Laser in der Fertigung: Grundlagen der Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren
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| New Title: | Hügel, Helmut Materialbearbeitung mit Laser |
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Wiesbaden
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2014
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IX
INHALT
1 EINFUEHRUNG: STRAHLWERKZEUG LASER 1
2 DAS WERKZEUG 8
2.1 AUSBREITUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON LASERSTRAHLEN 8
2.1.1 DIE ENERGIE DES ELEKTROMAGNETISCHEN FELDES 9
2.1.2 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN 10
2.1.3 DIE INTENSITAET ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN 14
2.1.4 DIE KOHAERENZ 15
2.1.5 PARAXIALE WELLEN 16
2.1.6 DURCHMESSER UND DIVERGENZ VON LASERSTRAHLEN 22
2.1.7 DIE BEUGUNGSMASSZAHL 24
2.1.8 BERECHNUNG DER STRAHLAUSBREITUNG MIT HILFE DER STRAHLMATRIZEN 27
2.1.9 DIE FOKUSSIERUNG VON LASERSTRAHLEN 34
2.1.10 LICHT IM ABSORBIERENDEN MEDIUM 40
2.1.11 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 2.1 42
2.2 ERZEUGUNG VON LASERSTRAHLUNG 43
2.2.1 DIE ENERGIEQUANTELUNG 43
2.2.2 DIE DISKRETEN ENERGIEZUSTAENDE ATOMARER SYSTEME 46
2.2.3 ABSORPTION UND EMISSION VON LICHT 48
2.2.4 ERZEUGUNG DER LASERAKTIVITAET 51
2.2.5 DER LASER-RESONATOR 58
2.2.6 BETRIEBSARTEN VON LASERN 60
2.2.7 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 2.2 61
2.3 STRAHLQUELLEN FUER DIE FERTIGUNG 62
2.3.1 FESTKOERPERLASER 62
2.3.2 GASLASER 77
2.3.3 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 2.3 84
2.4 SYSTEMTECHNIK 85
2.4.1 OPTISCHE KOMPONENTEN ZUR STRAHLFUHRUNG UND STRAHLFORMUNG 86
2.4.2 GASDYNAMISCHE KOMPONENTEN 106
2.4.3 BEARBEITUNGSSTATIONEN 112
2.4.4 LASERINTEGRATION IN WERKZEUGMASCHINEN 117
2.4.5 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 2.4 120
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3 GRUNDLAGEN DER WECHSELWIRKUNG LASERSTRAHL/WERKSTUECK 121
3.1 ENERGIEEINKOPPLUNG 122
3.1.1 ENERGIEBILANZ IN DER WECHSELWIRKUNGSZONE, WIRKUNGSGRADE 122
3.1.2 ENERGIEDEPOSITION IM WERKSTUECK 128
3.1.3 FRESNELABSORPTION 131
3.1.4 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 3.1 154
3.2 WAERMEWIRKUNGEN IM WERKSTUECK 155
3.2.1 WAERMELEITUNGSEFFEKTE 156
3.2.2 PHASENUEBERGAENGE 184
3.2.3 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 3.2 188
3.3 MODIFIKATION DES EINFALLENDEN LASERSTRAHLS 189
3.3.1 LASERINDUZIERTE PLASMEN 189
3.3.2 STREU- UND ABSORPTIONSVORGAENGE AN PARTIKELN 206
3.3.3 ABSORPTION AN MOLEKUELEN 211
3.3.4 ZUSAMMENFASSUNG VON ABSCHNITT 3.3 213
3.4 ABSCHAETZUNG ERZIELBARER PROZESSERGEBNISSE AUS DER ENERGIEBILANZ 214
4 SCHNEIDEN 218
4.1 VERFAHREN 219
4.2 ENERGIEBILANZ UND DARAUS ABLEITBARE PROZESSERGEBNISSE 222
4.2.1 ENERGIEEINKOPPLUNG DURCH FRESNELABSORPTION 223
4.2.2 ENERGIEZUFIIHR INFOLGE OXIDATION 224
4.2.3 VERLUSTLEISTUNG 227
4.2.4 EXPERIMENTELLE EVIDENZ 228
4.3 EINFLUSS DER LASERSTRAHLEIGENSCHAFTEN 233
4.3.1 LASERLEISTUNG 234
4.3.2 POLARISATION 235
4.3.3 WELLENLAENGE 237
4.3.4 STRAHLPARAMETERPRODUKT, FOKUSDURCHMESSER 239
4.3.5 FOKUSLAGE 240
4.4 SCHMELZEAUSTRIEB 240
4.4.1 SCHNEIDDUESEN UND CHARAKTERISTISCHE STROEMUNGSFELDER 240
4.4.2 GASSTROEMUNG IM SCHNITTSPALT UND SCHMELZESTROEMUNG 249
4.5 QUALITAETSASPEKTE 254
4.6 ZUSAMMENFASSUNG VON KAPITEL 4 258
XI
5 SCHWEISSEN 260
5.1 SCHWELLE: WAERMELEITUNGS- / TIEFSCHWEISSEN 260
5.2 VERFAHRENSPRINZIP 268
5.3 ENERGIEEINKOPPLUNG AN DER KAPILLARWAND 271
5.3.1 ENERGIEBILANZ 271
5.3.2 KAPILLARGEOMETRIE 271
5.3.3 FRESNELABSORPTION 273
5.3.4 MODIFIKATION DER ENERGIEEINKOPPLUNG DURCH PLASMA IN DER KAPILLARE
276
5.4 FLUIDMECHANISCHE EFFEKTE 278
5.4.1 AUSWIRKUNGEN GLEITENDER STUFEN AN DER KAPILLARFRONT 280
5.4.2 UMSTROEMUNG DER KAPILLARE 283
5.4.3 EFFEKTE DER OBERFLAECHENSPANNUNG 289
5.4.4 DAMPFSTROEMUNG IN DER KAPILLARE 295
5.5 EINFLUSS DER UMGEBUNGSATMOSPHAERE 298
5.5.1 METALLDAMPF- UND SCHUTZGASPLASMA 299
5.5.2 STREUUNG IN METALLDAMPFFACKEL
;
.
302
5.5.3 ZUSTAND DER SCHMELZEBADOBERFLAECHE 303
5.6 PROZESSERGEBNISSE 303
5.6.1 PROZESSWIRKUNGSGRAD UND ENERGIESPEZIFISCHES VOLUMEN 304
5.6.2 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE NAHTGEOMETRIE 308
5.7 PROZESSINSTABILITAETEN 313
5.7.1 KAPILLARINSTABILITAETEN: SPRITZER UND AUSWUERFE, PORENBILDUNG 314
5.7.2 SCHMELZEBADINSTABILITAETEN: HUMPING 318
5.8 MODIFIKATIONEN DES SCHWEISSPROZESSES 321
5.8.1 DOPPELFOKUSTECHNIK 322
5.8.2 ELEKTRPMAGNETISCHE VOLUMENKRAEFTE 325
5.9 ZUSAMMENFASSUNG VON KAPITEL 5 329
6 LASERSTRAHLVERFAHREN ZUR OBERFLAECHENMODIFIKATION 332
6.1 MARTENSITISCHES RANDSCHICHTHAERTEN 335
6.1.1 VERFAHRENSPRINZIP 336
6.1.2 ENERGIEEINKOPPLUNG UND WAERMELEITUNG 340
6.1.3 PROZESSERGEBNISSE 354
6.1.4 TEMPERATURGEREGELTES HAERTEN 359
6.2 BESCHICHTEN 362
XII
6.2.1 VERFAHRENSMERKMALE 362
6.2.2 ENERGIEEINKOPPLUNG 369
6.2.3 PROZESSEIGEBNISSE 376
6.2.4 EINFLUSS DER PROZESSPARAMETER AUF DIE SPURGEOMETRIE 378
6.2.5 PROZESSOPTIMIERUNGEN 382
6.3 ZUSAMMENFASSUNG VON KAPITEL 6 385
7 BOHREN UND ABTRAGEN 387
7.1 THERMISCHE ABLATION 389
7.1.1 GRUNDLEGENDE BETRACHTUNGEN 389
7.1.2 DEN ABTRAG MODIFIZIERENDE EINFLUESSE 402
7.2 BOHREN 408
7.2.1 EINZELPULSBOHREN 410
7.2.2 PERKUSSIONSBOHREN 417
7.2.3 TREPANIER- UND WENDELBOHREN 424
7.3 ABTRAGEN 426
7.3.1 MASKENABBILDUNGSVERFAHREN 427
7.3.2 SCHREIBENDE VERFAHREN 430
7.4 SPANENDES ABTRAGEN 434
7.5 ZUSAMMENFASSUNG VON KAPITEL 7 437
8 LITERATUR 439
9 SACHWORTVERZEICHNIS 466 |
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