12 Lasermaterialbearbeitung und Hochdruckwasserstrahlverfahren

Question 1

was bedeutet LASER

Answer 1

LASER= light amplification by stimulated emmision of radiation

Question 2

Eigenschaften laserstrahlung

Answer 2

Monochrom, Hoher Kohärenzgrad, Geringe Divergenz

Question 3

Welche phys. größe beschreibt die Strahlqualität K + Formel (es ist SPP gemeint)

Answer 3

Strahlparameterprodukt (SPP) = w_0 * Teta_0
mit w_0 = Strahltaillenradius, Teta_0 = Fernfelddivergenz

Question 4

Verstärkung von Laserstrahlung im resonator ( Bestandteile) Bild in rep.

Answer 4

Pumpquelle, Nicht verstärkte Strahlung, Totalreflektierender Spiegel, Laseraktives Material, verstärkte Spanung, Teildurchlässiger spiegel, Nutzbare Laserstrahlung, Resonatror (BILD IN REP ANGUCKEN)

Question 5

was beschreibt die Rayleighlänge z_R

Answer 5

gibt den Abstand zwischen der Strahltaille und dem ort der doppelten Strahlquerschnittfläche an
Es gilt A(z=z_R) = 2 * A(z=0) = 2piw_0^2

Question 6

was gilt innerhalb der Raylänge

Answer 6

innerhalb der raylänge ändert sich die Intensitätsverteilung des Strahls kaum

Question 7

Was ist der optimale Arbeitsbereich und wie heißt diese Länge

Answer 7

Fokuslänge = +- z_r

Question 8

Was beschreibt die Beugungsmaßzahl M^2

Answer 8

beschreibt die Vergrößerung von Strahltaille w_0 und divergenzwinkel bei realen Strahlen im Vergleich zum Grundmode TEM_00

Question 9

Strahlqualität Formel

Answer 9

K = 1 / M^2 mit M^2 = SPP_real / SPP_ideal

Question 10

Laserbetriebsmodi

Answer 10

Dauerstrichbetrieb(continuous wave), Pulsbetrieb(pulse wave)

Question 11

+ Kenngrößen für Laserstrahlung und laserstrahlquellen

Answer 11

-mittlere laserausgangsleistung P_m
-Betriebsmodus
-Strahlqualität K

Question 12

Laser besitzen 3 wesentliche Komponenten

Answer 12

-Pumpquelle
-Resonator
-Laseraktives medium

Question 13

Laserstrahlquellen BSP

Answer 13

C02 Laser, YAG- Laser, Diodenlaser,

Question 14

Wichtige merkmale des thermischen Werkzeugs ‘Laserstrahl’

Answer 14

-werkstück unterliegt nahezu keinen krafteinflüssen durch das werkzeug
-schnelle bewegung des strahls mittels strahlführungssystem
-Laserstrahl kann Verbrennngen verursacfhen und zur Erblindung führen
-Schutzausrüstung erforderlich

Question 15

Strahlführung und formung bestandteile

Answer 15

-Dynamische Strahlaufweitung
- LAserscanner
-Planfeldoptik

Question 16

Was ist die Voraussetzung für die Materialbearbeitung

Answer 16

Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Materie

Question 17

Lasermaterialbearbeitung BSP.

Answer 17

-Laserstrahlabtragen(bohren)
-Laserstrahlschneiden
-Laserstrahlhärten
-Laserstrahlschweißen
-Laserstrahllegieren

Question 18

Prozessparameter Laser

Answer 18

 Vorschubgeschwindigkeit
 Fokusgröße
 Fokuslage
 Einstrahlwinkel

Question 19

Laserstrahlparameter

Answer 19

 Wellenlänge
 Pulsdauer
 Pulsenergie
 Pulsform
 Repetitionsrate
 Strahlprofil /-qualität
 Polarisation

Question 20

Werkstoffparameter

Answer 20

 Material
 Absorptionsverhalten
 Wärmeleitung/ -ausdehnung

Question 21

Laserstrahlboren Verfahren

Answer 21

 Partieller Werkstoffabtrag überwiegend mittels
Schmelzen oder Verdampfung durch
Umwandlung von Laserenergie in Wärme

Question 21

Laserstrahlbohren verfahrensvarianten

Answer 21

 Einzelpulsbohren
 Perkussionsbohren
 Trepanierbohren
 Wendelbohren

Question 22

Laserstrahlstrukturieren verfahren

Answer 22

Partieller Werkstoffabtrag mittels
Verdampfen durch Umwandlung von
Laserenergie in Wärme (Sublimationsabtrag)

Question 23

Was für gepulsten Laserstrahlquellen gibt es

Answer 23

Nano-, Piko
oder Femtosekunden-Laserpulse, Mikro

Question 24

Laseroberflächenbehandlung mit zusatzwerkstoff

Answer 24

Laserlegieren
* Laserdispergieren
* Laserbeschichten
(z. B. Laserauftragschweißen)

Question 25

Laseroberflächenbehandlung ohne Zusatzwerkstoff

Answer 25

• Laserhärten
• Laserumschmelzen

Question 26

Pulver Vorteile

Answer 26

Beliebige Legierungen mischbar
Kraftfreier Auftragsprozess
Vergleichsweise geringe Kollisionsgefahr
Gleiche Schweißeigenschaften in jede
Verfahrrichtung

Question 26

Welche zusatzwerkstoffe gibt es

Answer 26

Pulver , Draht

Question 27

Pulver Nachteile

Answer 27

-Geringere MAterialausnutzung
Erhöhter Arbeitssicherheits
aufwand
-Erhöhte Gesundheitsgefährdung

Question 28

Draht Vorteile

Answer 28

Hoher Material-Nutzungsgrad
Geringe Kontamination der Maschine
Vergleichsweise geringer Arbeitssicherheits
aufwand

Question 29

Anwendungsgebiete zum Laserstrahlstrukturieren

Answer 29

medizintechnik, Fluiddynamik, Design

Question 29

nachteile draht

Answer 29

Kein völlig kraftfreier
Auftragsprozess
Kollisionsgefahr des
Drahtes mit dem Werkstück

Question 30

Vorteile laser als Werkzeug

Answer 30

 Hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten je nach
Anwendung realisierbar
 Hohe Schnittqualität und -präzision beim
Laserstrahlschneiden erreichbar
 Große Auswahl der zu bearbeitenden Werkstoffe
 Berührungsloses Werkzeug: Geringe, lokal eng
begrenzte thermische und mechanische Belastung
des Werkstoffs

Question 31

Nachteile Laser als Werkzeug

Answer 31

 »Unsichtbares Werkzeug«: Schwierige
Prozessüberwachung
 Strahlaufweitung: Fugenbreite nimmt mit
zunehmender Tiefe zu
 Bearbeitbare Bauteilgröße durch
Anlagenrestriktionen teils eingeschränkt
 Vergleichsweise hohe Investitions-und
Betriebskosten

Question 32

Wasserstrahlsysteme BSP.

Answer 32

-Rein Wasserstrahl (RWS)
-Abrassiv-Wasserstrahl(AWS)
-Wasser-Abrasiv Injektorstrahl (WAIS)
-Wasser-Abrasiv-Suspensionsstrahl(WASS)

Question 33

Reinwasserstrahl (RWS) Eigenschaften

Answer 33

-1 Phasen Strahlwerkzeug (für niedrigfeste Werkstoffe)

Question 34

Wasser-Abrasiv_Injektorstrahl Eigenschaften

Answer 34

3 Phasig (für hochfeste Werkstoffe)

Question 35

Wasser Abrasiv Suspensionsstrahl

Answer 35

2phasig für hochfeste Werkstoffe

Question 36

Verfahrensvarianten Wasserstrahl

Answer 36

-Schneiden
-Abtragen

Question 37

Hauptprozessparameter Wasserstrahl

Answer 37

-Wasserdruck
-Abrasiv-Massenstrom
-Vorschub

Question 38

Herausforderung Wasserstrahl

Answer 38

-Riefenbildung
-Schnittwinkel

Question 39

Wasser Abrasiv Suspensionsstrahl (WASS) Bestandteile anlage

Answer 39

-Hochdrucksuspension
-Düse

Question 40

Wasser Abrasiv Injektorstrahl (WAIS) Bestandteile Anlage

Answer 40

-Wasserdüse
-Abrasiv
-Mischkammer
-Fokussierrohr

Question 41

Charakterisierung Reinwasserstrahl (RWS

Answer 41

– Feines Strahlwerkzeug
(Strahl ∅ 0,08…0,35 mm
– Lange Betriebsdauer (Düse)
– Kontaminationsfreie Bearbeitung –
Nachteil: Beschränkt auf weiche
und dünne Werkstoffe

Question 42

Charakterisierung Suspension (AWS)

Answer 42

-kompaktes Strahlwerkzeug (Strahldurchmesser 0,2-0,65 mm)
-Hohe Schneidleistung, geringe
Strahlturbulenz
– geringe Abrasivanforderungen
(trocken oder nass)

Question 43

Charakteristika Injektor AWS

Answer 43

-Standard Strahlwerkzeug ∅ 0,80 mm
[0,30…0,50…1,27 mm]
– Impulsübertragung, turbulente
Strömung, Verschleiß
– Hohe Abrasivanforderungen
(Beladungslimit, Schüttfähigkeit)

Question 44

Zielparameter bzw. Bearbeitungsergebnis Wasserstrahl

Answer 44

-Oberflächenqualität (Riefen)
 Geometrische Toleranzen (Schnittwinkel)
 Zeitspanvolumen oder Schnittgeschwindigkeit

Question 45

Wirkmechanismen Wasserstrahl

Answer 45

-Erosion durch Wasser (aufprall, rissbildung, erosion)
-Partikel- Wechselwirkung(Zerrüttung, pflügen, spanen)

Question 46

Typische Phänomene beim Schneiden durch chronologische
Überlagerung von Energieverlusten und zyklischen Prozessen

Answer 46

 Riefen
 Strahlnachlauf
 Schnittwinke

Question 47

Schnittqualität wasserstrahlschneiden

Answer 47

• 5 Qualitäten (Q1…Q5)
  von Trennschnitt bis glatt, keine Riefen

Question 48

Anwendung wasserstrhlschneiden

Answer 48

 Turbomaschinen, Energiesektor
 Luftfahrt, Automotive, e-Mobilität
 Rückbauarbeiten, Gesundheit und Medizin

Question 49

Vorteile Wasserstrahl

Answer 49

 Fast alle Werkstoffe und Verbundwerkstoffe können
bearbeitet werden
 Geringe thermische und mechanische
Beanspruchung des Werkstoffs
 Kontinuierlich erneuertes (scharfes)
Strahlwerkzeug
 Leicht zu wechselnde Verschleißteile
 Großes Spektrum an Anwendungen und
Prozessvarianten, ohne der Notwendigkeit eines
Werkzeugwechsels

Question 50

Nachteile Wasserstrahl

Answer 50

-Schwierige Prozessführung
 Kleine Grate möglich bei der Bearbeitung von duktilen
Werkstoffen
 Delamination möglich bei Verbundwerkstoffen
 Aufwändige Prozess- und Kostenoptimierung
 Komplexität von 3D Anwendungen

Question 51

Der Laserstrahl, der in der Lasermaterialbearbeitung eingesetzt wird, ist für das menschliche Auge oftmals nicht sichtbar. Welches Synonym wird daher zur Beschreibung seiner Geometrie herangezogen?

Answer 51

Strahlkaustik

Question 52

Eine gepulste Laserstrahlquelle mit der Pulsdauer tp=350fs und derWellenlänge λ=515nmwird in einem Laserstrukturierprozess mit einer Frequenz f=400kHz und einer mittleren Laserausgangsleistung Pm=4W betrieben. Gehen Sie von einem idealisiertenPulslaser aus. Berechnen Sie die Pulsenergie Epund die Pulsspitzenleistung Pmax.

Answer 52

Pulsenergie: Ep= Pm/f = 1,0·10-5J = 10·10-6J = 10 μJ

Pulsspitzenleistung: Pmax= Ep/tp= 28,57·100W = 28,57 MW