DE19732008C2 - Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl, bei welchem unter einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück in letzterem eine Schmelze erzeugt wird, wel­ che bei der Relativbewegung zum Strömen kommt, wobei an das Werkstück während der Laserbearbeitung ein Magnet­ feld angelegt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit

• a) einer Laserlichtquelle, welche einen auf das Werk­ stück gerichteten Laserstrahl erzeugt;
• b) einer Vorschubeinrichtung, welche eine Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück erzeugt.
• c) einem Magnet, welcher im Bereich der Schmelze des vom Laserstrahl bearbeiteten Werkstücks ein Magnetfeld (B) erzeugt, und der mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Werkstück verfahrbar ist.

Ein derartiges Laserbearbeitungsverfahren ist aus der JP 01 278 983 A, der JP 06 122 085 A sowie aus der RU 20 63 853 C1 bekannt.

Bei der JP 01 278 983 A und der JP 06 122 085 A sind die Magnetfeldlinien im Bereich der Schmelze praktisch senk­ recht zur Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet. Eine derartige Ausrichtung der Magnetfeldlinien dient dazu, das beim Laserbearbeiten gebildete Plasma mit Hilfe eines Magnetfeldes am Bearbeitungsort zu halten.

Die RU 20 63 853 C1 beschreibt ein rotierendes, in die Schmelze eindringendes Magnetfeld zum Erreichen einer größeren Schmelztiefe bei der Bearbeitung größerer Material­ stärken mit einem Laser gegebener Leistung.

Weitere Laserbearbeitungsverfahren dieser Art sind in unterschiedlichster Ausgestaltung bekannt. Bei der "Bear­ beitung" kann es sich beispielsweise um ein oberflächliches Umschmelzen, um eine Beschichtung, ein Schneiden oder um eine Verbindungsschweißung zweier Werkstücke handeln. All diesen Bearbeitungsverfahren ist gemeinsam, daß durch den Laserstrahl in dem bearbeiteten Werkstück eine Schmelze erzeugt wird, welche aufgrund der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück zum Fließen genötigt ist. Bei den bekannten Laserbearbeitungsverfahren gab es keine oder nur sehr wenige Möglichkeiten, die Schmelzeströmungen zu formen oder zu beeinflussen. Zum Beispiel muß überall dort, wo der Lasterstrahl in dem Werkstück eine Dampfka­ pillare erzeugt, also etwa beim Verbindungsschweißen, das an der Schmelzfront aufgeschmolzene Material die Dampfka­ pillare umströmen. Ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Laser und Werkstück zu hoch, wird die fragliche Strömung der Schmelze unruhig und turbulent. Als Folge davon er­ geben sich Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht, wie beispielsweise Höcker oder sonstige Unebenheiten. Beim Schweißen von Stahlsorten wird der unerwünschte "Humping- Effekt" beobachtet, bei welchem sich unter ungünstigen Umständen statt einer kontinuierlich glatten Schweißnaht eine Folge von diskreten Materialinseln ergibt. Generell kann es im Zusammenspiel verschiedener Prozeßparameter dazu kommen, daß Schmelztröpfchen aus der Schmelze heraus­ spritzen und sich auf der Oberfläche des Werkstückes ablagern.

Besonders bei der Bearbeitung von Aluminium treten häufig Instabilitäten auf, da die Viskosität der Aluminumschmelze sehr gering, ihre Wärmleitfähigkeit dagegen sehr hoch ist. Aus diesem Grunde beobachtete man bisher beim Aluminium­ schweißen im Vergleich zum Schweißen von Stählen eine stär­ kere Spritzertätigkeit und zeitweise sogar lokale Schmelz­ auswürfe. Die maximale Vorschubschwindigkeit beim Schmelzen von Werkstücken mit Hilfe eines Laserstrahles, insbesondere beim Schweißen von Stählen, wurde nicht durch die in das Werkstück einbringbare Energie sondern durch das Auftreten von Instabilitäten begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah­ ren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher die Möglichkeit besteht, die Strömung der Schmelze zu formen und zu stabilisieren.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß die Magnetfeldlinien im Bereich der Schmelze etwa parallel zur Oberfläche des Werkstückes und etwa senkrecht zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück gerichtet sind.

In der Literatur ist der sogenannte "magnetohydrodyna­ mische Effekt" bekannt. Hierunter wird die Beobachtung verstanden, daß die Strömung von Flüssigkeiten, insbeson­ dere von elektrisch leitenden Schmelzen, unter dem Einfluß eines an sie angelegten Magnetfeldes gedämpft werden kann.

Wegen Einzelheiten des magnetohydrodynamischen Effektes (MHD) sei bespielsweise auf die Bücher von J. A. Schercliff "A Text Book of Magnetohydrodynamics", Pergamon Press, 1965, Oxford, und V. C. A. Ferraro und C. Plumpton "An Introduction to Magneto-Fluid Mechanics", Oxford Press, 1966, Oxford, verwiesen. Der magnetohydrodynamische Effekt galt bisher in der Fachliteratur ausschließlich als Mechanismus, mit welchem auf ein fließfähiges Medium dämpfend Einfluß genommen werden kann. Dieser Effekt sollte nach der allgemeinen Meinung und der Theorie unabhängig vom Vorzeichen des magnetischen Feldes sein. Aus diesem Grunde schien seine Verwendung bei Laserbear­ beitungsverfahren nicht angezeigt.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde erstmals erkannt, daß anscheinend unter dem Einfluß der speziellen Geome­ trie, die sich bei den hier interessierenden Laserbe­ arbeitungsverfahren einstellt, eine zusätzliche Volumen­ kraft, die auf die Schmelze wirkt, durch das Magnet­ feld erzeugt wird, welche dazu ausgenutzt werden kann, die Schmelze zu stabilisieren und zu formen. Dieser Effekt hat offensichtlich weniger mit der Dämpfung der Strömung des aufgeschmolzenen Materials als damit zu tun, daß tatsächlich auf die Schmelze eine resultierende Volumen­ kraft ausgeübt wird. Diese Volumenkraft kann sowohl zur Stabilisierung des Schmelzflusses als auch zur Formung des Nahtquerschnittes als auch zur Beeinflussung des Energietransportes innerhalb der Schmelze eingesetzt werden, wie weiter unten deutlich wird. Diese Kraft kann außerdem glättend auf die Oberfläche der Schmelze wirken, so daß z. B. eine Schweißnaht hoher Güte gebildet wird. Es hat sich herausgestellt, daß sich so beispielsweise die Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Werkstück um 20% oder mehr steigern läßt, ohne daß uner­ wünschte Instabilitäten oder Verschlechterungen der Schweißnaht auftreten.

Das Verfahren wird so geführt, daß die Magnetfeldlinien etwa parallel zur Werkstückoberfläche gerichtet sind. Dabei ist die Volumenkraft senkrecht zur Werkstückoberfläche gerichtet. Es sind zwei Verfahrensvarianten zur unter­ scheiden, je nachdem, wie die Orientierung der Magnetfeld­ linien gegenüber der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück ist. Stehen die Magnetfeldlinien senkrecht zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück, so werden entsprechend den beiden in diesem Falle möglichen Orientierungen des Magnetfeldes auf die Schmelze Volumen­ kräfte ausgeübt, die nach oben oder unten, also vom Schmelznutgrund weg oder auf den Schmelznutgrund zu, wirken.

Wählt man diejenige Orientierung, bei welcher die Volumen­ kräfte "nach oben" wirken, hat dies zwar zur Folge, daß unter Umständen das Austreten von Tröpfchen aus der Schmelze gefördert wird; es besteht aber auf diese Weise die Möglichkeit, den Querschnitt der Naht (senkrecht zur Längserstreckung) in einer Weise zu variieren, bei welcher Formen, z. B. Einschnürungen oder Taillierungen, vermieden werden, die sonst zu Spannungen innerhalb des Werkstückes oder zu einem Verzug des Werkstückes führen könnten.

Wird die Orientierung des Magnetfeldes bei paralleler Ausrichtung zur Oberfläche des Werkstückes und senkrecht zur Relativbewegung so eingestellt, daß die Volumenkräfte auf die Schmelze in Richtung auf den Schmelznutgrund wirken, so werden die eingangs erwähnten schädlichen Instabilitäten unterdrückt. Insbesondere läßt sich eine bessere Oberfläche der Oberraupe erzielen; "Humping- Effekte" beim Schweißen von Stahl können vermieden und eine höhere Relativgeschwindigkeit erreicht werden. Diese Orientierung des Magnetfeldes hat im allgemeinen auch einen Einfluß auf den Querschnitt der Naht: da die Schmelze in Richtung auf den Schmelznutgrund gedrückt wird, tendiert der Nutquerschnitt dazu, sich nach unten hin zu verbreitern, was häufig mit einer Taillienbildung verbunden ist.

Unter günstigen Umständen läßt sich durch Anlegen eines geeigneten Magnetfeldes in der richtigen Orientierung eine Form des Schmelznutquerschnitts erzielen, die annä­ hernd rechteckig ist, also eine ebene untere Grenzfläche aufweist. Mit einer derartigen Form der Schmelznut läßt sich bei flächiger Bearbeitung eines Werkstückes eine Eindringtiefe hoher Konstanz erreichen. Dies ist insbeson­ dere für Umschmelzvorgänge von großer Bedeutung.

Eine zusätzliche Möglichkeit, auf die von dem Magnetfeld hervorgerufene Volumenkraft Einfluß zu nehmen, erschließt sich dann, wenn zusätzlich ein elektrischer Strom durch die Schmelze geleitet wird. Auf diese Weise läßt sich die effektive Lorentzkraft, die vom Magnetfeld erzeugt wird, verstärken und, je nach Verlauf des resultierenden elektrischen Stromes, in einer gewünschten Weise konzen­ trieren.

Schließlich ist es auch möglich, die erfindungsgemäß eingesetzte, vom Magnetfeld herrührende Volumenkraft auf die Schmelze dazu zu nutzen, die Energie einer sekun­ dären Energiequelle, die oberflächlich in die Schmelze eingekoppelt wird, in die Tiefe der Schmelze abzutranspor­ tieren. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Energieein­ kopplung der sekundären Energiequelle, bei der es sich insbesondere auch um einen Plasmabrenner handeln kann, verbessert.

Bevorzugt wird schließlich diejenige Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher sich der Magnet mit der Relativ­ geschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Werkstück bewegt. In diesem Falle kann der Magnet besonders klein ausgebildet werden, da nicht das gesamte Werkstück im Magnetfeld gehalten werden muß.

Die oben genannte Aufgabe wird, was die Vorrichtung angeht, dadurch gelöst, daß

• a) der Magnet so ausgestaltet ist, daß die von ihm erzeugen Magnetfeldlinien im Bereich der Schmelze des Werkstücks etwa parallel zur Oberfläche des Werkstückes und etwa senkrecht zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück verlaufen.

Die Vorteile dieser Vorrichtung ergeben sich sinngemäß aus den oben geschilderten Vorteilen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens. Gleiches gilt für die Ausgestaltung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, 10 und 11.

Bei der in Anspruch 7 beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnet ein Elektromagnet. Dies hat den Vorteil, daß die Stärke des wirksamen Magnetfeldes einfach variiert werden kann.

Umfaßt, wie in Anspruch 8 angegeben, der Elektromagnet einen U-förmigen Weicheisenkern mit zwei Schenkeln, deren Stirnseiten an die Unterseite des bearbeiteten Werkstückes anlegbar sind, so läßt sich der Magnetfluß leicht in der gewünschten Weise über das Werkstück schließen, bei welcher die Magnetfeldlinien etwa parallel zur Werkstück­ oberfläche verlaufen, wenn das Werkstück aus einem weich­ magnetischen Material besteht.

In vielen praktischen Anwendungsfällen wird jedoch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 zum Zuge kommen, da die Integration eines Permanentmagneten in eine gattungsgemäße Einrichtung immer problemlos möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 schematisch eine Anordnung zum Verschweißen zweier Werkstücke;

Fig. 2a bis 2c senkrechte Schnitte durch Werkstücke, die unter unterschiedlichen äußeren Bedingungen mit der Anordnung von Fig. 1 verschweißt wurden;

Fig. 3 schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine zweite Anordnung zum Verschweißen zweier Werkstücke;

Fig. 4 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Verschweißen zweier Werk­ stücke.

In Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen 2 und 7 zwei Werk­ stücke bezeichnet, die entlang einer Naht miteinander verschweißt werden sollen. Beispielsweise kann es sich bei diesen Werkstücken 2, 7 um zwei Aluminumbleche handeln, die - wie oben schon ausgeführt - bisher mit Lasern sehr schwer zu verschweißen waren. Die Laserlichtquelle selbst ist in der Figur nicht dargestellt; die Fokussiereinheit ist schematisch als Linse 10 dargestellt. Der fokussierte Laserstrahl 4 dringt in die beiden Werkstücke 2, 7 ein und erzeugt in diesen eine Dampfkapillare, die in der Figur das Bezugszeichen 6 trägt. Die Dampfkapillare 6 ist von einer Schicht 3 aufgeschmolzenen Materials umgeben. Im Bereich des Schweißherdes entsteht in bekannter Weise eine Plasmafackel 5, von der Licht unterschiedlicher Wellenlänge ausgeht.

Unterhalb des unteren Werkstückes 2, an diesem anliegend, ist ein U-förmiger Weicheisenkern 9 angeordnet. Die beiden Schenkel des Weicheisenkernes 9 tragen jeweils eine Spule 1 bzw. 8, die in Serie geschaltet sind. Durch Bestromen dieser Spulen 1, 8 aus einer Gleichstromquelle entsteht ein magnetisches Feld B, das die aufeinanderliegenden Werkstücke 2, 7 durchdringt. Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, verlaufen die magnetischen Feldlinien im Bereich der Dampfkapillare 6 sowie der aufgeschmolzenen Schicht 3 im wesentlichen horizontal, also parallel zu den Oberflächen der beiden Werkstücke 2, 7.

Wird der Laserstrahl 4 z. B. senkrecht zur Zeichenebene nach oben bewegt, wird an der Schmelzfront neues Material aufgeschmolzen. Dieses muß um die Dampfkapillare 6 herum auf die nacheilende Seite des Laserstrahles 4 fließen.

Ist das magnetische Feld B ausgeschaltet, ergibt sich eine Begrenzung der Vorschubgeschwindigkeit des Laser­ strahles 4 dadurch, daß bei Überschreiten einer bestimm­ ten Geschwindigkeit tröpfchenartige Spritzer aus der die Dampfkapillare 6 umfließenden Schmelze austreten und außerdem die sich bildende Schweißnaht unregelmäßig und uneben wird. Schaltet man dagegen das magnetischen Feld B durch Bestromung der Spulen 1, 8 ein, so kann diese kritische Geschwindigkeit um größenordnungsmäßig 20% oder mehr überschritten werden, ohne daß hierdurch die Qualität der Schweißung beeinträchtigt würde. Diese Beobachtung wird dadurch erklärt, daß von dem magnetischen Feld B auf die Schmelze 3 eine Volumenkraft ausgeübt wird, die nach unten, also auf den Schmelznutgrund hin, gerichtet ist und so das Austreten von Schmelze aus der Schmelzschicht 3 verhindert. Die Richtung der auf die Schmelze 3 ausgeüb­ ten Kraft hängt von der Richtung der Vorschubgeschwindig­ keit des Laserstrahles 4 und der Richtung des Magnetfeldes gegenüber dieser Vorschubrichtung ab; die zuletzt genannten beiden Richtungen sollten daher in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt werden. Die jeweilige Richtung des magnetischen Feldes kann durch Wechsel der Stromflußrich­ tung durch die Spulen 1, 8 oder auch durch Drehen des gesamten Weicheisenkerns mit Spulen 1, 8 verändert werden, sodaß durch einen einfachen Versuch diejenige Richtung des Magnetflusses in der Schmelzschicht 3 und in der Dampfkapillare 6 ermittelt werden kann, bei welcher die qualitätsfördernde Wirkung des Magnetfeldes optimal ist.

Wie bereits oben erläutert, hat das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein sowie die Richtung des gegebenenfalls vorhandenen Magnetfeldes nicht nur Einfluß auf die Qualität der Schweißung sondern auch auf die Form der gebildeten Schweißnaht. Diese Abhängigkeit vom Magnetfeld ist in den Fig. 2a bis 2c dargestellt.

Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch die beiden Werkstücke 2, 7, die in der Vorrichtung von Fig. 1, jedoch ohne Magnetfeld, miteinander verschweißt wurden. Die Naht 15, die sich dabei gebildet hat, zeigt in einer verhält­ nismäßig geringen Entfernung von der oberen Fläche des oberen Werkstückes 7 eine kleine Taillierung, reicht dann aber mit im wesentlichen konstanter Breite durch das obere Werkstück 7 hindurch.

Wird an die Werkstücke 2, 7 während der Verschweißung in der Anordnung von Fig. 1 ein Magnetfeld so angelegt, daß die durch dieses erzeugte Volumenkraft auf die Schmelze vom Nutgrund weg wirkt, also in der entgegengesetzten Richtung, die oben bei der Erläuterung der Fig. 1 ange­ nommen wurde, so ergibt sich eine Schweißnaht 15, die vollständig frei von jeder Taillierung ist. Sie hat ihre breiteste Stelle direkt an der oberen Fläche des oberen Werkstückes 7 und verjüngt sich stetig durch dieses obere Werkstück 7 hindurch. Dies ist in Fig. 2b dargestellt.

Ganz anders dagegen die Nahtausbildung, wenn das Magnetfeld während der Verschweißung der beiden Werkstücke 2, 7 in der Richtung angelegt wird, wie dies oben bei der Erläuterung der Fig. 1 angenommen wurde: Unter dem Einfluß der Volumenkraft, die in Richtung auf den Grund der Schmelznut gerichtet ist, bildet sich eine Naht 15 aus, die in einer gewissen Entfernung von der oberen Fläche des oberen Werkstückes 7 eine ausgeprägte Taille ausweist. Dies ist in Fig. 2c gezeigt.

Die Fig. 2a bis 2c machen deutlich, wie sich durch Anlegen eines Magnetfeldes die Formen von Schweißnaht- Querschnitten variieren lassen. Durch geeignete Wahl des Magnetfeldes läßt sich insbesondere erreichen, daß die die Eigenspannungen der Schweißnaht reduziert werden, so daß eine Rißanfälligkeit gesenkt und der Verzug des Werkstückes minimiert werden kann.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Verschweißen von Werkstücken dargestellt, welche bis auf die nachfolgend erörterten Unterschiede mit der Anordnung von Fig. 1 übereinstimmt. Entsprechende Teile sind daher mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet. Um die Fig. 3 nicht zu überladen, wurde der Elektromagnet nicht dargestellt; die von ihm erzeugten Magnetfeldlinien B durchtreten die beiden übereinanderliegenden Werkstücke 102 und 107 senkrecht zur Zeichenebene, wie dies durch die eingekreisten Punkte angedeutet ist. Die Vorschubrichtung der Werkstücke 102, 107 ist durch den Pfeil "M" dargestellt. Die Richtung des Magnetfeldes steht also senkrecht zur Vorschubrichtung "M" und parallel zur Werkstückoberfläche. In Fig. 3 ist neben dem durch die Linse 110 fokussierten Laserstrahl 104 eine Andrückrolle 116 dargestellt, wie sie in derartigen Schweißvorrichtungen an und für sich bekannt sind und dort ausschließlich zum Niederhalten des Werkstückes eingesetzt werden. Im vorliegenden Falle dient die Andrück­ rolle 116 außerdem als Kontaktierungsmittel für den Plus- Pol einer Gleichstromquelle. Auf der gegenüberliegenden Seite des Laserstrahles 104 befindet sich eine Zuführvor­ richtung 117 für einen Zusatzdraht 118, wie sie eben­ falls an und für sich zum Zuführen von zusätzlichem Material in die Schweißnaht gebräuchlich ist. Im dar­ gestellten Ausführungsbeispiel dient diese Zuführein­ richtung 117 bzw. der aus ihr austretende Zusatzdraht 118 als ein Kontaktmittel, welches mit dem oberen Werkstück 107 und mit dem Minus-Pol der bereits erwähnten Gleich­ spannungsquelle verbunden ist. Die Kontaktierung des oberen Werkstückes 107 an auf gegenüberliegenden Seiten des Laserstrahles 104 und damit auch der von diesem erzeugten Schmelze 103 bewirkt einen elektrischen Strom, welcher zwischen den Kontaktmitteln 116 und 117 durch die Werkstücke 107, 102 und insbesondere durch die Schmelze 103 hindurchfließt. Die genaue Verteilung des Stromweges ist hier von untergeordnetem Interesse; die Hauptströ­ mungsrichtung jedoch verläuft aufgrund der geschilderten Geometrie der verschiedenen Komponenten etwa parallel zur Vorschubrichtung "M".

Der so erzeugte Strom, der in Fig. 3 durch kleine Pfeile symbolisiert ist, verstärkt die auf die Schmelze wirkende, von dem Magnetfeld erzeugte Volumenkraft und konzentriert diese, je nach seinem detaillierten Verlauf, in einer ge­ wünschten Richtung. Durch Variation der verschiedenen im Spiel befindlichen Parameter, so insbesondere der lokalen Stromverteilung, der relativen Orientierung von Stromrichtung, Vorschubrichtung und Magnetfeldrichtung zueinander und zur Werkstückoberfläche lassen sich die unterschiedlichsten Effekte durch einfache Versuche ermitteln.

Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Schweißen von Werkstücken enthält zunächst einmal die in Fig. 1 dargestellte und bereits oben ausführlich erörterte Anordnung in identischer Weise. Entsprechende Teile sind mit demselben Bezugs­ zeichen zuzüglich 200 gekennzeichnet. Auf eine erneute Beschreibung der bereits oben abgehandelten Bauelemente wird an dieser Stelle verzichtet.

Zusätzlich zu diesen bereits oben beschriebenen Komponenten ist bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ein Plasma­ brenner 211 vorgesehen, dessen Plasmastrahl 205 der Schmelze 203 zusätzlich zum Laserstrahl 204 oberflächlich Energie zuführt. Der Plasmabrenner 211 stellt also eine zusätzliche Energiequelle dar. Mit Hilfe des Magnetfeldes, das durch den Elektromagneten 201, 208, 209 durch den Bereich der Schmelze 203 gelegt ist, entsteht bei der entsprechenden Orientierung die bereits oben beschriebene, auf die Schmelze 203 wirkende Volumenkraft, welche in Richtung auf den Grund der Schmelznut wirkt. Im Ausfüh­ rungsbeispiel von Fig. 4 hat diese zusätzliche Volumen­ kraft nun nicht nur den Effekt, das Austreten von Spritzern und Tröpfchen aus der Schmelze 203 zu verhindern und die Qualität der Schweißnaht zu verbessern; vielmehr wird durch die nach unten gerichtete Kraft die zunächst nur oberflächlich von dem Plasmabrenner 211 in den Bereich der Schmelze 203 eingebrachte Energie nach unten, also in Richtung auf den Nutgrund, "gepumpt", wodurch der Wirkungsgrad der Energieeinkopplung deutlich verbessert wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl, bei welchem unter einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück in letzterem eine Schmelze erzeugt wird, welche bei der Relativbewegung zum Strömen kommt, wobei an das Werkstück während der Laser­ bearbeitung ein Magnetfeld angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldlinien im Bereich der Schmelze etwa parallel zur Oberfläche des Werkstückes (2, 3; 102, 107) und etwa senkrecht zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl (4; 104; 204) und Werkstück (2, 7; 102, 107; 202, 207) gerich­ tet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Magnetfeldlinien gegenüber der Richtung der Relativgeschwindigkeit so eingestellt wird, daß auf die Schmelze (3; 103; 203) eine Kraft ausgeübt wird, die auf den Grund der Schmelznut hin gerichtet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Strom durch die Schmelze (103) geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von einer sekundären Energiequelle (211), insbesondere von einem Plasmabrenner, Energie in die Schmelze (203) eingekoppelt und die Richtung des Magnetfeldes so gewählt wird, daß die eingekoppelte Energie in die Tiefe der Schmelze (203) abtransportiert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

• a) einer Laserlichtquelle, welche einen auf das Werk­ stück gerichteten Laserstrahl erzeugt;
• b) einer Vorschubeinrichtung, welche eine Relativbe­ wegung zwischen Laserstrahl und Werkstück erzeugt;
• c) einem Magnet (1, 8, 9; 201, 208, 209), welcher im Bereich der Schmelze (3, 103; 203) des vom Laserstrahl (4, 104; 204) bearbeiteten Werkstücks (2, 7; 102, 107; 202, 207) ein Magnetfeld (B) erzeugt, und der mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Laserstrahl und Werkstück verfahrbar ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Magnet (1, 8, 9; 201, 208, 209) so ausgestaltet ist, daß die von ihm erzeugten Magnetfeldlinien im Bereich der Schmelze (3; 103; 203) des Werkstücks (2, 7; 102, 107; 202, 207) etwa parallel zur Ober­ fläche des Werkstückes (2, 7; 102, 107; 202, 207) und etwa senkrecht zur Relativbewegung zwischen Laserstrahl (4; 104; 204) und Werkstück (2, 7; 102, 207; 202, 207) verlaufen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet so ausgestaltet ist, daß die Richtung der von ihm erzeugten Magnetfeldlinien veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (1, 8, 9; 201, 208, 209) ein Elektromagnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (1, 8, 9; 201, 208, 209) einen U-förmigen Weicheisenkern (9; 209) mit zwei Schenkeln umfaßt, deren Stirnseiten an die Unterseite des bearbei­ teten Werkstückes (2; 202) anlegbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet ein Permanentmagnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle vorhanden ist, welche über Kontaktmittel (116, 117, 118) elektrisch derart mit dem Werkstück (102, 107) verbindbar ist, daß sich ein elektrischer Stromfluß durch die Schmelze (103) einstellt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine sekundäre Energiequelle (211), insbesondere ein Plasmabrenner, vorgesehen ist, die Energie in die Schmelze (203) oberflächlich einkoppelt, und daß der Magnet (201, 208, 209) so eingerichtet ist, daß durch die von ihm in der Schmelze (203) erzeugte Volumenkraft die eingekoppelte Energie in die Tiefe der Schmelze (203) abtransportiert wird.