[Zurück]

O. Zhuravlov:
"Aufbau und Tests eines spektroskopischen Messsystems bei der Lasermaterialbearbeitung";
Betreuer/in(nen): G. Liedl, G. Humenberger; Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik, 2017; Abschlussprüfung: 25.01.2017.

Ziel dieser Masterarbeit ist es, zeitdiskrete spektroskopische Aufnahmen eines laserinduzierten Plasmas während eines Laserschweißprozesses aufzunehmen und wichtige plasmaphysikalische Kenngrößen, wie zum Beispiel die Elektronentemperatur, auszuwerten, um daraus Aussagen über die Qualität der Schweißnaht machen zu können. Zuerst wird generell über das Laserschweißen diskutiert- über grundlegende Unterschiede zwischen Wärmeleitungs- und Tiefenschweißen, entstehende Nathformen, sowie energetische Betrachtungen des Laserschweißprozesses. Weiter werden die Wechselwirkungsmechanismen der Laserstrahlung mit der Materie, sowie die Plasmaausbildung bei CO2- und Nd:YAG- Laserschweißprozessen erklärt. Darüber hinaus bietet diese Arbeit einen Einblick in die Porenbildungsmechanismen bei Schweißprozessen. Es ist somit von äußerster Wichtigkeit, die Schutzgasatomsphäre(Gasstrom, Art des Schutzgases) richtig anzupassen, um die optimale Qualität einer Schweißnaht zu erreichen. Weiter werden mathematische Beziehungen zu den wichtigsten plasmaphysikalischen Kenngrößen aufgestellt- der Elektronentemperatur, Ionendichte und Ionisationsgrad, Debye- Länge, Inverser Bremsstrahlung und Plasmafrequenz. Aufgrund des beträchtlichen Aufwandes jedoch wurde von diesen Größen nur die Elektronentemperatur für Schweißungen von Eisen(Baustahl), Aluminium und Titan ausgewertet. Anschließend wird die Qualität der durchgeführten Schweißungen diskutiert.

The aim of this Master Thesis is to record time-discrete spectra of a laser induced plasma plume during a laser welding process to evaluate important plasmaphysical characteristics (like the electron temperature) and thus to make possible to predict the welding quality out of the electron temperature charts. In the first part of this thesis, the laser welding process will be discussed in generaldifferences between heat conduction and deep welding, the developing shape forms as well as energetic observations of the laser welding process are the main points of this part. Further the interaction mechanisms between the laser radiation and matter, and also the plasma formation processes during welding with CO2 and Nd:YAGlasers will be discussed. Furthermore this thesis offers an insight into the pore formation mechanisms during the laser welding process. It is of the utmost importance to optimally adjust the gas shielding (e.g. the flow rate, kind of shielding gas) for ensuring an acceptable quality of the weld. Afterwards, mathematical relationships for the most important plasmaphysical characteristics, like the electron temperature of the plasma plume, the ion density, the ionisation degree, the Debye- Length, the Inverse Bremsstrahlung radiation coefficient and the plasma frequency will be presented. Due to a considerable effort of the calculation of these characteristics, only the electron temperature during welding of Steel, Aluminium and Titanium has been evaluated in this thesis. Finally, the results of the electron temperature will be discussed, whereby an attempt is being made to find out the quality of welds by interpreting the electron temperature charts.

laser material processing