VL 7 - Übung

Question 1

Welche Einteilungsmöglichkeiten für Verbindungselemente kennen Sie?

Answer 1

- Lösbar:
Die Verbindung kann jederzeit gelöst werden,
- Unlösbar:
Nur mit Schäden oder Zerstörung der Bauteile verbunden
- Formschlüssige Verbindungen:
Bsp. Nieten
- Kraftschlüssige Verbindungskräfte:
Bsp. Schraubenverbindungen,
- Stoffschlüssige Verbindungen:
Bsp. Schweißen, Löte.

Question 2

Welche drei laserbasierten Fügeverfahren kennen Sie?

+ drei Merkmale.

Answer 2

Laserstrahllöten:

• Fügepartner durch Lot verbunden,
• Solidustemperatur der Grundwerkstoffe wird nicht erreicht,
• Bearbeitung von zeitlich und räumlich begrenzten Lötstelle.

Laserstrahlbonden:
- Schmelzefreies Festkörperfügeverfahren,
- Bildung chemischer Verbindungen an der Fügestelle,
- Eignet sich besonders Mikrosysteme mit beweglichen Strukturen
und thermisch empfindlichen Komponente.

Laserstrahlschweißen:

• Schmale Nahtformen,
• Geringer thermischer Verzug,
• In der Regel ohne Schweißzusatz.

Question 3

Vorteile von Löten mit Laserstrahlung?

Answer 3

• Lokale Wärmeeinbringung,
• Sehr geringe thermische Belastung der Bauteile,
• Geringe Streckenergie,
• Gute Zugänglichkeit und Automatisierbarkeit,
• Berührungslose Energieübertragung,
• Hohe Prozesssicherheit.

Question 4

Vorteile von Bonden mit Laserstrahlung?

Answer 4

• Prozessüberwachung mit Hilfe pyrometrischer Sensorik,
• Thermische Regelung,
• Örtliche Leistungsmodulation,
• Verschiedene Geometrien leichter umsetzbar,
• Hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse.

Question 5

Welche 4 Verfahrensvarianten werden beim Laserstrahl-Schweißen von Metallen
unterschieden?

Answer 5

Stehender Strahl:

• Punktschweißen,
• Simultanschweißen,

Bewegter Strahl:

• Punktnahtschweißen,
• cw-Schweißen SHADOW.

Question 6

In Abhängigkeit der Intensität werden zwei verschiedene Verfahrensausprägungen
unterschieden. Nennen Sie jeweils drei Merkmale

Answer 6

Wärmeleitungsschweißen:

• Strahlintensität < werkstoffspez. Schwellintensität,
• Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs begrenzt die maximale Nahttiefe,
• Hohe Streckenenergie.

Tiefschweißen:

• Strahlintensität > werkstoffspez. Schwellintensität,
• Bildung einer Dampfkapillare,
• Geringe Streckenenergie

Question 7

Aus welchen Teilprozessen besteht der Gesamtprozess des Tiefschweißens im Einzelnen?

Answer 7

• Absorption der Laserstrahlung,
• Wärmeleitung im Werkstück,
• Hydrodynamik in der Schmelze:
  
  • > Oberflächenspannung ist temperatur- und konzentrationsabhängig,
  • > Durch den Gradienten werden Scherkräfte induziert,
• Verdampfung von der Kapillaroberfläche:
  -> Erreichen der Verdampfungstemperatur und Bildung einer Dampfkapillare
  (Bohreffekt),
  -> Zerstörung von Mikrobauteilen,
• Gasdynamik in der Kapillare

Question 8

Wie ändert sich der Schweißprozess bei Werkstoffen mit großer Temperaturleitfähigkeit?

Answer 8

• Große Temperaturleitfähigkeit führt zu einem größeren Sprung der Schweißtiefe beim
  Übergang vom Wärmeleitungsschweißen zum Tiefschweißen,
• Ausreichender Wärmestau zum Erreichen der erforderlichen Schmelztemperatur nur über
  hohe Energiedichten,
• Temperaturgradient über große Bereiche + großer Wärmeausdehnungskoeffizient

Question 9

Wie ändert sich der Schweißprozess bei dünnen Blechen?

Answer 9

• Geringere Temperaturgradienten in z-Richtung:
  
  • > Vergrößertes aufgeschmolzenes Volumen,
  • > Weniger Intensität zum Tiefschweißen nötig,
• Temperaturgradient im Nachlauf der Naht kleiner:
  
  • > Schweißnaht kühlt langsamer ab; Schmelzbäder sind größer,
• Kleinere Prozessfenster:
  
  • > Gefahr von Überhitzung mit Schmelzaustrieb.

Merke: Je dünner der Werkstoff, desto kleiner der Strahldurchmesser und umso größer die
Vorschubgeschwindigkeit

Question 10

Welche Ursachen führen zu einer Schmelzbadbewegung?

Answer 10

• Temperaturgradienten,
• Dichtegradienten,
• Auftriebskräfte,
• Oberflächenspannungsgradiente.

Question 11

Was versteht man unter der Marangoni-Konvektion?

Answer 11

Die durch Oberflächenspannungsgradienten hervorgerufenen Schmelzbadströmungen
bezeichnet man als Marangoni-Konvektion.