Partikel- und gasförmige Emissionen bei der Materialbearbeitung mit gepulsten Nd:YAG-Lasern:
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| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Partikel- und gasförmige Emissionen bei der Materialbearbeitung mit gepulsten ND:YAG-Lasern
Autor: Engel, Kai-Detlef
Jahr: 1995
GLIEDERUNG DER ARBEIT V Gliederung der Arbeit Abkürzungen und Formelzeichen Abstract Seite vm xra 1 . Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2. Grundlagen 3 2.1. Aerosole 3 2.1.1. Brownsche Bewegung und Diffusion 4 2.1.2. Adhäsion an Wänden 5 2.1.3. Koagulation 5 2.1.4. Sedimentation 7 2.2. Gepulste Nd:YAG-Festkörperiaser 8 2.2.1. Entwicklungsstand und Tendenzen 8 2.2.2. Strahlerzeugung und Konzepte zur Leistungssteigerung 9 2.2.3. Strahlführung und -formung 11 2.2.4. Absorption 12 2.2.5. Bearbeitungsverfahren 13 2.2.5.1. Sehneiden 14 2.2.5.2. Beschriften 15 2.2.5.3. Schweißen 18 2.2.S.4. Einflußgrößen auf die Prozeßprodukte und das Bearbeitungsergebnis 20 3. Stand der Wissenschaft und Technik 21 3.1. Rahmenbedingungen für die Bestimmung von Prozeßprodukten 21 3.2. Probenahmeverfahren 23 3.3. Partikel- und gasförmige Emissionen bei der Laserstrahlbearbeitung 26 3.3.1. Trennen 28 3.3.2. Schweißen 31 3.3.3. Zusammenfassung 31 4. Versuchstechnik 33 4.1. Versuchsaufbau 34 4.1.1. Strahlquellen 34 4.1.2. Probenahmeverfahren 35
.GLIEDERUNG DER ARBEIT VI. 4.1.2.1. Meßstrccke zur isokinetischen Probenahme 35 4.1.2.2. Meßkammer zur Probenahme 36 4.1.3. Modellvorstellung der Meßkammer 39 4.2. Versuchsdurchführung 42 4.2.1. Erfassung partikelförmiger Emissionen 42 4.2.1.1. Ermittlung des Gesamtstaubgehalts 42 4.2.1.2. Bestimmung der Partikelgrößenverteilung 43 4.2.2. Erfassung gasförmiger Emissionen 43 4.2.3. Kalibrierung der Probenahmeverfahren 45 4.2.3.1. Leerlaufversuche 45 4.2.3.2. Strömungsprofil in der Meßstrecke 46 4.2.3.3. Ermittlung der Erfassungsgrade für Partikel 47 4.2.3.4. Ermittlung der Eifassungsgrade für Gase 48 4.2.4. Versuchsumfang 50 4.2.4.1. Emissionsmessungen beim Trennen 50 4.2.4.2. Emissionsmessungen beim Bahnschweißen 51 4.2.4.3. Emissionsmessungen beim Beschriften 51 4.3. Auswertung 52 4.3.1. Meßergebnisse und Fehlerrechnung 52 4.3.2. Bestimmung der Bezugsgröße absorbierte Intensität 54 4.3.2.1. Schneiden 54 4.3.2.2. Fügen 58 4.3.2.3. Beschriften 58 5. Ergebnisdarstellung und -diskussion 59 5.1 Modellbildung des Emissionsentstehungsprozesses 59 5.1.1. Verdampfungsprozess und Partikelbildung 63 5.1.2. Thermodynamische Betrachtung der Partikelevolution 65 5.1.3. Berechnung der Verdampfungsrate 67 5.2. Emissionen beim Schneiden und Fügen metallischer Werkstoffe 71 5.2.1. Mengen aerosolförmiger Partikelemissionen 72 5.2.1.1. Einfluß der absorbierten Intensität 72 5.2.1.2. Einfluß des Bearbeitungswirkungsgrades 75 5.2.1.3. Korrelation zwischen den Emissionsmengen und der Modellrechnung 77 5.2.2. Partikelgrößenverteilung 79 5.2.2.1. Werkstoffeinfluß 79 5.2.2.2. Einfluß der Intensität 81 5.2.3. Chemische Zusammensetzung der Prozeßprodukte 84
ABKÜRZUNGEN UND FORMELZEICHEN VII 5.2.4. Gasförmige Emissionen 88 5.2.5. Vergleich mit dem CC 2 -Laserstrahlschneiden 91 5.3. Beschriften organischer Werkstoffe 93 5.3.1. Vergleich der charakteristischen Bearbeitungsverfahren 93 5.3.1.1. Mengen aerosolförmiger Partikelemissionen 93 5.3.1.2. Qualifizierte gasförmige Emissionen 95 5.3.1.3. Quantifizierte gasförmige Emissionen 96 5.3.1.4. Einfluß des Beschriftungsverfahrens 99 5.3.2. Einfluß der Intensität 99 5.3.2.1. Aerosol förmige Partikelemissionen 100 5.3.2.2. Größenverteilung der aerosolförmigen Partikel 101 5.3.2.3. Gasförmige Emissionen 102 5.3.3. Vergleich mit dem C02-Laserstrahlschneiden 103 6. Bedeutung für die Praxis 107 6.1. Vergleich der Probenahmeverfahren 108 6.2. Bewertung der Emissionsmengen 109 6.2.1. Wirkung auftretender Einzelkomponenten 109 6.2.2. Relativer Verfahrensvergleich 110 6.2.3. Vergleich mit anderen thermischen Trenn- und Fiigeverfahren 111 6.3. Umweltverträglichkeit 113 7. Ausblick 114 8. Zusammenfassung 118 9. Literatur 120 Anhang: Algorithmen zur Quantifizierung der Emissionsmengen 132
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