplung diskutiert. Wesentliche Prozesparameter sind weiterhin die Laserleistung, Strahlungsintensitat, die Schweisgeschwindigkeit und die Werkstoffeigenschaften. Aufschlus uber den Arbeitsgaseinflus auf die Energieeinkopplung geben die Einschweistiefe, Schmelzflache, sowie Untersuchungen des Plasmas mit Hilfe von optischen Verfahren.

Entscheidende Grdfien beim Laserschweifien sind die Schweifitiefen und die Nahtbreite. Erortert werden die Parameter, welche diese Grosen beeinflussen. Durch den Vergleich geeigneter Laserstrahl- und Prozesparameter konnen allgemeingultige Vorhersagen des Schweisergebnisses gemacht werden, die unabhangig vom verwendeten Lasertyp sind. Die Gultigkeit und die Grenzen dieser Vergleichbarkeit werden diskutiert.

Verfahrens- und Werkstoffbedirigt konnen beim Schweisen folgende Volumenfehler auftreten /1/: Lunker — Risse — Poren Auf Grund des geringen Schmelzvolumens bei groser Nahttiefe treten beim Laserstrahlschweisen Lunker in der Regel nicht auf. Die Bildung von Rissen im Schweisgut kann bei dafur empfindlichen Werkstoffen auftreten, wird jedoch seiten beobachtet. So ist zum Beispiel das Verschweisen heisrisempfindlicher Werkstoffe ( z.B.: 1.4828 ) mit dem Laser ohne zusatzliche Masnahmen durchaus moglich, ohne das Risse in der Schweisnaht auftreten. Der Nahtfehler, der insbesondere bei Einschweisungen mit dem Laser haufig auftritt, ist die Bildung von Poren. Die Bildung der Poren kann folgende Ursachen haben /2/: Verunreinigung der Werkstuckoberflache oder des Werkstoffes In der Schmelze geloste Gase, wie zum Beispiel Wasserstoff, die bei Abkuhlung der Schmelze auf Grund des geringer werdenden Losungsvermogens frei werden. chemische Reaktionen in der Schmelze, durch die Gase freigesetzt werden konnen. z. B.: 2 FeO + 2 Fe + O2 2 Sieden der uberhitzten Schmelze Die Beeinflusung der Porositat der Schweisnaht durch die Art und die Zusammensetzung der Prozesgase die Zufuhr der Prozesgase die Fokussierung des Laserstrahles wurden untersucht.