Untersuchungen zum Laserstrahlschweißen mit Dynamischer Polarisation

Gräf, Stephan GND

In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss einer schnellen, räumlich und zeitlich definierten Änderung (bis in den kHz-Bereich) des Polarisationszustandes der CO2-Laserstrahlung („Dynamische Polarisation“ DP) auf die dynamischen Prozesse im Wechselwirkungsvolumen beim CO2-Laserstrahlschweißen untersucht. Die Umsetzung dieser Methode basiert auf einer speziellen Anordnung aus einem Interferenz-Laserstrahlungs-Modulator (ILM-H) und einer λ 2 -Einheit, die die Erzeugung eines Strahls mit konstanter Gesamtleistung aber zeitlich variablem Polarisationszustand ermöglicht. Am Beispiel exemplarischer Schweißversuche an den Materialien Ck45, St37 und 22MnB5 (USIBOR) sowie an St37 unter Anwendung von Kontrastwerkstoffen mit kontinuierlichen Leistungen bis etwa 3 kW wurden die zu erwartenden DP-Effekte experimentell untersucht und mittels modellhafter Annahmen und Abschätzungen qualitativ erläutert. Die dabei verwendete Anordnung des ILM-H in Doppeltransmission ist die Grundvoraussetzung für die DP, die mittels anderer Modulatortypen (z.B. elektro- und akustooptische Modulatoren) nicht realisierbar ist. Der ILM-H basiert auf bisherigen ILM-Modellen und wurde im Rahmen dieser Arbeit für Leistungen im Multi-kWBereich weiterentwickelt. Die Charakterisierung des experimentellen Verhaltens des ILM-H zeigt, dass die Strahlteilungsfunktion für kontinuierliche (cw) Leistungen bis 2 kWnahezu der Theorie des idealen Fabry-Pérot-Interferometers folgt. Die thermische Drift des ILM-H beträgt im untersuchten Leistungsbereich zwischen 600W und 1800W mit 0.8 μm lediglich einen kleinen Bruchteil der Laserwellenlänge von 10.6 μm. Aus diesen experimentellen Aussagen, insbesondere zur thermischen Stabilität, lässt sich ableiten, dass der ILM-H bis zu cw-Leistungen von etwa 4 kW problemlos eingesetzt werden kann.

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Gräf, Stephan: Untersuchungen zum Laserstrahlschweißen mit Dynamischer Polarisation. 2011.

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