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Increased absorption of carbon-di:oxide laser radiation by workpiece - involves using nitrogen@ gas blanket and focussed pulsed laser simultaneously with the continuous high power laser

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Abstract

The absorption of a cw-CO2-laser in the material of a work object is increased by focusing simultaneously the radiation of a pulsed laser on the work piece while maintaining a gas blanket of N2 or a N2 contg. gas. The CO2-laser pref. has a wavelength of 10.6 micron and the pulsed laser has a wavelength 9.1-11.1 micron. The laser pulses pref. have a duration of from 10 nano-secs. to 100 micro-secs. and a frequency of 10 Hz to 1 KHz. USE/ADVANTAGE - The use of a N2-blanket reduces the reflection of laser energy together with the use of the pulsed laser which generates a plasma in the gas. As a result the absorption of laser power by the workpiece increases giving faster heating and less danger to the operators. The pulsed laser can be focused through the same lens as the cw-CO2 laser, or through a separate lens. The energy of the pulsed laser does not have to be very high, e.g. 100 mJ which can give up to 10 power 8 watt/cm2 peak energy, since the pulse duration is short. Fig.1 shows the effect of a N2 blanket with and without the pulsed laser in terms of energy reflected from the work surface. The method is used for welding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Absorption von cw-CO 2 -Laserstrahlen in einen Werkstoff durch das Fokussieren von zusätzlichen Laserstrahl impulsen auf den Werkstoff unter Anspülen des Werk stoffes mit einem inerten Gas. The invention relates to a method for increasing the absorption of cw CO 2 laser beams in a material by focusing laser beam of additional pulses to the material under wash up of the material with an inert gas.

Von den Verfahren der Werkstoffbearbeitung mit dem Laserstrahl sind das Schweißen und Schneiden schon für viele Anwendungsfälle in die industrielle Fertigung eingeführt. From Proceedings of the material processing with the laser beam welding and cutting are introduced already for many applications in industrial production. Beide sind thermische Verfahren, bei denen das Werkstück durch die Energie des Laserstrahles erwärmt wird. Both are thermal processes, in which the workpiece is heated by the energy of the laser beam. Im Unterschied zu den meisten anderen Schweiß- und Schneidmethoden erfolgt die Energiezufuhr im Brennfleck des gebündelten Laserstrahles äußerst rasch und intensiv. Unlike most other welding and cutting methods, the energy is supplied in the focal spot of the focused laser beam extremely rapidly and intensively. Die Folge sind eine zeitlich und örtlich eng begrenzte Erwärmung sowie eine hohe Schweiß- bzw. Schneidgeschwindigkeit. This results in a very limited time and place warming and high welding and cutting speed. Es fließt nur wenig Wärme in den Werkstoff ab. It flows very little heat into the material. Die Wärmebelastung und der Verzug sind gering. The heat stress and distortion are low. Für die Werkstoffbearbeitung werden verhältnismäßig hohe Strahlleistungen benötigt, wie sie Kohlendioxid (CO 2 )-Laser bringen. For the material processing relatively high beam powers are required, how to bring carbon dioxide (CO 2) laser. Möglich ist ein kontinuierlicher (cw) oder gepulster Betrieb. Possible is a continuous (cw) or pulsed operation.

Wenn ein Laserstrahl auf Werkstoffe auftrifft, dann wird ein Teil der Strahlungsenergie reflektiert und ein Teil absorbiert, wobei die Absorption von der Wellen länge der Strahlung und vom Werkstoff abhängt. When a laser beam impinges on materials, then a part of the radiation energy is reflected and absorbed part, wherein the absorption of the wave length of the radiation, and depends on the material. Ein cw-CO 2 -Laser wird bei einer Wellenlänge von 10,6 µm be trieben, bei der beispielsweise Eisen nur etwa 10% der eingestrahlten Energie zu absorbieren vermag. A cw CO 2 laser is driven at a wavelength of 10.6 microns be, in the example, iron is capable of absorbing only about 10% of the incident energy. Diese geringe Absorption bei Metallen kommt dadurch zustande daß die Reflektivität in diesem Wellenlängenbereich mit steigender elektrischer Leitfähigkeit ansteigt. This low absorption in metals arises from the fact that the reflectivity increases in this wavelength range, with increasing electrical conductivity. Die Absorption bei Eisen wird mit zunehmender Einwirkungs dauer der Strahlung besser, weil dann die geringe absorbierte Strahlungsenergie den Werkstoff aufheizt, womit dann die elektrische Leitfähigkeit (Erzeugung einer Plasmawolke) und damit auch die Reflektivität sinken. The absorbance at iron with increasing duration of the radiation Einwirkungs better because the low absorbed radiation energy then heats the material, which then decrease the electrical conductivity (generation of a plasma cloud) and hence the reflectivity. Im Endeffekt erzielt man bei Eisen mit dem cw-CO 2 -Laser eine Absorption von etwa 20%. In effect is obtained with iron with cw CO 2 laser absorption of about 20%.

Ähnlich wie Eisen verhalten sich auch Molybdän, Wolfram und Tantal. Similar to iron also molybdenum, tungsten and tantalum behave. Hochreflektierende Metalle wie Gold, Sil ber, Kupfer und Aluminium absorbieren nur wenig und lassen sich daher mit dem cw-CO 2 -Laser nicht sehr gut betreiben. Highly reflective metals such as gold, Sil over, copper and aluminum absorb very little and can therefore be with the cw CO2 laser does not operate very well.

Bei Erhöhung der Intensität der Laserstrahlung wird das Werkstück dort, wo der Laser einwirkt, nicht nur aufge schmolzen, sondern durch und durch geschmolzen. When increasing the intensity of the laser radiation, the workpiece is where the laser acts not only be melted but melted through and through. Damit verschweißt man zwei Werkstücke, die stumpf aneinander liegen. So that one welded two workpieces which are butted. Durch weitere Erhöhung der Intensität der Laserstrahlung wird das Material mittels Laserstrah lung so stark erhitzt, daß es verdampft und in den Plasmazustand übergeht. the material by means of Laserstrah lung is so strongly heated by further increasing the intensity of the laser radiation that it evaporates and passes into the plasma state. Dabei findet eine wesentlich bessere Einkopplung der Laserstrahlung in das Werkstück statt, wozu außerordentlich hohe Leistungsdichten erforderlich sind. Here is a much better coupling of the laser radiation instead of the workpiece, for which extremely high power densities are required.

Um an der Oberfläche eines Werkstoffes ein Plasma zu erzeugen, nutzt die GB-A 21 75 737 die bessere Absorp tion der kurzwelligen Laserstrahlen eines YAG-Lasers aus, die den CO 2 -Laserstrahlen eines Leistungslasers überlagert werden. In order to generate a plasma on the surface of a material, the GB-A 21 75 737 uses the better Absorp tion of the short wavelength laser beams of a YAG laser, the laser beams 2 of a power laser are superimposed on the CO. Ein Bohrverfahren mit einem Infra rot-Laser schlägt darüber hinaus das Anspülen des Werkstoffes mit den inerten Gasen Helium und/oder Wasserstoff vor. A drilling method with an infra-red laser proposes the wash up of the material with the inert gases helium and / or hydrogen beyond.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Absorp tion bei einem cw-CO 2 -Laser mit vergleichsweise kosten günstigen Maßnahmen zu erhöhen. The invention is based on the object of the Absorp tion with a cw CO 2 laser to increase with comparatively cost-favorable measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Durch die Erfindung wird in Verbindung mit einem ver gleichsweise billigen CO 2 -Mini-Impulslaser, vorzugs weise einem TEA-CO 2 -Impulslaser, der Wirkungsgrad des cw-CO 2 -Lasers wesentlich erhöht, weil mit dem CO 2 -Im pulslaser bei genügend kurzer Impulsdauer im Bereich zwischen 10 ns (ns = Nanosekunden) und 100 µs (µs = Mi krosekunden) vornehmlich selbst bei kleiner Impuls energie von minimal etwa 100 mJ Spitzenleistungen im Megawatt-Bereich erreicht werden, mittels denen immer eine Plasmawolke erzeugt werden kann und gleichzeitig durch Anspülen der Oberfläche des Werkstückes mit Stickstoff oder einem Stickstoff-Gasgemisch die Ober fläche vor einer Oxidation geschützt und eine erhöhte Absorption der Laserstrahlen erreicht wird. The invention is in conjunction with a ver tively cheap -mini CO 2 pulsed laser, preferably, a TEA-CO2 pulsed laser, the efficiency of cw CO 2 laser significantly increased, because the CO 2 -In pulse laser with a sufficiently a short pulse duration in the range between 10 ns (ns = nanosecond) and 100 microseconds (.mu.s = Mi krosekunden) mainly even at small pulse energy of a minimum of about 100 mJ excellence in the megawatt range can be achieved, by means of which a plasma cloud can always be generated and at the same time wash up by the surface of the workpiece with nitrogen or a nitrogen-gas mixture, the upper surface being protected from oxidation and an increased absorption of the laser beams is achieved. Wird die Strahlung des CO 2 -Impulslasers gleichzeitig oder im "Vorlauf" auf Abschnitte des zu bearbeitenden Werk stoffes gerichtet, kann die Verfahrgeschwindigkeit des cw-CO 2 -Lasers während des Bearbeitungsvorganges erhöht werden. If the radiation of the CO 2 -Impulslasers simultaneously or directed to portions of the material to be processed in the "forward" mode, the travel speed of the CW-CO 2 laser can be increased during the machining process. Hinzu kommt, daß die Sicherheit des Bedienungs personales erhöht wird, da weniger Strahlung von der Oberfläche des Werkstoffes reflektiert wird. In addition, the safety of the operation is personal details increased because less radiation is reflected from the surface of the material.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der über raschenden Beobachtung aus, daß durch das Anspülen des Werkstoffes mit dem inerten Gas Stickstoff oder einem Stickstoff enthaltenden Gasgemisch die Absorption der cw-CO 2 -Laserstrahlen zusätzlich zu dem bereits durch das gemeinsame Fokussieren von CO 2 -Laserstrahlimpulsen mit den cw-CO 2 -Laserstrahlen auf einen Werkstoff ge steigerten Einkopplungsgrad weiter erhöht wird, weil die von der Oberfläche reflektierte Leistung reduziert wird. The inventive method is based on the surprising observation that containing through the wash up of the material with the inert gas is nitrogen or a nitrogen gas mixture, the absorption of the cw CO 2 laser beams in addition to the already by the common focusing CO 2 -Laserstrahlimpulsen with cw CO 2 laser beams is further increased to a material ge Einkopplungsgrad increased because the power reflected from the surface is reduced. Es wird durch das inerte Gas Stickstoff bzw. das Stickstoff enthaltende Gasgemisch eine gegenüber den Schutzgasen Argon oder Helium bis zu 100% größere Einhärtetiefe erzielt. by containing the inert gas is nitrogen or the nitrogen gas mixture is attained with respect to the protective gases argon or helium up to 100% greater hardening depth.

Untersuchungen haben ergeben, daß Stickstoff oder ein Stickstoff-Gasgemisch als Schutzgas, das unerwünschte Reaktionen des Werkstoffes mit Atmosphärenkomponenten verhindert, während des Härteprozesses mit Laser strahlen eingesetzt werden kann. Studies have shown that nitrogen or a nitrogen-gas mixture as a protective gas for preventing undesired reactions of the material with atmospheric components, can be used radiation during the curing process with laser. Das Schutzgas besteht aus bis zu 50 bis 100 Vol% Stickstoff. The shielding gas consists of up to 50 to 100% by volume nitrogen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and drying is described in detail below.

Die Infrarotstrahlung z. The infrared radiation z. B. eines cw-CO 2 -Lasers bei 10,6 µm wird besonders von Metallen stark reflektiert, so daß die Absorptionseigenschaften bei der Bestrahlung durch Erwärmung des absorbierten Abschnittes der Laser strahlung erst verändert werden müssen. B. a cw CO 2 laser at 10.6 microns is strongly reflected particularly of metals, so that the absorption properties of the radiation absorbed by heating the portion of the laser radiation only need to be changed. Bei bestimmten Materialien und sehr glatten Oberflächen ist deshalb eine Einkopplung der cw-Strahlung selbst bei Primär-Dauer leistung im Kilowattbereich nur in geringem Maße, dh in einem Bereich von 0-20% möglich, auf jeden Fall wird aber immer ein beträchtlicher Teil der IR-Primärstrahlung reflektiert. For certain materials and very smooth surfaces is therefore a coupling of the cw radiation even at primary continuous power in the kilowatt range, only to a small extent, that is in a range of 0-20% is possible, but in any case will always be a considerable part of the IR -Primärstrahlung reflected.

Um die Absorptionseigenschaften bedeutend zu verbes sern, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Strahlung eines vergleichsweise kleinen CO 2 -Impulsgas lasers gemeinsam mit der cw-Laserstrahlung auf dasselbe Bearbeitungsgebiet zu fokussieren. In order to significantly fibers is improving the absorption properties, the radiation of a relatively small CO is therefore proposed according to the invention to focus -Impulsgas two lasers together with the cw laser radiation to the same processing area. Da ein kleiner CO 2 -Im pulslaser bei genügend kurzer Impulsdauer im 10 ns bis 100 µs-Bereich selbst bei kleiner Impulsenergie von etwa 100 mJ Spitzenleistungen im Megawatt-Bereich aussendet, kann nach Fokussierung dieser Strahlung auf beliebige Oberflächen wegen der hohen Leistungsdichten, die kurzzeitig über 10 8 Watt/cm 2 liegen, immer eine Plasmawolke erzeugt sowie die Absorptionseigenschaften der zu bearbeitenden Oberfläche außerordentlich schnell so verändert werden, daß die Einkopplung der cw-Strah lung überhaupt erst ermöglicht oder bedeutend verbes sert wird. Since a smaller CO ns emits 2 -In pulse laser in a sufficiently short pulse width in the 10 to 100 microsecond range even at a small pulse energy of about 100 mJ excellence in the megawatt range, by focusing this radiation onto any surface because of the high power densities that momentarily higher than 10 8 W / cm 2, always produces a plasma cloud and the absorption properties of the surface to be processed extremely rapidly changed so that the coupling of the cw-radia tion is at all possible or significantly verbes sert. Um den Aufwand für die Erzeugung der CO 2 -Im pulslaserstrahlung zu vermindern, ist es vorteilhaft, sehr kurze Impulse im Megawatt-Bereich mit genügend hoher Folgefrequenz, die je nach Bearbeitungsgeschwin digkeit im 10 Hz bis 1 kHz-Bereich liegen muß, zu erzeugen. In order to reduce the burden on the generation of CO 2 -In pulse laser radiation, it is advantageous for very short pulses in the megawatt range with sufficiently high repetition rate, which must lie up to 1 kHz range, depending on Bearbeitungsgeschwin speed at 10 Hz to produce. Das gelingt vorteilhaft mit einem Mini-TEA-CO 2 -Im pulslaser (TEA = Transversale Elektrische Anre gung bei Atmosphärendruck) , der mit Folgefrequenzen im 10 Hz bis 1 kHz-Bereich bei hohem Wirkungsgrad von mehr als 5% betrieben werden kann bei einer Gas mischung, die nur aus CO 2 und N 2 bestehen kann, so daß sowohl die Anschaffungskosten des Lasers als auch seine Betriebskosten sehr niedrig sind. This is achieved advantageously with a mini-TEA-CO 2 -In pulse laser (TEA = Transverse Electric Anre supply at atmospheric pressure), which can be operated with repetition frequencies in the 10 Hz to 1 kHz range at a high efficiency of more than 5% in a gas mixture may consist only of CO 2 and N 2, so that both the cost of the laser and its operating costs are very low.

Des weiteren genügt eine mittlere Leistung des Hilfs lasers, die nur ein Hundertstel der cw-Strahlung be trägt, um eine viel effektivere Materialbearbeitung zu ermöglichen. Furthermore, sufficient average power of the auxiliary lasers, which carries only one hundredth of the cw radiation be to allow a much more effective material processing.

Bei allen Einkoppelverfahren der cw-CO 2 -Laserstrahlung kann während des Bearbeitungsvorganges ein inertes Gas auf die Bearbeitungsstelle geblasen werden, so daß eine Oxidation des Werkstoffes verhindert wird. In all Einkoppelverfahren the cw CO 2 laser radiation an inert gas, during the machining operation can be blown to the machining location so that oxidation of the material is prevented. Hierdurch wird vorteilhaft ein Härten von blanken Metallen ohne Nachbearbeitung möglich. Thereby curing of bare metals without finishing is possible advantageous. Als inertes Gas wird vorteil haft Stickstoff oder ein Stickstoff enthaltendes Gas gemisch verwendet. As the inert gas advantageously nitrogen or a nitrogen-containing gas mixture used.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Über raschenden Beobachtung aus, daß durch das Anspülen des Werkstoffes mit dem inerten Gas Stickstoff oder einem Stickstoff enthaltenden Gasgemisch die Absorption der cw-CO 2 -Laserstrahlen zusätzlich zu dem bereits durch das gemeinsame Fokussieren von CO 2 -Laserimpulsen und cw-CO 2 -Laserstrahlen auf einen Werkstoff gesteigerten Einkopplungsgrad weiter erhöht wird, weil die von der Oberfläche reflektierte Leistung reduziert wird ( Fig. 1). The inventive method is based on the surprising observation that containing through the wash up of the material with the inert gas is nitrogen or a nitrogen gas mixture, the absorption of the cw CO 2 laser beams in addition to the already by the common focusing CO 2 -Laserimpulsen and cw CO 2 laser beams is further increased to a material Einkopplungsgrad increased because the light reflected from the surface power is reduced (Fig. 1).

Untersuchungen zeigen, daß unabhängig von der Ausgangs leistung des cw-CO 2 -Lasers die reflektierte Leistung gleich 0 ist, wenn Stickstoff als Schutzgas verwendet wird. Studies show that 2 laser reflected power is independent of the output power of the cw-CO equal to 0 when nitrogen is used as protective gas. In Fig. 1 ist die reflektierte Leistung (Ordi nate) über der Zeit (Abszisse) aufgetragen. In Fig. 1, the reflected power is (Ordi nate) versus time (abscissa). Die mit 1, 3 bis 5 gekennzeichneten Reflexionsmessungen wurden bei Leistungen eines cw-CO 2 -Lasers von 800 W (1), 500 W (3), 400 W (4), 200 W (5) und dem Schutzgas Stickstoff und die mit 2 gekennzeichnete Reflexionsmessung bei einer Leistung von 850 W des gleichen Lasers und dem Schutzgas Argon vorgenommen. The reflectance measurements marked with 1, 3 to 5 were for services of a cw CO 2 laser of 800 W (1), 500 W (3), 400 W (4), 200 W (5) and the protective gas is nitrogen and with made reflection measurement marked 2 at a power of 850 W of the same laser and the shielding gas argon. Erkennbar ist, daß bei nicht zugeschalteten CO 2 -Laserstrahlimpulsen und dem Schutzgas Argon (Ausführungsbeispiel 2) die reflek tierte Leistung geringer ist, als beim Einsatz des Schutzgases Stickstoff, obwohl die Leistung des cw-CO 2 -La sers bei 2 größer ist als bei dem mit 1 gekennzeich neten Ausführungsbeispiel. It can be seen that, when not turned on CO 2 -Laserstrahlimpulsen and the inert gas argon (Embodiment 2) the reflectors oriented performance is less than with the use of the inert gas nitrogen, even though the power of the CW-CO 2 -La sers at 2 is greater than in 1 with the gekennzeich Neten embodiment.

Während der Überlagerung (Zeit t 2 ) der cw-CO 2 -Laser strahlung mit einem Laserstrahlimpuls eines TEA-CO 2 -La sers sinkt die gemessene reflektierte Leistung bei allen Ausführungsvarianten 1 und 3 bis 5, bei denen als Schutzgas Stickstoff eingesetzt wurde auf 0, während bei der Verwendung des Schutzgases Argon sich die reflektierte Leistung bis auf einen Wert von ca. 20% der Laserleistung erniedrigt, um nach dem erfolgten Laserstrahlimpuls auf den Eingangswert anzusteigen. During the storage (time t 2) of the CW-CO 2 laser radiation with a laser beam pulse of a TEA-CO 2 -La sers decreases the measured reflected power in all the embodiments 1 and 3 to 5, in which nitrogen was used as a protective gas to 0 while when using the argon shielding gas, the reflected power to a value of about 20% of the laser power is lowered to rise to the initial value after the completed laser beam pulse. Im Gegensatz hierzu wurde bei der Verwendung des Schutz gases Stickstoff und ausschließlicher cw-CO 2 -Laser strahlung, dh nach dem Laserimpuls, keine reflek tierte Leistung gemessen. In contrast, the protective gas of nitrogen and exclusive-cw CO 2 laser radiation has been in use, that is measured by the laser pulse, no reflectors oriented performance.

In den Fig. 2 bis 4 ist eine Vergleichsuntersuchung dargestellt, bei der ein Werkstoff C 45 W mit einem cw-CO 2 -Laser gehärtet wurde. In Figs. 2 to 4, a comparative study is shown, in which a material C 45 F 2 laser was cured with a cw CO. Der Laser hatte jeweils eine Leistung von 1100 W. Den Laserstrahlen des cw-CO 2 -La sers wurden Laserstrahlimpulse überlagert, wobei auf der Abszisse die Impulsfolgefrequenz des TEA-CO 2 -Lasers und auf der Ordinate jeweils die Einhärtetiefe aufge tragen ist. The laser had each a power of 1100 W. The laser beams of the CW-CO 2 -La sers were superimposed laser beam pulses, wherein the abscissa represents the pulse repetition frequency of the TEA CO 2 laser, and take up on the ordinate respectively, the hardening depth.

In Fig. 2 wurde der Werkstoff mit dem Schutzgas Stick stoff gespült, während in der Fig. 3 als Schutzgas Helium und in der Fig. 4 das Schutzgas Argon verwendet wurde. In FIG. 2, the material with the protective gas stick material was rinsed, while in Fig. 3 the protective gas argon was used as inert gas helium, and in FIG. 4. Wie ersichtlich, erfolgt nur beim Laserhärten unter Verwendung des Schutzgases Stickstoff eine Er höhung der Einhärtetiefe, während diese bei den Schutz gasen Argon und Helium sich verringert. As can be seen, is only on laser annealing using the inert gas nitrogen, a He heightening the hardening depth, while these gases argon and helium is reduced when the protection.

Untersuchungen haben weiter gezeigt, daß sich bei konstanter Ausgangsleistung des cw-CO 2 -Lasers und steigender Energie des TEA-CO 2 -Lasers sich ebenfalls eine Erhöhung der Einhärtetiefe einstellt. Studies have further shown that with a constant output power of the CW-CO 2 laser and the increasing energy of the TEA CO 2 laser is also adjusted to increase the depth of hardening. Beim An steigen der Leistung des cw-CO 2 -Lasers und konstanter Ausgangsleistung des TEA-CO 2 -Lasers wird ebenfalls eine nahezu proportionale Erhöhung der Einhärtetiefe er zielt. When on the power of the cw CO 2 laser to rise and constant output power of the TEA CO2 laser is also an almost proportional increase in the depth of hardening it is aimed.

Die Impulslaserstrahlung kann weiterhin entweder direkt in den cw-Bearbeitungsstrahl eingekoppelt werden, wodurch nur eine Bearbeitungsoptik nötig ist und um fangreiche Justierarbeiten entfallen oder auch separat mit eigener Fokussierlinse auf oder an den Rand des cw-Fokus gerichtet werden, um einen optimalen Vorlauf zu erzielen. The pulse laser radiation can be coupled either directly in the cw-processing beam continues, leaving only a processing optics is necessary and omitted to sive adjustments or be addressed separately with its own focusing on or at the edge of the cw-focus in order to achieve an optimal flow.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erhöhen der Absorption von cw-CO 2 -La serstrahlen in einem Werkstoff durch das Fokus sieren von zusätzlichen Laserstrahlimpulsen auf den Werkstoff unter Anspülen des Werkstoffes mit einem inerten Gas, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Gas Stickstoff oder ein Stick stoff-Gasgemisch ist. 1. A method for increasing the absorption of cw-CO 2 -La serstrahlen in a material by the focus Sieren of additional laser pulses to the material under wash up of the material with an inert gas, characterized in that the inert gas is nitrogen or a stick substance- is gas mixture.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die cw-CO 2 -Laserstrahlen eine Wellenlänge von 10,6 µm und die zusätzlichen Laserstrahlimpulse eine Wellenlänge zwischen 9,1 µm und 11,1 µm aufweisen. 2. The method of claim 1, characterized in that the CW-CO 2 laser beams having a wavelength of 10.6 microns and the additional laser pulses have a wavelength between 9.1 microns and 11.1 microns.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlimpulse eine Impulsdauer zwischen 10 Nano-Sekunden und 100 Mikro-Sekunden und eine Folgefrequenz im Bereich zwischen 10 Herz und 1 Kilo-Herz aufweisen. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the laser beam pulses having a pulse duration between 10 nanoseconds and 100 microseconds and a repetition frequency in the range between 10 Hz and 1 kilo-heart.
DE19914125801 1991-08-03 1991-08-03 Increased absorption of carbon-di:oxide laser radiation by workpiece - involves using nitrogen@ gas blanket and focussed pulsed laser simultaneously with the continuous high power laser Withdrawn DE4125801A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6339208B1 (en) * 2000-01-19 2002-01-15 General Electric Company Method of forming cooling holes

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629859A (en) * 1985-04-12 1986-12-16 Standard Oil Company (Indiana) Enhanced evaporation from a laser-heated target
DE3714504A1 (en) * 1987-04-30 1988-11-10 Lambda Physik Gmbh Method of working materials with laser beams

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4629859A (en) * 1985-04-12 1986-12-16 Standard Oil Company (Indiana) Enhanced evaporation from a laser-heated target
DE3714504A1 (en) * 1987-04-30 1988-11-10 Lambda Physik Gmbh Method of working materials with laser beams

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6339208B1 (en) * 2000-01-19 2002-01-15 General Electric Company Method of forming cooling holes

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