Lasermaterilabearbeitung und Hochdruckwasserstrahlverfahren

Question 1

Nennen Sie drei spezifische Eigenschaften von Laserstrahlung.

Answer 1

> Monochromatisch (einfarbig)
 Zeitliche und räumliche Kohärenz
 Minimale Divergenz

Question 2

was bedeutet Monochromatisch?

Answer 2

Laserstrahlung ist Teil des elektromagnetischen Wellenspektrums.
Emittierte Laserstrahlung besitzt nur eine spezifische
Wellenlänge, die durch das laseraktive Medium bestimmt wird.
Die Wellenlängen typischer Laserstrahlquellen sind:
Nd:YAG-Laser: Lamda = 1064 nm CO2
-Laser Lamda = 10,6 µm

Question 3

Was bedeutet zeitliche und raäumliche Kohärenz

Answer 3

• gleiche Frequenz

- gerichtet (gleiche Ausbreitungsrichtung)

Question 4

Was bedeutet minimale Divergenz

Answer 4

Die Divergenz ist ein Maß für die Strahlaufweitung und gibt somit die
Abweichung von der (idealisierten) parallelen Strahlausbreitung an

Question 5

Nenne die drei wesentlichen Bestandteile einer Laserstrahlquelle, erläutern Sie kurz deren Funktion.

Answer 5

> Pumpquelle: Die Pumpquelle regt das laseraktive Medium an. Als Pumpquelle werden
beispielsweise Blitzlampen oder Dioden eingesetzt.

> Laseraktive Medium: Das angeregte, laseraktive Medium emittiert monochromatische
Laserstrahlung.

> Resonator: Der Resonator ist ein Spiegelsystem, das aus einem total reflektierenden
und einem teildurchlässigen Spiegel (an der Strahlaustrittseite) besteht. Das
Spiegelsystem verstärkt die Energie der Laserstrahlung durch interne
Reflektion und induzierte Strahlungsemission.

Question 6

Definiere den Begriff Strahlkaustik:

Answer 6

Synonym für die Laserstrahlgeometrie. Die Strahlkaustik beschreibt
die Intensitätsverteilung in und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
des Laserstrahls

Question 7

Nenne die wesentlichen Größen zur Charakterisierung der Strahlkaustik

Answer 7

• Strahltaillenradius
• Rayleigh-Länge
• Fernfeld Divergenz
• Strahlparameterprodukt

Question 8

Sie wollen mit einer gepulsten Laserstrahlquelle sowohl Laserstrahlstrukturieren als
auch Laserstrahlbohren. Welche zusätzlichen Systemkomponenten benötigen Sie?

Answer 8

 Strahlaufweiter mit integrierter Fokussiereinheit
 Laserscanner
– Galvo-Antriebe
– Spiegel
 Fokussieroptik
 Steuereinheit

Question 9

Welche Verfahrensvarianten gibt es beim Laserstrahlbohren? Nennen Sie
diese und beschreiben Sie die Verfahren kurz.

Answer 9

> Einzelpulsbohren
 Ein einziger Laserpuls schmilzt und verdampft den Werkstoff, so dass ins Werkstück gebohrt wird

> Perkussionsbohren
 Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff, so dass tief ins Werkstück
gebohrt wird

> Trepanierbohren
 Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff, so dass ein »Startloch« ins
Werkstück gebohrt wird
 Der Laserstrahl wird auf einer vom Startloch ausgehenden Spirale geführt und weitet das Startloch
auf; die Fokuslage bleibt konstant!

> Wendelbohren
 Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff
 Der Laserstrahl wird von der Startposition aus auf einer Kreisbahn geführt
 Dabei wird jedoch die Fokuslage des Strahls ständig nachgeführt  »Wendeltreppe«

Question 10

Nenne die zwei thermischen Verfahren um die

Werkstoffeigenschaften oberflächennah zu verändern.

Answer 10

Laserlegieren

Laserdispergieren

Question 11

Beschreibe Laserlegieren

Answer 11

 Absorption der Laserstrahlung, Umwandlung
der Laserenergie in Wärme, Schmelzen des
Werkstoffs, Entstehung eines Schmelzbads
 Einbringung des pulverförmigen
Zusatzwerkstoffs ins Schmelzbad
 Schmelzen des Zusatzwerkstoffs,
Durchmischung von geschmolzenem
Zusatzwerkstoff und geschmolzenem
Grundwerkstoff durch Konvektionsströmung
und Diffusionsvorgänge
 Durch schnelle Wärmeleitung ins
Werkstückinnere kühlt die Schmelzzone sehr
schnell ab und verfestigt
 »Selbstabschreckung«

Question 12

Beschreibe Laserdispergieren

Answer 12

 Absorption der Laserstrahlung, Umwandlung
der Laserenergie in Wärme, Schmelzen des
Werkstoffs, Entstehung eines Schmelzbads
 Einbringung des pulverförmigen
Zusatzwerkstoffs ins Schmelzbad
 Kein Schmelzen des Zusatzwerkstoffs,
Durchmischung von festem Zusatzwerkstoff
und geschmolzenem Grundwerkstoff durch
Konvektionsströmung
 Durch schnelle Wärmeleitung ins
Werkstückinnere kühlt die Schmelzzone sehr
schnell ab und verfestigt
 »Selbstabschreckung«
 Zusatzwerkstoff liegt in Form von
Einlagerungen in der wiedererstarrten Zone vor

Question 13

Nennen Sie zudem einige Zusatzwerkstoffe, die beim Laserlegieren bzw.
Laserdispergieren eingesetzt werden.

Answer 13

 Zusatzwerkstoffe beim Laserlegieren:
– Reinelemente (Cr, W, Mo, V, Mn)
– Karbide (WC-Co, WC-Co-Cr)

 Zusatzwerkstoffe beim Laserdispergieren:
– Karbide (SiC, TaC, TiC, VC, WC)

Question 14

Welche Verbesserungen der

Randschichteigenschaften stellt durch die beiden LOB-Verfahren ein?

Answer 14

-Steigerung der Verschleißfestigkeit

-verringert die Adhäsions- und
Abrasionsneigung