Grundlagenuntersuchungen zur Erweiterung des Verständnisses eines 2-Strahl-Laserprozesses für metallische Werkstoffe

Steckbrief

Eckdaten

Laufzeit:
01.03.2018 bis 28.02.2021
Organisationseinheit:
Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren
Fördergeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Status:
Laufend

Forschungspartner

  • Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Kontakt

Name

Marius Gipperich

Telefon

work
0241 8904-415

E-Mail

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Laserstrahlung kommt schon seit vielen Jahren bei unterschiedlichsten Prozessen in der industriellen Fertigungstechnik zum Einsatz. Herkömmlicherweise wird je nach Verfahren entweder ein kontinuierlicher, continuous wave - cw, oder ein gepulster, pulsed wave - pw, Laser verwendet. Dem gegenüber steht das am WZL und Fraunhofer IPT für das flussmittelfreie Laserstrahlhartlöten von Aluminium entwickelte Zweistrahlverfahren, bei dem simultan ein cw- und ein pw-Laser eingesetzt werden. Aufgrund der natürlich vorhandenen Oxidschicht auf Aluminium stellt das Fügen von Aluminium und Aluminium-Stahl-Mischverbindungen eine besondere Herausforderung dar. Der zusätzlich zum eigentlichen, kontinuierlichen Prozesslaser eingesetzte Pulslaser ermöglicht im Zweistrahlprozess eine flussmittelfreie Entfernung der Oxidschicht und das Ausbilden einer Fügeverbindung.


Zwar konnten in vorangehenden Forschungsprojekten bereits wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Pulslaserwirkung erlangt und ein Prozessmodell entwickelt werden. In einigen Bereichen ist das physikalische Verständnis der wirkenden Mechanismen allerdings noch unvollständig.

Zum einen stellt sich die Frage, welche Wirkung das durch die pulslaserinduzierte Materialverdampfung entstehende Plasma auf die Absorption des kontinuierlichen Laserstrahls und somit auf die Werkstücktemperatur während des Prozesses hat. Zum anderen ist bisher nicht vollständig geklärt, ob nur die Entfernung der Oxidschicht oder auch die Topographieveränderung der Substratoberfläche durch die Pulslaserablation und die damit einhergehende veränderte Benetzung mit dem Lot für den Prozess maßgeblich ist. Eine dritte Fragestellung ergibt sich hinsichtlich der Druckwirkung des Plasmas auf die Schmelze und wie diese gezielt genutzt werden kann, um die Geometrie der Schweiß- oder Lötnaht zu beeinflussen. Dieser Aspekt ist zudem hinsichtlich der möglichen Anwendung des Zweistrahlprozesses als additives Fertigungsverfahren interessant.