WO1995010386A1 - Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstücken mit laserstrahlung - Google Patents

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Eckhard Beyer
Klaus Behler
Martin Funk
Georg Kalla
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Definitions

  • the invention relates to a method for machining workpieces with laser radiation, which is focused on the relatively moved workpiece and causes ionization of the material, an arc being used in addition to the laser radiation in the region of the workpiece exposed to laser radiation becomes.
  • a method with the aforementioned features is known from US 45 07 540. It is used to couple the energy of the arc in addition to the energy of the laser beam. Accordingly, the welding depth and the seam width can be influenced. In particular, there are savings in the effort required for the laser at greater welding depths.
  • this known laser / arc welding method is used in practice, the arc may remain at its burned-in location, so that the laser welding point and the arc welding point fall apart more or less. In any case, the desired exact superimposition of both welds then no longer results, which results in the formation of an undesired seam shape or seam cross-sectional shape.
  • the invention is therefore based on the object of improving a method with the features mentioned at the outset, that the welding points of the laser and the arc always coincide and therefore the predetermined seam formation results.
  • This object is achieved in that an arc ignition with intensity-modulated and / or pulsed laser radiation and / or with a pulsed and / or modulated electrode voltage is carried out, that the arc extinguishes itself after its ignition or its electrode voltage is below the burner voltage is reduced, and that the arc is ignited again.
  • the method can not only be carried out during welding, but also during cutting, ablation and surface treatment.
  • surface treatment refers to remelting, alloying, coating and any other heat treatment of a workpiece surface.
  • the combination of laser and arc can be used in the same form.
  • the beam is formed in the usual way.
  • the method is advantageously carried out in such a way that the arc with the aid of laser radiation is dependent on the relative advance of the workpiece and the scanning speed of the laser beam over the workpiece. leads.
  • a sheet is scanned with the laser beam, the arc being formed only at those points which are irradiated with laser radiation.
  • the modulation and / or pulsation of the laser radiation as well as the pulsation and / or modulation of the electrode voltage make it possible for the laser beam and the arc together to act only on those processing points on the workpiece surface which are irradiated by the laser radiation, the laser radiation pre-ionization caused by the beam forces the arc onto the processing point determined by the laser beam.
  • the weld seam has a cross-section which is characterized by a clear cup or tulip shape.
  • this known method it cannot therefore be avoided that the different depths of action of the individual methods running one after the other at a processing point remain clearly recognizable.
  • the seam cross sections melted by the laser beam remain comparatively narrow, so that difficulties arise with the use of such a method in workpieces in which, for example, the edge formation is uneven over the entire workpiece height, as a result of which the workpieces are butt-welded Impact can not be reliably performed on those edge sections that are further apart than the cross section melted by the laser beam.
  • the invention is therefore also based on the object of carrying out the method with the aforementioned features in such a way that the seam width is increased not only in the region on the laser beam side but also over the entire seam depth.
  • the electrode end of the non-melting electrode is arranged so close behind the laser beam in the welding direction that the arc enters the steam channel using the expansion of the steam channel opening which is present against the relative feed direction. It is important for this process that the Wolf ram inert gas process or a process with a non-melting electrode is used, the end of which is guided above the workpiece at a short distance from the laser beam, in the welding direction behind the laser beam.
  • the electrode geometry cannot be changed during operation, so that the electrode does not have to be adjusted in its longitudinal direction due to erosion and the welding head structure can be slim.
  • the electrode is guided together with the laser beam in such a way that the arc enters the steam channel from above the workpiece.
  • the asymmetry of the steam channel opening is used, which is enlarged against the relative feed direction.
  • the arc essentially passes unhindered by the material behind the laser beam or the axis of the laser beam into the depth of the steam channel, where it interacts with the cut front and helps to achieve the desired seam width.
  • the arc therefore acts essentially on the welding front and accordingly ensures an increase in the seam width even at greater seam depths.
  • a correspondingly strong focusing of the laser beam makes it possible to achieve large welding depths with sufficiently wide seam cross sections, with which workpieces can also be welded, the edges of which have edge sections with small to large edge spacings, for example due to rough preprocessing.
  • the known arc electrode is guided by a special holder fixed to the nozzle. This configuration widens the welding head in an area where a slim design is important because of the large number of geometric shapes to be machined. In addition, this space-consuming design of the known device also impairs the interaction of the laser radiation with the arc in the sense of increased inaccuracy or inadequate superimposition of the processing areas of the laser beam and the arc.
  • the device is therefore designed in such a way that the nozzle is designed on the workpiece side as an arc electrode.
  • the nozzle is therefore used for arcing.
  • a special holder for an electrode and a specially designed arc electrode are therefore unnecessary.
  • the nozzle can be designed in such a way that the arc arises at the desired position, even behind the laser beam.
  • the nozzle is minimally removed from the laser beam, so that the processing points of the laser radiation and the arc always match optimally, even in the case of difficult geometries of the workpiece.
  • the device can also be designed so that the nozzle is designed as a ring electrode.
  • the arc can develop from the nozzle at all circumferential locations of the nozzle, so that optimum energy coupling into the processing area of the laser beam and low material stress on the nozzle are ensured due to the large base area.
  • the share of The thermal energy of the arc can be comparatively large compared to the thermal energy of the laser beam.
  • a nozzle for supplying gas to the processing point can also be designed in which the nozzle on the workpiece side at least partially consists of a non-conductive or poorly conductive material with which the end of the arc electrode is located just above the Processing point is held.
  • the nozzle wall can be used to bring the electrode as close or as close as possible to the laser beam, which is also particularly important when the distance between the nozzle and the workpiece surface is small.
  • the device is then advantageously designed such that the nozzle is made of ceramic. This material is easy to work according to the shape requirements and ensures optimum temperature resistance.
  • a device for processing workpieces with laser radiation which is optically focused on the relatively moved workpiece, with an arc electrode which is arranged in the vicinity of the laser beam and ends just above the machining point of the workpiece
  • the optics for focusing the laser radiation is a rod-shaped mirror arranged transversely to the relative feed direction of the workpiece and to which a rod-shaped arc electrode lies in parallel.
  • the guiding property of the laser beam in relation to the arc is used to move the latter transversely to the relative feed direction.
  • the arc seeks the path of least resistance from the electrode to the surface in the processing area pre-ionized by the laser beam.
  • spot welds can be carried out with a comparatively large penetration depth, for example, the seam width being approximately the same across the entire seam depth. This offers considerable advantages for the connection strength during welding or for the processing speed for surface treatment or also for the removal of enamel.
  • the device is designed such that the rod-shaped electrode is wedge-shaped and the wedge tip is arranged on the workpiece.
  • the wedge shape allows in particular a compromise between the mechanical requirements for the rigidity of the rod electrode and the endeavor to let the laser beam hit the workpiece surface as perpendicularly as possible.
  • the electrode is a non-melting electrode.
  • An adjustment device for the electrode in the direction of the workpiece surface can then be dispensed with.
  • the relative spatial assignment between the electrode, the laser beam and the workpiece is maintained without having to take into account the function of any wire feed device whose feed control would have to be adapted to the feed of the relatively moving workpiece.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional representation of a machining point of a workpiece with an electrode tracking the laser beam in the relative feed direction
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the curve shapes of laser pulses and arc curves as a function of time to explain a method in which the arc of the 3, an explanation of the effect of the method of FIG. 1,
  • FIG. 7 shows a schematic perspective illustration of a device for processing workpieces with scanning laser radiation.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a device for processing workpieces 10 with laser radiation of a laser beam 12, which is focused on the workpiece 10.
  • the workpiece 10 is shown schematically and is, for example, a thick sheet which is to be butt-welded over most of its thickness at two edges.
  • the welding depth t s extends practically over the entire workpiece thickness, for which purpose a steam channel 13 is formed with the aid of the laser radiation.
  • the material of the workpiece present in this area is evaporated to form a plasma and escapes from the steam channel 13 through the steam channel opening 19 in accordance with the arrows 30.
  • a relative feed must take place
  • the relative feed direction or the welding direction is designated 17 in Fig.l.
  • either the laser beam 12 is moved in this direction or the workpiece 10 in the opposite direction.
  • a welding front 23 forms from the steam channel 13.
  • the area of the liquid melt is comparatively narrow between this and the steam channel 10.
  • the liquid melt in this area is either evaporated or escapes behind the steam duct 13.
  • the liquid melt located behind the steam channel 13 cools and solidifies to the solid melt 24.
  • the area The liquid melt behind the steam channel 13 is correspondingly wide in accordance with the solidification behavior.
  • FIG. 1 shows that an electrode 16 is used to generate an arc 11 which is ignited in the area of the processing point 15 of the workpiece 10.
  • the end 14 of the electrode 16 is arranged very close to the laser beam 12.
  • the arc 11 seeks the path of least resistance from the electrode 16 to the workpiece 10, it burns where the laser beam hits the surface and ensures preionization.
  • the arc 11 is drawn into the steam capillary 13 and couples additional energy there, which ensures a correspondingly larger melting of the material of the workpiece 10.
  • FIG. 3 shows the weld depth ts.
  • the illustration on the left shows the appearance of a so-called LB seam, which was therefore produced exclusively using laser radiation.
  • a comparatively large welding depth t s , L can be seen, the width i, on the other hand the seam is comparatively narrow.
  • a TIG seam is shown which arises when an arc is used exclusively with a non-melting tungsten electrode.
  • the melting depth t s , wiG is small in comparison to the LB seam, while the width bwi G is larger.
  • This LB + TIG seam therefore has a comparatively large seam width the entire seam depth. This is primarily achieved in that the electrode 16, or its electrode end 14, which is arranged closely behind the laser beam 12 in the welding direction 17, the arc 11 allowed to pull deep into the interior of the steam duct 13.
  • the arrangement of the electrode end 14 in the welding direction behind the laser beam 12 allows the asymmetrical steam channel opening 19 to be used.
  • the latter has an extension 18 which is present opposite to the welding direction, through which the arc can enter the interior of the steam channel 13 without hindrance by liquid melt in the area between the axis 25 of the laser beam 12 and thus in the area of the absorption front in reach greater depths of the steam channel 13.
  • This in-depth coupling of the arc 11 onto the absorption front 23 leads to the uniform design of the seam cross-section as can be seen in FIG. or tulip shape. This means a considerable improvement for the possible uses of machining a workpiece with combined laser radiation / arc.
  • a first measure is to influence the laser radiation. This can be intensity-modulated or used in a pulsed manner as shown in FIG. The laser pulses follow one another at intervals. The electrode voltage between the electrode 16 and the metallic workpiece 10 ensures that the arc 11 is ignited in accordance with the pre-ionization by the laser beam in the region of the machining area. processing point 15. Since the intensity of the laser pulse shown increases very quickly, the arc is also ignited quickly and its intensity increases rapidly.
  • the arc can continue to burn for a short time and then goes out if its electrode voltage is dimensioned such that it is below the burning voltage. If this is not the case, the electrode voltage can be modulated accordingly or pulsed electrode voltage is used. In both cases, depending on the arrangement between workpiece 10, laser and electrode 16, a wavy course of the arc intensity or an extinguishing of the arc can be achieved. When the arc is extinguished, which should be the case at the points of the deep incisions in the lower illustration in FIG. 2, a further laser radiation pulse is used, which leads to renewed ignition of the arc.
  • the laser beam 12 moves relative to the workpiece 10, even if only by comparatively small lengths, it is nevertheless achieved by the new ignition of the arc 11 that this is in the area of the new one, due to the further laser radiation pulse generated, locally displaced steam channel 13 happens.
  • the result is a tracking of the arc 11, which does not have the possibility of remaining with respect to the laser beam which is moving on.
  • the laser beam thus guides the arc over the surfaces of the workpiece. This is from. of particular importance if the speed of the laser beam is comparatively high, such as, for example, with a scanning movement of the laser beam 12.
  • Such a scanning movement of the laser beam 12 is carried out with an arrangement according to FIG.
  • the laser beam 12 moves back and forth in directions 26 transversely to a feed direction 22 of a workpiece 10 constructed as sheet metal. It is fed in with a mirror optic 20, namely a strip-shaped flat deflection mirror 26 and a focusing mirror 27 with a flute-like configuration.
  • An electric arc is formed between the electrode 16, which is designed as a rod electrode, and the workpiece 10, which is metallic, so that the electrode voltage can be applied to the two aforementioned parts using a voltage source 28.
  • the rod-shaped Electrode 16 is wedge-shaped in cross section, wedge tip 29 being arranged on the workpiece side.
  • a plasma is created between the wedge tip 29 or the wedge tip edge of the electrode 16 and the workpiece 10, which is moved by the laser beam 12 in the directions 26 across the workpiece 10 in the directions 26 transverse to the feed direction 22.
  • the plasma must be guided in such a way that a continuous seam, seam sections or spot welds are formed in accordance with the processing purpose for numerous welding processes, unless corresponding drilling or cutting points, removal or surface treatment points are aimed for.
  • the device according to FIG. 4 can be designed such that a nozzle 21 is the arc electrode.
  • a protective gas and / or a reaction gas is fed to the processing point 15 with this nozzle.
  • this purging of the workpiece with gas is necessary, it is particularly advantageous to be able to dispense with an electrode 16 from the additional arrangement and to be able to use the anyway necessary metallic nozzle 21 instead of such an electrode in order to generate an arc. which improves the energy coupling at the processing point 15.
  • FIG. 4 shows the plasma achieved by the arc, the electrode end 14 being the nozzle tip, the distance from which can be kept very small from the surface of the workpiece.
  • the voltage source 28 for the electrode voltage is also shown in FIG.
  • the workpiece is electrically conductive. If this is not the case, a special electrode would have to be provided with which the arc is guided relative to the workpiece in the desired manner.
  • nozzle 21 is designed as a ring electrode and thus itself serves to generate the arc 11
  • a special electrode 16 is provided in addition to the nozzle 21 in the devices of FIGS. 5, 6. 5 shows a device which is particularly suitable for cutting. From the indicated cutting direction 17 there results a cutting front on which the material of the workpiece 10 is removed by melting and evaporation.
  • the required energy is comparatively high, so that for large cutting depths it is advisable to use the TIG electrode 16 in addition to the laser beam 12, the end 14 of which, in the immediate vicinity of the laser beam 12, just above the processing point 15 of the workpiece 10 is arranged, in the cutting direction 17 behind the laser beam 12, so that the arc 11 pulls into the kerf and meets the cutting front, where it is particularly helpful in laser beam fusion cutting.
  • FIG. 6 shows the formation of a device for melting, remelting, alloying and for two-stage coating.
  • the removal of material by the laser beam 12 over the height t s is supported in the region of the plasma by the arc 11, which is ignited between the electrode end 14 and the workpiece.
  • the nozzles 21 of FIGS. 5, 6 serve to hold the arc electrode 16 and must therefore consist of a non-conductive or poorly conductive material, at least in the holding area, since otherwise the arc 11 does not form from the electrode end 14 and would not be limited to the desired area.
  • a non-conductive or poorly conductive material is, for example, ceramic, insofar as it is temperature-resistant to the extent required.
  • the nozzle 21 expediently consists of non-melting material, for example tungsten, so that a predetermined formation of the arc 11 remains guaranteed.

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (10) mit Laserstrahlung, die auf das relativbewegte Werkstück (10) fokussiert ist und eine Ionisierung von Werkstoff bewirkt, wobei außer der Laserstrahlung ein Lichtbogen (11) im Bereich des mit Laserstrahlung beaufschlagten Werkstücks (10) eingesetzt wird. Um zu erreichen, daß der Lichtbogen (11) nicht an seinem eingebrannten Ort verharrt, wird so verfahren, daß eine Lichtbogenzündung mit intensitätsmodulierter und/oder gepulster Laserstrahlung und/oder mit gepulster und/oder modulierter Elektrodenspannung erfolgt, daß der Lichtbogen (11) nach seiner Zündung von selbst erlischt oder seine Elektrodenspannung unter die Brennspannung gesenkt wird, und daß danach eine erneute Lichtbogenzündung erfolgt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit
LaserStrahlung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bearbei¬ ten von Werkstücken mit Laserstrahlung, die auf das relativbe¬ wegte Werkstück fokussiert ist und eine Ionisierung von Werk¬ stoff bewirkt, wobei außer der Laserstrahlung ein Lichtbogen im Bereich des mit Laserstrahlung beaufschlagten Werkstücks einge¬ setzt wird.
Ein Verfahren mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der US 45 07 540 bekannt. Es dient der Einkopplung von Energie des Lichtbogens zusätzlich zu der Energie des Laserstrahls. Dement¬ sprechend kann die Schweißtiefe und die Nahtbreite beeinflußt werden. Insbesondere ergeben sich Einsparungen des für den La¬ ser erforderlichen Aufwandes bei größeren Schweißtiefen. Beim praktischen Einsatz dieses bekannten Laser-/Lichtbogenschweis- sens kann es vorkommen, daß der Lichtbogen an seinem einge¬ brannten Ort verharrt, so daß Laserschweißstelle und Lichtbo¬ genschweißstelle mehr oder minder auseinanderfallen. Jedenfalls ergibt sich dann nicht mehr die gewünschte exakte Überlagerung beider Schweißstellen, was die Ausbildung einer unerwünschten Nahtform bzw. Nahtquerschnittsform zur Folge hat.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver¬ fahren mit den eingangs genannten Merkmalen so zu verbessern, daß die Schweißstellen von Laser und Lichtbogen stets zusammen¬ fallen und sich daher die vorbestimmte Nahtausbildung ergibt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Lichtbogenzün- düng mit intensitätsmodulierter und/oder gepulster Laserstrah¬ lung und/oder mit gepulster und/oder modulierter Elektroden¬ spannung erfolgt, daß der Lichtbogen nach seiner Zündung von selbst erlischt oder seine Elektrodenspannung unter die Brenn¬ spannung gesenkt wird, und daß danach eine erneute Lichtbogen- zündung erfolgt.
Für die Erfindung ist von Bedeutung, daß eine aufeinander abgestimmte Pulsung bzw. Unterbrechung von Laserstrahlung und Lichtbogen erreicht wird. Durch die damit jeweils verbundene zeitabschnittsweise Anwendung von Laserstrahlung und/oder Lichtbogen wird erreicht, daß der Lichtbogen nicht ununterbro¬ chen brennen kann oder bei ununterbrochenem Brennen weitergezo¬ gen wird. Er brennt vielmehr zwangsweise dort, wo der Laser¬ strahl auf die Oberfläche des Werkstücks trifft und für eine Vorionisierung sorgt. Entsprechend dieser Vorionisierung gibt es einen Weg des geringsten Widerstandes von der Elektrode zur Oberfläche des Werkstücks, den sich der Lichtbogen sucht. Mit dem Lichtbogen wird zusätzliche thermische Energie genau an der durch den Laserstrahl bestimmten Bearbeitungsstelle des Werk- Stücks zugeführt.
Dabei kann das Verfahren nicht nur beim Schweißen durchge¬ führt werden, sondern auch beim Schneiden, Abtragen und Ober- flächenbehandeln. Unter dem Begriff des Oberflächenbehandelns wird das Umschmelzen, das Legieren, das Beschichten und jede weitere Wärmebehandlung einer Werkstückoberfläche verstanden. Die Kombination aus Laser und Lichtbogen kann dabei in gleicher Form eingesetzt werden. Die Strahlformung erfolgt in üblicher Weise.
Es ist insbesondere auch möglich, Scanntechniken einzuset¬ zen. Beim Scannen wird das Verfahren vσrteilhafterweise so durchgeführt, daß der Lichtbogen mit Hilfe der Laserstrahlung in Abhängigkeit von dem Relatiworschub des Werkstücks und der Scanngeschwindigkeit des Laserstrahls über das Werkstück ge- führt wird. Mit dem Laserstrahl wird beispielsweise ein Blech abgerastert, wobei der Lichtbogen jeweils nur an den Stellen gebildet wird, die mit Laserstrahlung bestrahlt werden. Die Mo¬ dulierung und/oder Pulsung der Laserstrahlung sowie die Pulsung und/oder Modulierung der Elektrodenspannung ermöglichen es, daß der Laserstrahl und der Lichtbogen gemeinsam nur diejenigen Be¬ arbeitungsstellen der Werkstückoberfläche beaufschlagen, die von der Laserstrahlung angestrahlt sind, wobei die vom Laser¬ strahl bewirkte Vorionisierung den Lichtbogen auf die durch den Laserstrahl bestimmte Bearbeitungsstelle zwingt.
Aus der japanischen Patentanmeldung 63-67895 ist ein Ver¬ fahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung be¬ kannt, die auf das relativbewegte Werkstück fokussiert ist und einen Dampfkanal im Werkstück ausbildet, wobei außer der Laser¬ strahlung ein Lichtbogen verwendet wird, der von einem Elektro¬ denende ausgehend auf eine Bearbeitungsstelle des Werkstücks gerichtet ist, und wobei eine nichtabschmelzende Elektrode ver¬ wendet und mit ihrem Ende oberhalb des Werkstücks mit geringem Abstand zum Laserstrahl geführt wird. Bei diesem Verfahren soll die Schweißtiefe und die Qualität der Schweißzone dadurch ver¬ bessert werden, daß die Dimensionen einer Düse für ein Schutz¬ gas in bestimmter Weise bemessen werden und sich der Abstand des Elektrodenendes vom Laserstrahl in einem vorbestimmten Ab- Standsbereich befinden soll. Dabei ist das Elektrodenende in Schweißrichtung vor dem Laserstrahl angeordnet. Infolgedessen hat die Schweißnaht einen Querschnitt, der durch eine eindeuti¬ ge Kelch- oder Tulpenform charakterisiert wird. Mit diesem be¬ kannten Verfahren kann also nicht vermieden werden, daß die un- terschiedlichen Wirkungstiefen der an einer Bearbeitungsstelle nacheinander ablaufenden Einzelverfahren deutlich erkennbar bleiben. Insbesondere ist zu beanstanden, daß die durch den La¬ serstrahl aufgeschmolzenen Nahtquerschnitte vergleichsweise schmal bleiben, so daß sich Schwierigkeiten beim Einsatz eines solchen Verfahrens bei Werkstücken ergeben, bei denen z.B. die Kantenausbildung über die gesamte Werkstückhöhe ungleichmäßig ist, wodurch ein Schweißen der Werkstücke im stumpfen Stoß nicht zuverlässig an denjenigen Kantenabschnitten durchgeführt werden kann, die voneinander weiter entfernt sind, als es dem vom Laserstrahl aufgeschmolzenen Querschnitt entspricht. Demgegenüber liegt der Erfindung daher auch die Aufgabe zugrunde, das Verfahren mit den vorgenannten Merkmalen so durchzuführen, daß die Nahtbreite nicht nur im laserstrahlsei- tigen Bereich, sondern über die gesamte Nahttiefe vergrößert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Elektrodenende der nichtabschmelzenden Elektrode in Schweißrichtung derart dicht hinter dem Laserstrahl angeordnet ist, daß der Lichtbogen unter Ausnutzung der entgegen der relativen Vorschubrichtung vorhandenen Erweiterung der Dampfkanalöffnung in den Dampfkanal eintritt. Für dieses Verfahen ist von Bedeutung, daß das Wolf¬ ram-Inertgas-Verfahren bzw. ein Verfahren mit einer nichtab- schmelzenden Elektrode verwendet wird, deren Ende oberhalb des Werkstücks mit geringem Abstand zum Laserstrahl geführt wird, und zwar in Schweißrichtung hinter dem Laserstrahl. Infolge der nichtabschmelzenden Elektrode ist die Elektrodengeometrie wäh¬ rend des Betriebs unveränderlich, so daß die Elektrode nicht wegen Abbrands in ihrer Längsrichtung nachgeführt werden muß und der Schweißkopfaufbau schlank sein kann. Die Führung der Elektrode gemeinsam mit dem Laserstrahl erfolgt derart, daß der Lichtbogen von oberhalb des Werkstücks in den Dampfkanal ein¬ tritt. Hierbei wird die Unsymmetrie der Dampfkanalöffnung aus- genutzt, die entgegen der relativen Vorschubrichtung vergrößert ist. Durch diesen vergrößerten Bereich tritt der Lichtbogen im wesentlichen ungehindert durch Werkstoff hinter dem Laserstrahl bzw. der Achse des Laserstrahls in die Tiefe des Dampfkanals, wo er mit der Schnittfront zusammenwirkt und die gewünschte Nahtbreite erreichen hilft. Der Lichtbogen wirkt daher im we¬ sentlichen an der Schweißfront und sorgt dementsprechend für eine Vergrößerung der Nahtbreite auch in größeren Nahttiefen. Durch eine entsprechend starke Fokussierung des Laserstrahls ist es also möglich, große Einschweißtiefen mit ausreichend breiten Nahtquerschnitten zu erreichen, mit denen auch Werk¬ stücke geschweißt werden können, deren Kanten z.B. durch ent¬ sprechend grobe Vorbearbeitung Kantenabschnitte mit kleinen bis großen Kantenabständen aufweisen. Aus der japanischen Patentanmeldung 63-67895 ist folgendes bekannt: Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laser¬ strahlung, die mit einer Optik auf das relativbewegte Werkstück fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelektrode, die in der Nähe des Laserstrahls angeordnet ist und dicht oberhalb der Bearbei¬ tungsstelle des Werkstücks endet, und mit einer den Laserstrahl umgebenden Düse zur Gaszuleitung an die Bearbeitungsstelle.
Die bekannte Lichtbogenelektrode wird von einer besonde- ren, an der Düse festgelegten Halterung geführt. Diese Ausge¬ staltung verbreitert den Schweißkopf in einem Bereich, wo es wegen der Vielzahl der zu bearbeitenden geometrischen Formen auf eine schlanke Ausbildung ankommt. Darüber hinaus beein¬ trächtigt diese raumaufwendige Ausgestaltung der bekannten Vor- richtung auch das Zusammenwirken der Laserstrahlung mit dem Lichtbogen im Sinne einer gesteigerten Ungenauigkeit bzw. man¬ gelhaften Überlagerung der Bearbeitungsbereiche des Laser¬ strahls und des Lichtbogens.
Um die Querschnittsform der Schweißnaht zu verbessern, wird die Vorrichtung daher derart ausgebildet, daß die Düse werkstückseitig als Lichtbogenelektrode ausgebildet ist. Die Düse wird also zur Lichtbogenbildung herangezogen. Eine beson¬ dere Halterung für eine Elektrode und eine besonders ausgestal- tete Lichtbogenelektrode erübrigen sich daher. Die Düse kann so ausgebildet werden, daß der Lichtbogen an der gewünschten Stel¬ le entsteht, auch hinter dem Laserstrahl. Die Düse ist minimal vom Laserstrahl entfernt, so daß die Bearbeitungsstellen der Laserstrahlung und des Lichtbogens auch bei schwierigen zu be- arbeitenden Geometrien des Werkstücks stets optimal überein¬ stimmen.
Die Vorrichtung kann auch so ausgebildet werden, daß die Düse als Ringelektrode ausgebildet ist. Von der Düse aus kann sich der Lichtbogen bei entsprechend symmetrischer Ausgestal¬ tung an allen Umfangsstellen der Düse entwickeln, so daß für eine optimale Energieeinkopplung in den Bearbeitungsbereich des Laserstrahls und für eine geringe Werkstofbeanspruchung der Dü¬ se wegen der großen Fußpunktfläche gesorgt wird. Der Anteil der thermischen Energie des Lichtbogens kann im Vergleich zur ther¬ mischen Energie des Laserstrahls vergleichsweise groß sein.
Bei einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlung, die mit einer Optik auf das relativbewegte Werkstück fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelektrode, die in der Nähe des Laserstrahls angeordnet ist und dicht oberhalb der Bearbeitungsstelle des Werkstücks endet, und mit einer den La¬ serstrahl umgebenden Düse zur Gaszuleitung an die Bearbeitungs- stelle kann zur Vereinfachung des Aufbaus des Bearbeitungskop¬ fes nahe dem Werkstück auch eine Ausbildung erfolgen, bei der die Düse werkstückseitig zumindest teilweise aus einem nicht oder schlecht leitenden Werkstoff besteht, mit dem das Ende der Lichtbogenelektrode dicht oberhalb der Bearbeitungsstelle ge- halten ist. Es kann also quasi die Düsenwand dazu herangezogen werden, die Elektrode möglichst dicht bzw. nahe an den Laser¬ strahl heranzubringen, was besonders auch dann wichtig ist, wenn der Abstand zwischen der Düse und der Werkstückoberfläche klein ist.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung dann so ausgebil¬ det, daß die Düse aus Keramik besteht. Dieser Werkstoff ist den Formerfordernissen entsprechend einfach zu bearbeiten und gewährleistet eine optimale Temperaturbeständigkeit.
Um eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit La¬ serstrahlung, die mit einer Optik auf das relativbewegte Werk¬ stück fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelektrode, die in der Nähe des Laserstrahls angeordnet ist und dicht oberhalb der Be- arbeitungsstelle des Werkstücks endet, so zu verbessern, daß sie insbesondere auch für eine großflächige Bearbeitung von Werkstücken geeignet ist, wird eine Ausgestaltung vorgenommen, bei der die Optik zur Fokussierung der Laserstrahlung ein stab- förmiger, quer zur relativen Vorschubrichtung des Werkstücks angeordneter Spiegel ist, zu dem eine stabförmige Lichtbogen¬ elektrode parallel liegt.
Mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung können her¬ kömmliche Optikbauelemente zum Einsatz kommen, die auch bei größeren Relativbewegungsgeschwindigkeiten des Laserstrahls über größere Distanzen und bei größeren Strahlungsintensitäten bewährt sind. Insbesondere wird die Führungseigenschaft des La¬ serstrahls in Bezug auf den Lichtbogen ausgenutzt, um letzteren quer zur relativen Vorschubrichtung zu bewegen. Auch bei diesen größeren Bewegungsgeschwindigkeiten des Laserstrahls im Sinne eines Scannens eines Werkstücks sucht sich der Lichtbogen den Weg des geringsten Widerstandes von der Elektrode zur Oberflä¬ che in dem durch den Laserstrahl vorionisierten Bearbeitungsbe¬ reich. Infolgedessen können beispielsweise Punktschweißungen mit vergleichsweise großer Eindringtiefe vorgenommen werden, wobei die Nahtbreite über die gesamte Nahttiefe etwa gleich groß sein kann. Das bietet erhebliche Vorteile für die Verbin¬ dungsfestigkeit beim Schweißen oder für die Bearbeitungsge¬ schwindigkeit beim Oberflächenbehandeln bzw. auch beim Schmelz- abtragen.
Damit die stabförmige Elektrode hinreichend steif auch für größere Werkstückbreiten ausgebildet werden kann, ohne daß die erforderliche Nähe zwischen der Elektrode und dem Laserstrahl verlorengeht, wird die Vorrichtung so gestaltet, daß die stab¬ förmige Elektrode keilförmig ausgebildet und die Keilspitze werkstückseitig angeordnet ist. Die Keilform erlaubt insbeson¬ dere einen Kompromiß zwischen den mechanischen Anforderungen an die Steifigkeit der Stabelektrode und dem Bestreben, den Laser- strahl möglichst senkrecht auf die Werkstückoberfläche treffen zu lassen.
Für alle vorbeschriebenen Vorrichtungen ist es vorteil¬ haft, wenn die Elektrode eine nichtabschmelzende Elektrode ist. Es kann dann von einer Nachstellvorrichtung für die Elektrode in Richtung auf die Werkstückoberfläche abgesehen werden. Die relative räumliche Zuordnung zwischen der Elektrode, dem Laser¬ strahl und dem Werkstück bleibt gewahrt, ohne daß dabei auf die Funktion einer etwaigen Drahtzustelleinrichtung Rücksicht ge- nommen werden müßte, deren Vorschubsteuerung an den Vorschub des relativ bewegten Werkstücks anzupassen wäre.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen darge¬ stellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt: Fig.l eine Querschnittsdarstellung einer Bearbeitungsstel¬ le eines Werkstücks mit einer dem Laserstrahl in re¬ lativer Vorschubrichtung nachgeführten Elektrode, Fig.2 eine schematische Darstellung der Kurvenverläufe von Laserpulsen und Lichtbogenkurven in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung eines Verfahrens, bei dem der Lichtbogen der Laserstrahlung räumlich optimal nachgeführt werden kann, Fig.3 eine Erläuterung der Wirkung des Verfahrens der Fig.l,
Fig.4 bis 6 unterschiedliche Ausgestaltungen von Vorrich¬ tungen zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laser¬ strahlung im Bereich der Bearbeitungsstelle, und Fig.7 eine schematische perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit scan¬ nender Laserstrahlung.
Fig.l zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Vor¬ richtung zum Bearbeiten von Werkstücken 10 mit Laserstrahlung eines Laserstrahls 12, der auf das Werkstück 10 fokussiert ist. Das Werkstück 10 ist schematisch dargestellt und ist beispiels¬ weise ein Dickblech, das über den größten Teil seiner Dicke an zwei Kanten stumpf verschweißt werden soll. Die Einschweißtiefe ts erstreckt sich praktisch über die gesamte Werkstückdicke, wofür mit Hilfe der Laserstrahlung ein Dampfkanal 13 ausgebil¬ det wird. Der in diesem Bereich vorhandene Werkstoff des Werk¬ stücks wird unter Ausbildung eines Plasmas verdampft und ent¬ weicht entsprechend den Pfeilen 30 aus dem Dampfkanal 13 durch die Dampfkanalöffnung 19. Um die Verschweißung von Werkstück- kanten durchführen zu können, muß ein relativer Vorschub erfol¬ gen. Die relative Vorschubrichtung bzw. die Schweißrichtung ist in Fig.l mit 17 bezeichnet. Hierzu wird entweder der Laser¬ strahl 12 in dieser Richtung bewegt, oder das Werkstück 10 in der entgegengesetzten Richtung. Vom Dampfkanal 13 aus bildet sich eine Schweißfront 23 aus. Zwischen dieser und dem Dampfka¬ nal 10 ist der Bereich der flüssigen Schmelze vergleichsweise schmal. Die flüssige Schmelze dieses Bereichs wird entweder verdampft oder weicht um den Dampfkanal 13 herum hinter diesen aus. Die hinter dem Dampfkanal 13 befindliche flüssige Schmelze kühlt ab und erstarrt zu der festen Schmelze 24. Der Bereich der flüssigen Schmelze hinter dem Dampfkanal 13 ist dem Erstar¬ rungsverhalten entsprechend breit.
Fig.l zeigt, daß eine Elektrode 16 verwendet wird, um ei- nen Lichtbogen 11 zu erzeugen, der im Bereich der Bearbeitungs¬ stelle 15 des Werkstücks 10 gezündet ist. Das Ende 14 der Elek¬ trode 16 ist dabei sehr nahe am Laserstrahl 12 angeordnet. Als zweite Elektrode fungiert das Werkstück 10 und beide Elektroden werden von einer geeigneten Elektrodenspannung beaufschlagt, die ± ,~ oder = sein kann.
Infolge der Verdampfung von Werkstoff des Werkstücks er¬ gibt sich ein Plasma an der Bearbeitungsstelle, wobei sich bei Metallen aufgrund der Glühemission ca. 1013 freie Elektronen in einem cm*3 befinden. Da sich der Lichtbogen 11 den Weg des ge¬ ringsten Widerstandes von der Elektrode 16 zum Werkstück 10 sucht, brennt er dort, wo der Laserstrahl auf die Oberfläche trifft und für eine Vorionisierung sorgt. Entsprechend dieser Ionisierung im Bearbeitungsbereich 15 zieht sich der Lichtbogen 11 in die Dampfkapillare 13 und koppelt dort zusätzliche Ener¬ gie ein, die für eine entsprechend vergrößerte Aufschmelzung von Werkstoff des Werkstücks 10 sorgt.
In Fig.3 sind Darstellungen zur Einschweißtiefe ts er- sichtlich. Die linke Darstellung zeigt das Aussehen einer soge¬ nannten LB-Naht, die also ausschließlich unter Einsatz von La¬ serstrahlung hergestellt wurde. Es ist eine vergleichsweise große Einschweißtiefe ts,L ersichtlich, die Breite i, der Naht ist hingegen vergleichsweise schmal. Des weiteren ist eine WIG- Naht dargestellt, die bei der ausschließlichen Anwendung eines Lichtbogens mit einer nichtabschmelzenden Wolframelektrode ent¬ steht. Die Schmelztiefe ts,wiG ist im Vergleich zur LB-Naht ge¬ ring, die Breite bwiG hingegen größer. Mit Hilfe einer Anordnung gemäß Fig.l kann eine Nahtform hergestellt werden, die in Fig.3 rechts dargestellt wurde, also mit vergleichsweise großer Schweißtiefe ts,kom und großer Breite bkom- Diese LB+WIG-Naht hat also eine vergleichsweise große Nahtbreite über die gesamte Nahttiefe. Das wird in erster Linie dadurch erreicht, daß die in Schweißrichtung 17 dicht hinter dem Laserstrahl 12 angeord- nete Elektrode 16 bzw. ihr Elektrodenende 14 den Lichtbogen 11 tief in das Innere des Dampfkanals 13 hineinzuziehen gestattet.
Die Anordnung des Elektrodenendes 14 in Schweißrichtung hinter dem Laserstrahl 12 erlaubt es nämlich, die unsymmetrische Dampfkanalöffnung 19 auszunutzen. Letztere besitzt eine entge- gen der Schweißrichtung vorhandene Erweiterung 18, durch die der Lichtbogen auf kurzem Weg im Bereich zwischen der Achse 25 des Laserstrahls 12 ohne Behinderung durch flüssige Schmelze in das Innere des Dampfkanals 13 eintreten kann und damit im Be¬ reich der Absorptionsfront in größere Tiefen des Dampfkanals 13 gelangen. Diese in die Tiefe gerichtete Einkopplung des Licht¬ bogens 11 auf die Absorptionsfront 23 führt zu der aus Fig.3 ersichtlichen gleichmäßigen Gestaltung des Nahtquerschnitts, also ohne die bei bloßer Kombination der in Fig.3 links und in der Mitte dargestellten Nahtquerschnitte zu erwartende Kelch- oder Tulpenform. Das bedeutet für die Einsatzmöglichkeiten ei¬ nes Bearbeitens eines Werkstücks mit kombinierter Laserstrah¬ lung/Lichtbogen eine erhebliche Verbesserung. Diese kann jedoch nicht nur beim Schweißen eingesetzt werden, sondern auch beim Schneiden, Abtragen und Oberflächenbehandeln und bei allen Be- arbeitungsvorgängen, bei denen es auf eine Vergrößerung der Nahtbreite auch in der Tiefe ankommt. Stets wird durch den Lichtbogen als Zusatzenergiequelle eine zusätzliche Erwärmung bzw. Aufschmelzung erfolgen, durch die weniger teure Laserener¬ gie benötigt wird. Dabei eignet sich dieses Verfahren für alle Lasersysteme, wie Cθ2~, Nd:YAG- und Eximer-Laser, soweit sie zur Erzeugung eines Dampfkanals geeignet sind.
Beim Laserstrahlschweißen mit unterstützendem Lichtbogen kommt es darauf an, daß der Lichtbogen auch tatsächlich in die Tiefe des Dampfkanals 13 eintritt und nicht an einem einge¬ brannten Ort verharrt. Der Lichtbogen muß also dem Laserstrahl 12 folgen. Es kann sich daher je nach Anwendung empfehlen, be¬ sondere Maßnahmen zu ergreifen, um dem Lichtbogen das Folgen zu erleichtern. Eine erste Maßnahme ist es, die Laserstrahlung zu beeinflussen. Diese kann intensitatsmoduliert sein, oder gemäß der Darstellung in Fig.2 gepulst eingesetzt werden. Die Laser¬ pulse folgen einander in zeitlichem Abstand. Die Elektroden¬ spannung zwischen der Elektrode 16 und dem metallischen Werk¬ stück 10 sorgt für ein Zünden des Lichtbogens 11 entsprechend der Vorionisierung durch den Laserstrahl im Bereich der Bear- beitungsstelle 15. Da also die dargestellte Intensität des La¬ serpulses sehr schnell ansteigt, wird auch der Lichtbogen schnell gezündet und seine Intensität nimmt schnell zu. Nach der Beendigung der Einstrahlung von Laserlicht kann der Licht- bogen noch eine geringe Zeit weiterbrennen und erlischt dann, falls seine Elektrodenspannung so bemessen ist, daß sie unter der Brennspannung liegt. Falls das nicht der Fall ist, kann die Elektrodenspannung entsprechend moduliert werden oder es wird gepulste Elektrodenspannung verwendet. In beiden Fällen läßt sich in Abhängigkeit von der Anordnung zwischen Werkstück 10, Laser und Elektrode 16 ein welliger Verlauf der Lichtbogenin¬ tensität bzw. ein Erlöschen des Lichtbogens erreichen. Wenn der Lichtbogen erloschen ist, was an den Stellen der tiefen Ein¬ schnitte der unteren Darstellung der Fig.2 der Fall sein soll, wird ein weiterer Laserstrahlungspuls angewendet, der zu einer erneuten Lichtbogenzündung führt.
Falls sich der Laserstrahl 12 relativ zum Werkstück 10 be¬ wegt, und sei es nur um vergleichsweise kleine Längenabschnit- te, so wird doch durch die Neuzündung des Lichtbogens 11 er¬ reicht, daß diese im Bereich des neuen, durch den weiteren La¬ serstrahlungspuls erzeugten, örtlich geringfügig verlagerten Dampfkanals 13 geschieht. Es ergibt sich eine Nachführung des Lichtbogens 11, der nicht die Möglichkeit hat, gegenüber dem weiterbewegten Laserstrahl zu verharren. Der Lichtbogen wird also durch den Laserstrahl über die Oberflächen des Werkstücks geführt. Das ist von. besonderer Bedeutung, wenn die Geschwin¬ digkeit des Laserstrahls vergleichsweise hoch ist, wie bei¬ spielsweise bei einer scannenden Bewegung des Laserstrahls 12. Eine solche scannende Bewegung des Laserstrahls 12 wird bei ei¬ ner Anordnung gemäß Fig.7 durchgeführt. Der Laserstrahl 12 be¬ wegt sich quer zu einer Vorschubrichtung 22 eines als Blech ausgebildeten Werkstücks 10 in den Richtungen 26 hin und her. Er wird dabei mit einer Spiegeloptik 20 zugeleitet, nämlich ei- nem leistenförmigen flachen Umlenkspiegel 26 und einem Fokus- sierspiegel 27 mit hohlkehlartiger Ausgestaltung. Ein Lichtbo¬ gen wird zwischen der als Stabelektrode ausgebildeten Elektrode 16 und dem Werkstück 10 ausgebildet, welches metallisch ist, so daß die Elektrodenspannung mit einer Spannungsquelle 28 an die beiden vorgenannten Teile angelegt werden kann. Die stabformige Elektrode 16 ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei die Keilspitze 29 werkstückseitig angeordnet ist. Zwischen der Keilspitze 29 bzw. der Keilspitzenkante der Elektrode 16 und dem Werkstück 10 entsteht ein Plasma, das vom Laserstrahl 12 in den Richtungen 26 quer zur Vorschubrichtung 22 über das Werk¬ stück 10 bewegt wird. Dabei muß die Führung des Plasmas so er¬ folgen, daß dem Bearbeitungszweck entsprechend zahlreiche Schweißvorgänge eine durchgehende Naht, Nahtabschnitte oder Punktschweißstellen ausgebildet werden, sofern nicht entspre- chende Bohr- oder Schneidstellen, Abtrage- oder Oberflächenbe¬ handlungsstellen angestrebt werden.
Sofern lediglich gebohrt werden soll, oder sofern es auf die Ausnutzung der asymmetrischen Ausbildung der Dampfkanalöff- nung 19 mit einer Erweiterung 18 nicht oder nicht vornehmlich ankommt, kann die Vorrichtung gemäß Fig.4 derart ausgebildet werden, daß eine Düse 21 die Lichtbogenelektrode ist. Mit die¬ ser Düse wird der Bearbeitungsstelle 15 ein Schutzgas und/oder ein Reaktionsgas zugeführt. Diese Bespülung des Werkstücks mit Gas als notwendig vorausgesetzt, ist es besonders vorteilhaft, von der zusätzlichen Anordnung eine Elektrode 16 absehen zu können und statt einer solchen Elektrode die ohnehin erforder¬ liche metallische Düse 21 ausnutzen zu können, um einen Licht¬ bogen zu erzeugen, der die Energieeinkopplung an der Bearbei- tungsstelle 15 verbessert. Fig.4 zeigt das durch den Lichtbogen erzielte Plasma, wobei das Elektrodenende 14 die Düsenspitze ist, deren Abstand von der Oberfläche des Werkstücks sehr klein gehalten werden kann. Des weiteren ist in Fig.4 die Spannungs¬ quelle 28 für die Elektrodenspannung dargestellt. Auch hier wird vorausgesetzt, daß das Werkstück stromleitend ist. Sollte das nicht der Fall sein, müßte eine besondere Elektrode vorge¬ sehen werden, mit der der Lichtbogen in der gewünschten Weise relativ zum Werkstück geführt wird.
Während die Düse 21 als Ringelektrode ausgebildet ist und damit selbst der Erzeugung des Lichtbogens 11 dient, ist bei den Vorrichtungen der Fig.5, 6 eine besondere Elektrode 16 zu¬ sätzlich zur Düse 21 vorgesehen. Fig.5 zeigt eine Vorrichtung, die speziell für das Schnei¬ den geeignet ist. Aus der angegebenen Schneidrichtung 17 ergibt sich eine Schneidfront, auf der Werkstoff des Werkstücks 10 durch Schmelzen und Verdampfen abgetragen wird. Der erforderli- ehe Energiebedarf ist vergleichsweise hoch, so daß es sich für große Schneidtiefen empfiehlt, zusätzlich zum Laserstrahl 12 die WIG-Elektrode 16 einzusetzen, deren Ende 14 in unmittelba¬ rer Nähe des Laserstrahls 12 dicht oberhalb der Bearbeitungs¬ stelle 15 des Werkstücks 10 angeordnet ist, und zwar in Schneidrichtung 17 hinter dem Laserstrahl 12, so daß sich der Lichtbogen 11 in die Schnittfuge hineinzieht und auf die Schneidfront trifft, wo er insbesondere beim Laserstrahl¬ schmelzschneiden hilfreich ist.
Fig.6 zeigt die Ausbildung einer Vorrichtung zum Schmelz¬ abtragen, Umschmelzen, Legieren und zum zweistufigen Beschich¬ ten. Das über die Höhe ts erfolgende Abtragen von Werkstoff durch den Laserstrahl 12 wird im Bereich des Plasmas vom Licht¬ bogen 11 unterstützt, der zwischen dem Elektrodenende 14 und dem Werkstück gezündet wird.
Die Düsen 21 der Figuren 5, 6 dienen der Halterung der ei¬ nen Lichtbogenelektrode 16 und müssen daher zumindest im Halte¬ bereich aus einem nicht oder schlecht leitenden Werkstoff be- stehen, da sich der Lichtbogen 11 sonst nicht vom Elektrodenen¬ de 14 ausgehend ausbilden und sich nicht auf den gewünschten Bereich beschränken würde. Ein solcher Werkstoff ist beispiels¬ weise Keramik, soweit diese im erforderlichen Maße temperatur¬ standfest ist.
Die Düse 21 besteht in jedem Fall zweckmäßigerweise aus nicht abschmelzendem Werkstoff, beispielsweise Wolfram, damit eine vorbestimmte Ausbildung des Lichtbogens 11 gewährleistet bleibt.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (10) mit Laser¬ strahlung, die auf das relativbewegte Werkstück (10) fo¬ kussiert ist und eine Ionisierung von Werkstoff bewirkt, wobei außer der Laserstrahlung ein Lichtbogen (11) im Be¬ reich des mit Laserstrahlung beaufschlagten Werkstücks
(10) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lichtbogenzündung mit intensitätsmodulierter und/oder ge¬ pulster Laserstrahlung und/oder mit gepulster und/oder mo- dulierter Elektrodenspannung erfolgt, daß der Lichtbogen
(11) nach seiner Zündung von selbst erlischt oder seine Elektrodenspannung unter die Brennspannung gesenkt wird, und daß danach eine erneute Lichtbogenzündung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen (11) mit Hilfe der Laserstrahlung in Abhängig¬ keit von dem Relativvorschub des Werkstücks (10) und der Scanngeschwindigkeit des Laserstrahls (12) über das Werk¬ stück (10) geführt wird.
3. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (10) mit Laser¬ strahlung, die auf das relativbewegte Werkstück (10) fo¬ kussiert ist und einen Dampfkanal (13) im Werkstück (10) ausbildet, wobei außer der Laserstrahlung ein Lichtbogen (11) verwendet wird, der von einem Elektrodenende (14) ausgehend auf eine Bearbeitungsstelle des Werkstücks (10) gerichtet ist, und wobei eine nichtabschmelzende Elektrode
(16) verwendet und mit ihrem Ende oberhalb des Werkstücks (10) mit geringem Abstand zum Laserstrahl (12) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenende (14) der nichtabschmelzenden Elektrode (16) in Schweißrichtung
(17) derart dicht hinter dem Laserstrahl (12) angeordnet ist, daß der Lichtbogen (11) unter Ausnutzung der entgegen der Schweißrichtung (17) vorhandenen Erweiterung (18) der Dampfkanalöffnung (19) in den Dampfkanal (13) eintritt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bearbeitungsstelle (15) des Werkstücks (10) ein Schutz- und/oder Reaktionsgas mit einer den Laserstrahl (12) umge¬ benden Düse (21) zugeführt und zugleich die nichtabschmel- zende Elektrode (16) unummantelt verwendet wird.
5. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken (10) mit Laser¬ strahlung, die mit einer Optik (20) auf das relativbewegte Werkstück (10) fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelek- trode (16) , die in der Nähe des Laserstrahls (12) angeord¬ net ist und dicht oberhalb der Bearbeitungsstelle (15) des Werkstücks (10) endet, und mit einer den Laserstrahl (12) umgebenden Düse (21) zur Gaszuleitung an die Bearbeitungs¬ stelle (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (21) werkstückseitig als Lichtbogenelektrode ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (21) als Ringelektrode ausgebildet ist.
7. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrah¬ lung (10), die mit einer Optik (20) auf das relativbewegte Werkstück (10) fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelek¬ trode (16) , die in der Nähe des Laserstrahls (12) angeord¬ net ist und dicht oberhalb der Bearbeitungsstelle (15) des Werkstücks (10) endet, und mit einer den Laserstrahl (12) umgebenden Düse (21) zur Gaszuleitung an die Bearbeitungs¬ stelle (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (21) werkstückseitig zumindest teilweise aus einem nicht oder schlecht leitenden Werkstoff besteht, mit dem das Ende der Lichtbogenelektrode (16) dicht oberhalb der Bearbeitungs¬ stelle (15) gehalten ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (21) aus Keramik besteht.
9. Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrah¬ lung, die mit einer Optik (20) auf das relativbewegte Werkstück (10) fokussiert ist, mit einer Lichtbogenelek¬ trode (16), die in der Nähe des Laserstrahls (12) angeord- net ist und dicht oberhalb der Bearbeitungsstelle (15) des Werkstücks (10) endet, dadurch gekennzeichnet, daß die Op¬ tik (20) zur Fokussierung der Laserstrahlung ein stabför- miger, quer zur relativen Vorschubrichtung (22) des Werk¬ stücks (10) angeordneter Spiegel ist, zu dem eine stabför- mige Lichtbogenelektrode (16) parallel liegt.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die stabformige Elektrode (16) keilförmig ausgebildet und die Keilspitze (29) werkstückseitig ange- ordnet ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 11, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Elektrode (16) eine nichtabschmelzende Elektrode ist.
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