DD292160A5 - Verfahren zum plasmamodifizierten laserstrahlschweissen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft das Tiefschweiszen mit Lasertechnik, wobei auf die Lage und Bewegung der Plasmawolke und auf die in ihr transportierten Ladungstraeger (Elektronen) gezielt Einflusz genommen wird. Kennzeichnend fuer die Erfindung ist, dasz elektromagnetische Felder oder gegebenenfalls auch elektrische Felder oder in Kombination beide dafuer sorgen, dasz die beim Laserschweiszen erzeugte Plasmawolke gezielt auf eine Bauteiloberflaeche gedrueckt oder definiert bewegt wird. Dies geschieht in der Form, dasz dabei senkrecht zur Bewegungsrichtung Elektronen emittiert werden. Vorteilhaft ist, dasz eine Spannung zwischen einem mit einer zusaetzlichen Katode kombinierten Schweiszkopf und dem Bauteil oder direkt zwischen Schweiszkopf und Bauteil angelegt wird. Die Regelbarkeit der angelegten Spannung erlaubt die Einflusznahme auf Groesze und Richtung der Elektronen sowie auch auf deren Anzahl. Damit kann die Energieeinkopplung des Lasers optimal gestaltet werden.{magnetische, elektrische Fehler; Plasmawolke; Bauteiloberflaeche; Elektronen; Spannung; Katode; Schweiszkopf; Energieeinkopplung}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft das Tiefschweißen mit Lasertechnik, wobei auf die Lage und Bewegung der Plasmawolke und auf die in ihr transportierten Ladungsträger (Elektronen) gezielt Einfluß genommen wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, Schweißprozesse mittels Plasmastrahlen zu realisieren, wobei beim Schweißen mit einem Plasma nur im Falle eines eingeschnürten Lichtbogens gesprochen wird, Für diese Prozesse kann der Plasmalichtbogen unterschiedlich eingestellt werden, bzw. es erfolgt ein entsprechender Gasdurchsatz. Somit reicht die Palette vom Thermoplasmaschweißen mit „weic'iem" Lichtbogen über das Plasmastichlochschweißen bis hin zum Plasmatrennen. Dabei ist es beispielsweise üblich, als notwendiges, weil leicht ionisierbares Plasmagas, Argon zu verwenden.

Weiterhin ist bekannt, daß es beim Laserschweißen zur Ausbildung eines Plasmas kommt und durch dieses Plasma die Energieeinkopplung in das Werkstück positiv bzw. negativ beeinflußt werden kann. U. η die Plasmafackel für den Schweißprozeß speziell beim Schweißen mit Hochleistungslasern positiv zu beeifnlussnn, werden der Schmelzbadoberfläche über zusätzliche Düsen plasmabildende Gase (z.B. Argon) zugeführt und durch Einstellen eines Gasdruckes gezielt beeinflußt. Dieses Verfahren bedeutet jedoch einen erheblichen zusätzlichen, experimentellen Aufwand, da beispielsweise durch die Düsenstellung die Beeinflussung des Schweißprozesses erheblich ist. Die Gasströmung ist weiterhin auch stark von der Bauteilgeometrie abhängig. Weiterhin wird nur ein geringer Teil des Gases ionisiert. Konkret nachweisbare und damit naheliegende Patentschriften im Rahmen entsprechender Verfahren sind nicht bekannt geworden. Die Beeinflussung des Prozesses wird mehr durch technische Mittel, z. B. Bündelung, Ablenkung vorgenommen, zu denen es eine Vielzahl von Detaillösungen gibt.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, den lonisierungsg-ad der Plasmawolke beim Laserstrahlschweißen zu verbessern, den Gasstrom definiert abzulenken bzw. den Anteil der emittierten Elektronen zeitlich variabel zu gestalten.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren des Laserstrahlschweißens zu entwickeln, mit dem die vorhandene Plasmawolke auf einfache Weise gelenkt sowie die Richtung und Intensität der emittierten Elektronen gesteuert werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß elektromagnetische und/oder elektrische Felder mit einer Plasmawolke eines Laserstrahlschweißprozesses bezüglich einer ihr zugedachten Richtung zur Bauteiloberfläche in Wirkverbindung stehen, bei varia jel gestaltbarer Emission von Elektronen senkrecht zur Bewegungsrichtung.

Ferner wird der Laserschweißkopf mit einer Katode kombiniert, während das Bauteil als Anode wirkt. Der Katode kann je nach Bedarf eine Gaszuführung (Argon) zugec rdnet werden. Es bildet sich beim Anlegen einer Spannung über eine Hilfsstromquelle zwischen Katode und Bauteil oder direkt zwischen Schweißkopf und Bauteil ein Plasma aus, wobei das ohnehin beim Laserstrahlschweißen entstehende Plasma als „Zünder" wirkt. Die Anzahl, Größe und Richtung der zur Bauteiloberfläche hin beschleunigten Elektronen steht dabei in enger Wechselbeziehung zur angelegten Spannung.

Je nach der Art des Schweißprozesses ist es möglich, entsprechend der vorgenannten Randbedingungen die Emission der Elektronen variabel zu gestalten und damit die Energieeinkopplung des Lagers optimal einzustellen. Wird die Plasmawolke extrem vergrößert, so kann das zu einer sehr schlechten Lasereinkopplung im Bauteil führen. Hierdurch ist ein indirektes Pulsen der Laserleistung realisierbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird vorteilhafterweise derart realisiert, indem zum Beispiel elektromagnetische Felder über eine Magnetspule erzeugt werden, die dann gezielt auf die Plasmawolke des Laserschweißprozesses gerichtet sind. Die Erregung der Magnetspule

wird dabei innerhalb einer angelegten Stromstärke von 2-6A bewirkt. Wesentlich ist in diesem Fall, daß die Frequenz des Magnetisierungsstromes zwischen 50 und 1000Hz gewählt wird. Unter diesen Bedingungen kann die Plasmawolke des Laserschweißprozesses senkrecht zur Bewegungsrichtung des Laserschweißkopfes ausgelenkt werden. Eine Verfeinerung und bessere Regelbarkeit gelingt bei der Kombination des Laserschweißkopfes mit einer Katode in Verbindung mit einer Hilfsstromquelle, die eine Spannung bereitstellt. Dabei wird die Spannung zwischen dem mit der zusätzlichen Katode kombinierten Schweißkopf und Bauteil oder direkt zwischen Schweißkopf und Bauteil angelegt. Die Verwendung eines zusätzlichen Schutzgases Ar über die Katode verstärkt in Verbindung mit der Hilfsstromquelle den Effekt der Plasmabildung und damit des beabsichtigten Tiefschweißens, verbunden mit einer optimalen Einkopplung der Laserenergie. Günstige Verhältnisse der zusätzlichen Plasmabildung, Emission der Elektronen in Größe und Richtung bei Variationsmöglichkeit der angelegten Spannung zeigen sich bei einem Abstand der Polschuhe von unter 15mm.

Claims (3)

1. Verfahren zum plasmamodifizierten Laserstrahlschweißen, gekennzeichnet dadurch, daß elektromagnetische und/oder elektrische Felder mit einer Plasmawolke eines . Laserstrahlschweißprozesses bezüglich einer ihr zugedachten Richtung zur Bauteiloberfläche in Wirkverbindung stehen, bei variabel gestaltbarer Emission von Elektronen senkrecht zur Bewegungsrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß über eine Hilfsstromquelle eine Spannung zwischen einem mit einer zusätzlichen Katode kombinierten Schweißkopf und dem Bauteil oder direkt zwischen Schweißkopf und dem Bauteil angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die angelegte Spannung mit der Anzahl und Größe der zur Bauteiloberfläche hin beschleunigten Elektronen in Wechselbeziehung steht.