Neue Prozessicherheit durch Vorpulslaser

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LASAG AG

Dieses Konzept ermöglicht, die Absorption der Laserstrahlung an der Oberfläche der zu schweissenden Fügepartner vor Einsetzen der Materialschmelze erheblich zu steigern und eine effektive Einkopplung der Schweisslaserstrahlung zu ermöglichen. Die eigentliche, energiereiche Schweisslaserstrahlung kann durch etablierte und in einem grossen Leistungsbereich verfügbare IR-Strahlquellen geliefert und durch Variation von Pulsdauer und Pulsleistung wohl dosiert eingebracht werden.

Zuverlässige Schweissung und gleichmässiges Schweissbild

Das kompakte Vorpulsmodul (Abb. 3) basiert auf einem endgepumpten, passiv gütegeschalteter Festkörperlaser mit anschliessender Frequenzkonversion. Der verwendete Nd:Ylf-Laserkristall wird mit einer gepulst betriebenen, fasergekoppelten Laserdiode angeregt. Durch die Faserkopplung wird ein kompakter Aufbau und somit eine vereinfachte Integration des Lasermoduls ermöglicht.

Mit einer Pulsdauer von einigen Nanosekunden und einer Pulsenergie von bis zu 5 mJ im infraroten Wellenlängenbereich, ist die nachfolgende Frequenzkonversion äusserst effizient realisiert. Der erste OEM-Prototyp dieses Lasers wurde mit einem quasi monolithischen, robusten mechanischen Design aufgebaut und wird derzeit in verschiedenen Anlagen getestet.

Schweisslaser von Lasag

Für die experimentelle Untersuchung zum Kupferschweissen wurde das entwickelte Vorpulsmodul mit einem typischen Schweisslaser (Lasag SLS CL16) kombiniert (kann auch mit anderen Schweisslaser durchgeführt werden). Die räumliche Überlagerung der beiden Laser wurde über zwei dichroitische Spiegel realisiert und ermöglicht so die koaxiale Anordnung der beiden Laserstrahlachsen und der Beobachtungsachse einer Kamera (Abb.3).

Zunächst wurden mit dem dargestellten Versuchsaufbau Schweissversuche mit und ohne Vorpuls durchgeführt. Als Versuchsmaterial wurde Kupfer-Bandmaterial (E-Cu) der Dicke 80 µm und der Breite 2 mm verwendet. Bereits während der ersten Experimente wurde deutlich, dass die bekannten Probleme beim konventionellen Laserschweissen von Kupfer mit IR-Strahlung allein durch den Vorpuls drastisch reduziert werden. In Abbildung 4 sind Schweisspunkte dargestellt, die ohne und mit Vorpuls und bei ansonsten gleich bleibenden Versuchsparametern erzeugt wurden [4,5]. Deutlich zu erkennen ist, dass ohne Vorpuls nur jeder zweite Versuch zu einer Schweissung führt und dass die Schweissungen zudem sehr unregelmässig ausfallen. Die Ergebnisse mit Vorplus zeigen hingegen eine zuverlässige Schweissung und ein gleichmässiges Schweissbild (200 Wiederholungen).

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