Beschreibung des Nd:Yag-Laserstrahlschweißprozesses von Magnesiumdruckguss:
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München
Utz
2001
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINLEITUNG.
1
1.1
MOTIVATION
.
1
1.2
PROBLEMSTELLUNG
.
3
1.3
ZIELSETZUNG
.
5
1.4
VORGEHENSWEISE
.
6
2
GRUNDLAGEN
UND
DEFINITIONEN
.9
2.1
WERKSTOFF
MAGNESIUM
.
9
2.1.1
EINSATZ
UND
VERBRAUCH
VON
MAGNESIUM
.
9
2.1.2
GEWINNUNG
UND
HERSTELLUNG
VON
MAGNESIUM
.
11
2.1.3
EIGENSCHAFTEN
VON
MAGNESIUM
.
12
2.1.4
MAGNESIUMLEGIERUNGEN
.
14
2.1.4.1
WIRKUNG
DER
LEGIERUNGSELEMENTE
.
14
2.1.4.2
BEZEICHNUNGEN
.
15
2.1.5
EIGENSCHAFTEN
DER
MAGNESIUMLEGIERUNGEN
.
16
2.1.5.1
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
DER
AZ-LEGIERUNGEN
.
17
2.1.5.2
MECHANISCHE
EIGENSCHAFTEN
DER
AM-LEGIERUNGEN
.
19
2.1.5.3
METALLURGISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
20
2.1.5.4
THERMOPHYSIKALISCHE
EIGENSCHAFTEN
.
22
2.1.6
MAGNESIUMDRUCKGUSS
.
23
2.1.6.1
VERFAHRENSBESCHREIBUNG
.
23
2.1.6.2
EIGENSCHAFTEN
DRUCKGEGOSSENER
BAUTEILE
.
26
INHALTSVERZEICHNIS
2.1.7
SICHERHEITSASPEKTE
BEIM
UMGANG
MIT
MAGNESIUM
.
26
2.1.8
ZUSAMMENFASSUNG
.
28
2.2
LASER.
29
2.2.1
LASER
IN
DER
MATERIALBEARBEITUNG
.
30
2.2.2
AUFBAU
EINER
LASERANLAGE
.
31
2.2.3
LASERSTRAHLQUELLEN
.
32
2.2.3.1
CO2-LASER.
32
2.2.3.2
ND:YAG-LASER
.
33
2.2.4
LASERSTRAHLSCHWEISSEN
.
35
2.2.4.1
VORTEILE
UND
POTENTIALE
DES
LASERSTRAHLSCHWEISSENS
.
35
2.2.4.2
LASERGERECHTE
NAHTFORMEN
.36
2.2.4.3
WAERMELEITUNGSSCHWEISSEN
.
3
7
2.2.4.4
TIEFSCHWEISSEN
.
38
2.2.4.5
PROBLEME
BEIM
LASERSTRAHLSCHWEISSEN
.39
2.2.4.6 EINSTELLPARAMETER
BEIM
LASERSTRAHLSCHWEISSPROZESS.
40
2.2.4.7
ABLEITUNG
WICHTIGER
EINSTELLPARAMETER
BEIM
LASERSTRAHLSCHWEISSEN
.
41
2.2.4.8
ABLEITUNG
WICHTIGER
ZIELGROESSEN
BEIM
LASERSTRAHLSCHWEISSEN
.
43
2.3
STATISTISCHE
VERSUCHSMETHODIK
(SVM)
.
44
2.3.1
ZIEL
DER
SVM
.
44
2.3.2
PLANUNG.
46
2.3.3
DURCHFUEHRUNG
.
50
2.3.4
ANALYSE
.
52
II
2.4
ZUSAMMENFASSUNG
.
56
3
STAND
DER
TECHNIK
UND
FORSCHUNG.
57
3.1
ANFORDERUNGEN
AN
DAS
PROZESSWISSEN
FUER
DEN
EINSATZ
IN
DER
PRODUKTION
.
57
3.2
SCHWEISSVERFAHREN
FUER
MAGNESIUM
.
60
3.2.1
KONVENTIONELLE
SCHWEISSVERFAHREN
(MIG/WIG/PLASMA)
.
60
3.2.2
ELEKTRONENSTRAHLSCHWEISSEN
.
63
3.2.3
PRESSSTUMPFSCHWEISSEN
.
64
3.3
LASERSTRAHLSCHWEISSEN
VON
MAGNESIUM
.
65
3.3.1
STRAHL-STOFF-WECHSELWIRKUNG
.
66
3.3.2
EINFLUSS
DES
SCHUTZGASES
.
67
3.3.2.1
EINFLUSS
DER
GASART
.
67
3.3.2.2
EINFLUSS
VON
ZUFUEHRRICHTUNG
UND
GASMENGE
.
68
3.3.3
METALLURGIE,
NAHTGEOMETRIE
.
69
3.3.4
KORROSIONSVERHALTEN
.
71
3.3.5
MECHANISCH-TECHNOLOGISCHE
ERKENNTNISSE.
73
3.3.5.1
STATISCHE
KENNWERTE
.
73
3.3.5.2
HAERTE
.
74
3.3.5.3
DYNAMISCHES
VERHALTEN
.
75
3.3.5.4
EINFLUSS
DER
RAUMLAGEN
.
76
3.3.5.5
EINFLUSS
VON
TOLERANZEN
.
76
3.3.5.6
EINFLUSS
DER
BAUTEILVORBEREITUNG
UND
VON
VERUNREINIGUNGEN
.
77
3.4
ZUSAMMENFASSUNG
UND
ABLEITUNG
DES
HANDLUNGSBEDARFS
.78
IM
INHALTSVERZEICHNIS
4
EINGESETZTE
VERSUCHS
UND
PRUEFTECHNIK.
81
4.1
BESCHREIBUNG
DER
AUFGESTELLTEN
VERSUCHSPLAENE
.
81
4.1.1
ERMITTLUNG
DES
GRUNDLEGENDEN
PROZESSVERHALTENS
.
81
4.1.2
ERMITTLUNG
DES
EINFLUSSES
PRODUKTIONSTYPISCHER
RANDBEDINGUNGEN
.
85
4.2
VERSUCHSWERKSTOFFE
UND
PROZESSGAS
.
87
4.3
BESCHREIBUNG
DER
VERWENDETEN
LASERSCHWEISSANLAGE
.
88
4.3.1
LASERGERAET
UND
STRAHLFUEHRUNG
.
88
4.3.2
BEARBEITUNGSOPTIK
.
90
4.3.3
HANDHABUNGSGERAET
.
91
4.4
VERSUCHSAUSWERTUNG
.
91
5
ND:YAG-LASERSTRAHLSCHWEISSPROZESS
VON
MAGNESIUMDRUCKGUSS.
93
5.1
GRUNDLEGENDES
PROZESSVERHALTEN
.
94
5.1.1
EINFLUSS
DER
LASERLEISTUNG
.
94
5.1.1.1
NAHTGEOMETRIE
.
94
5.1.1.2
STATISCHE
FESTIGKEITSPARAMETER
.
97
5.1.2
EINFLUSS
DER
SCHWEISSGESCHWINDIGKEIT
.
100
5.1.2.1
NAHTGEOMETRIE
.100
5.1.2.2
STATISCHE
FESTIGKEITSPARAMETER
.
102
5.1.3
EINFLUSS
DER
FOKUSLAGE
.
104
5.1.3.1
NAHTGEOMETRIE
.
104
5.1.3.2
STATISCHE
FESTIGKEITSPARAMETER
.
107
5.1.4
ZUSAMMENFASSUNG
.
108
IV
5.2
FERTIGUNGSTECHNISCHE
EINFLUESSE
.
109
5.2.1
EINFLUSS
DES
EINSTRAHLWINKELS
.
109
5.2.1.1
WINKEL
A
.
109
5.2.1.2
WINKEL
SS
.
112
5.2.2
EINFLUSS
DER
LATERALEN
FOKUSPOSITION
.
113
5.2.3
EINFLUSS
EINES
FUEGESPALTS
.
114
5.3
WECHSELWIRKUNGEN
DER
EINFLUSSPARAMETER
.
117
5.3.1
WECHSELWIRKUNG
ZWISCHEN
LASERLEISTUNG,
GESCHWINDIGKEIT
UND
FOKUSLAGE.
118
5.3.2
WECHSELWIRKUNG
ZWISCHEN
EINSTRAHLWINKEL
UND
LASERLEISTUNG,
GESCHWINDIGKEIT
UND
FOKUSLAGE.
119
5.3.3
WECHSELWIRKUNG
ZWISCHEN
LATERALER
FOKUSPOSITION
UND
LASERLEISTUNG,
GESCHWINDIGKEIT
UND
FOKUSLAGE
.
122
5.3.4
WECHSELWIRKUNG
ZWISCHEN
SPALTBREITE
UND
LASERLEISTUNG,
GESCHWINDIGKEIT
UND
FOKUSLAGE.
123
5.3.5
WECHSELWIRKUNG
ZWISCHEN
LATERALER
FOKUSPOSITION,
EINSTRAHLWINKEL
UND
SPALTBREITE
.
125
5.3.6
ERKENNTNISSE
.
127
5.4
ZUSAMMENFASSUNG
.130
6
BEURTEILUNG
DES
PROZESSVERHAITENS
131
6.1
DEFINITION
DES
BEGRIFFES
YYPROZESSFENSTER"
.
131
6.2
VORGEHENSWEISE
ZUR
ERMITTLUNG
DER
PROZESSFENSTERBREITE
.
136
6.3
BEURTEILUNG
DES
ND:YAG-LASERSTRAHLSCHWEISSENS
VON
MAGNESIUM
.
137
6.4
ZUSAMMENFASSUNG
.140
V
INHALTSVERZEICHNIS
7
GESTALTUNG
VON
PROZESS
UND
PRODUKT
.
141
7.1
SCHWEISSBARKEIT
VERSCHIEDENER
NAHTFORMEN
.
141
7.2
VERBINDUNG
UNTERSCHIEDLICHER
LEGIERUNGEN
.
142
7.3
PROZESSGESTALTUNG
.
143
7.3.1
HEFTEN
.
143
7.3.2
SCHWEISSEN
IN
NAHTUEBERLAPPUNGSBEREICHEN
.
143
7.3.3
TOLERANZANFORDERUNGEN
.
143
7.3.3.1
SPALTBREITE
.
143
7.3.3.2
KANTENVERSATZ
.
145
73.3.3
KANTENVORBEREITUNG
.
145
7.3.3.4
POSITIONIERUNG
DES
LASERFOKUS
.
145
73.3.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
146
7.4
PRODUKTGESTALTUNG
.
147
7.4.1
GESTALTUNG
UND
LAGE
DER
FUEGEZONE
.
147
7.4.2
BAUTEILVOR
UND
-NACHBEHANDLUNG
.
151
7.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
152
8
ANWENDUNGSBEISPIELE
.
153
8.1
DICHTSCHWEISSEN
VON
GEHAEUSEN
.
153
8.2
EINSCHWEISSEN
EINES
HALTERS
IN
EIN
GRUNDBAUTEIL
.
160
9
BEWERTUNG
.
163
10
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
165
11
LITERATURVERZEICHNIS.
169
VI |
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