Schmelzschweißen/Strahlschweißen

Question 1

Strahlschweißen –

Schweißnahtfehler

Answer 1

Kantenvorbereitung
Versatz der Fügeteile
Spaltweite
Fehlpositionierung

Question 2

Def Laser

Answer 2

ist die Abkürzung für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission).

Question 3

Laserlicht ist:

Answer 3

 monochromatisch (gleiche Wellenlänge)
 kohärent (gleiche Phasenlage)
 parallel (geringe Divergenz)

Question 4

Laserstrahlschweißen –
Das Prinzip eines Lasers

Prinzip der stimulierten Emission

Answer 4

 Anregung auf höheres Energieniveau durch Energiezufuhr von Außen
 Beim Auftreffen eines Photons erfolgt eine Abgabe der Anregungsenergie in Form von elektromagnetischer Strahlung mit einer charakteristischen Wellenlänge
 2 Photonen der selben Wellenlänge verlassen das System

Question 5

Eigenschaften des CO2-Lasers

Answer 5

 Laserleistung: bis 20 kW
 Wellenlänge: 10,6 µm
 Strahlqualität K: 0,2 - 0,9
 Strahlqualität SPP: 4 - 17 mm*mrad
 Wirkungsgrad: bis 15 %

Question 6

Eigenschaften des Nd:YAG Stablaser

Answer 6

Nd:YAG Stablaser -> Festkörperlaser
 Laserleistung: bis 6 kW
 Wellenlänge: 1064 nm
 SPP: 12 – 25 mm*mrad
 Wirkungsgrad: etwa 3–5 % bzw. 12 %

Question 7

Eigenschaften des Ytterbium Glasfaser-Laser

Answer 7

Faserlaser
 Laserleistung: bis 30 kW
 Wellenlänge: 1070 - 1080 nm
 Strahlqualität SPP: 2 – 12 mm*mrad
 Wirkungsgrad: max. 30%

Question 8

Eigenschaften des Scheibenlaser

Answer 8

Form des Festkörperlasers
 Laserleistung: bis 16 kW
 Wellenlänge: 1030 nm
 Strahlqualität SPP: 2 - 8 mm*mrad
 Wirkungsgrad: max. 30%

Vorteil dieser Form des Lasers ist die bessere Kühlung des Laserkristalls

Question 9

Eigenschaften des Diodenlaser

Answer 9

 Laserleistung: bis 25 kW
 Wellenlänge: 808 - 1040 nm
 Strahlqualität SPP: 5 – 100 mm*mrad
 Wirkungsgrad: max. 50%

Mechanische Robustheit, hoher Wirkungsgrad und geringe Abmessungen kennzeichnen die Halbleiteroder Diodenlaser

Question 10

Absorption - Abhängigkeit von:

Answer 10

 Intensität
 Wellenlänge
 Temperatur
 Werkstoff

Question 11

Laserstrahlschweißen –
Reflexion und Schweißtiefe in Abhängigkeit der Intensität

Wärmeleitungsschweißen [1]

Answer 11

 Intensität I < Ikrit
 Aufschmelzen von Material
 Absorption an fester oder flüssiger
Oberfläche, A < 30 %
 Bildung eines Schmelzbades mit geringer Einschweißtiefe

Question 12

Laserstrahlschweißen –
Reflexion und Schweißtiefe in Abhängigkeit der Intensität

Tiefschweißen [2]

Answer 12

 Intensität I ≥ Ikrit
 Verdampfen von Material
 Fast vollständige Energieeinkopplung durch Absorption im Dampf bzw. an der Schmelzfront, A > 90 %
 Bildung einer Dampfkapillaren mit hoher Einschweißtiefe

Question 13

Um welchen Faktor ist die Wellenlänge kleiner bei Festkörperlasern als bei CO2-Lasern?

Answer 13

Festkörperlaser (Stab-, Faser- und Scheibenlaser) sowie Diodenlaser besitzen eine um den Faktor
10 kleinere Wellenlänge als CO2-Laser.

Question 14

Von was hängt die Einschweißtiefe ab?

Answer 14

Laserleistung
Schweißgeschwindigkeit
Werkstoff
Resonatorbauart
Fokuslage
Optik

Question 15

Wie kann es zu Porenbildung kommen ?

Answer 15

hohe Abkühlgeschwindigkeit und die damit verbundene schlechte Entgasungsmöglichkeit der Schmelze

Question 16

Laserstrahlschweißen –
Vor- und Nachteile

Prozess

Answer 16

Vorteile

• hohe Leistungsdichte
• kleiner Strahldurchmesser
• hohe Schweißgeschwindigkeit
• berührungsloses Werkzeug
• Schweißen unter Atmosphäre möglich

Nachteile

• hohe Reflexion an Metallen
• begrenzte Einschweißtiefe ( 25 mm)

Question 17

Laserstrahlschweißen –
Vor- und Nachteile

Werkstück

Answer 17

Vorteile

• minimale thermische Belastung
• geringer Verzug
• Schweißen fertig bearbeiteter Teile möglich
• Schweißen an schwer zugänglichen Stellen
• unterschiedliche Werkstoffe schweißbar

Nachteile

• aufwendige Nahtvorbereitung
• exakte Positionierung notwendig
• Aufhärtungsgefahr
• Rissgefahr
• Al, Cu schwer schweißbar

Question 18

Laserstrahlschweißen –
Vor- und Nachteile

Anlage

Answer 18

Vorteile

• kurze Taktzeiten
• Mehrstationenbetrieb möglich
• Anlagenverfügbarkeit > 90%
• gut automatisierbar

Nachteile 
- aufwendige Strahlführung und -formung
- Leistungsverluste an optischen Elementen
- Schutz vor Laserstrahlung notwendig
- hohe Investitionskosten
- schlechter Wirkungsgrad
(CO 2 -Laser: < 20%, Nd:YAG: < 5%)

Question 19

Laserstrahlschweißen –

Einsatzgebiete in der Praxis

Answer 19

Luft- und Raumfahrtindustrie
Stahlverarbeitende Industrie
Elektronikindustrie
Anlagen- und Apparatebau
Medizintechnik
Automobilbau

Question 20

In welche Schutzklasse fällt das Schweißen?

Answer 20

Laser zum Schweißen fallen aufgrund ihrer Ausgangsleistung Grundsätzlich in die Schutzklasse 4

Question 21

Elektronenstrahlschweißen –
Erzeugung eines Elektronenstrahls

Nenne die drei Schritte

Answer 21

1. Heizen der Wolframkathode
   durch Widerstandserwärmung
2. Anlegen der Beschleunigungsspannung zwischen Kathode und Anode und der Steuerspannung zwischen Kathode und Steuerelektrode
3. Erzeugung des Elektronenstrahls durch Reduzierung der Steuerspannung

–> Der Elektronenstrahl wird bis auf 2/3
der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt

Question 22

Elektronenstrahlschweißen – Vorteilhafte Anwendungen

Answer 22

• Schweißen oxidschichtbehafteter Werkstoffe (Mg, Al)
• qualitativ hochwertige Schweißverbindungen
• hohe Schweißnaht Reproduzierbarkeit
• Werkstoffkombinationen
• Dickblechapplikationen
• Schweißen reaktiver Werkstoffe

Question 23

Elektronenstrahlschweißen –
Nutzung der schnellen Strahlablenkung

Nenne die Vorteile

Answer 23

• 5 parallele Nähte mit unterschiedlicher Leistung
• Verzugsminimierung
• Artfremde Werkstoffkombinationen

Question 24

Elektronenstrahlschweißen –
Einsatzgebiete des Elektronenstrahlschweißens

Industriezweige

Answer 24

 Automobilbau
 Luft- und Raumfahrt
 Maschinenbau
 Werkzeugbau
 Nukleartechnik
 Kraftwerksbau
 Feinwerktechnik und Elektroindustrie
 Lohnschweißunternehmen (job shop)

Question 25

Elektronenstrahlschweißen –
Einsatzgebiete des Elektronenstrahlschweißens

Werkstoffe

Answer 25

 nahezu alle Stähle
 Aluminium und
Aluminiumlegierungen
 Magnesiumlegierungen
 Kupfer und Kupferlegierungen
 Titan
 Wolfram
 Gold
 Werkstoffkombinationen
 (z.B. Cu - Stahl, Bronze - Stahl)
 elektrisch leitfähige Keramiken

Question 26

Elektronenstrahlschweißen –
Arbeitsschutz

Schutz vor Röntgenstrahlung

Answer 26

• Benennung von Strahlenschutzbeauftragten
• Auskleiden mit Blei (–> Gelten dann als Vollschutzgeräte)

–> Keine über die in einer Arbeitsumgebung üblichen Maßnahmen hinausgehenden Schutzmaßnahmen erforderlich