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By Thomas Rudlaff

Derzeit werden zum Laserstrahlharten grosstenteils C0 -Laser im Multikilowattbereich 2 eingesetzt. Die Strahlformung geschieht in der Regel durch Anwendung von Integratoroptiken oder durch Defokussierung von Schneid- oder Schweissoptik: en. Sie ist damit im Vergleich mit den sonstigen Eigenschaften des Lasers, der als sehr flexibles Werkzeug gelten darf, relativ starr. Fur die Bearbeitung unterschiedlicher Bauteilgeometrien werden meist verschiedene Be arbeitungsoptik: en benotigt. Ein Wechsel der Bearbeitungsgeometrie wahrend des Prozesses ist deshalb oft nicht moglich. Die Bearbeitung geschieht in der Regel unter senkrechtem Einfall, wodurch die Anwendung von absorbierenden Schichten notig wird, die vor der Bearbeitung aufgebracht und meist auch danach wieder entfernt werden mussen. Diese Schichten verur sachen zusatzliche Arbeitsgange, die schwer zu automatisieren sind. Sie liefern allerdings hohe Absorptionswerte. Oft werden solche Schichten manuell auf die Werkstuckoberflache aufgebracht, wodurch eine gleichmassige Schichtdicke nur bedingt gewahrleistet werden kann. Dies fuhrt zu Unregelmassigkeiten in der Absorption und im Harteergebnis. Andere Storungen der Hartung entstehen durch Warmestaus bei Anderungen in der Werkstuckgeometrie wie z. B. bei Kanten, Materialstarkenanderungen und Durchbruchen. Bei solchen Gegebenheiten muss die Laserleistung im Prozess verandert werden, um eine Hartung ohne Ober: flachenanschmel zung zu gewahrleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Verfahren aufgezeigt und untersucht, mit denen die Moglichkeiten des Laserhartens besser ausgenutzt werden konnen bzw. das Laserharten als Verfahren flexibler und sicherer einsetzba

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Die Beschichtung mit Graphit und Lack erfolgte manuell, die Zinkphosphatschicht wurde durch eine vomergehende Wärmebehandlung erzeugt. Bei hohen Leistungen geht ein Teil der absorbierten Energie in Form von Wärmestrahlung und Beschichtungsahbrand wieder verloren und wird darum bei einem kalorimetrischen Meßverfahren nicht erfaßt. Das Meßverfahren berücksichtigt nur die im Material verbleibende .. -----~-----· ~--------------I---- 60 -~ -~-----1 40 20 0 0,05 ••• 10 W/mrr? 25 W/mm2 50 W/mrr? 0,10 0,50 1,00 s 5,00 \ Bild 30 Abhängigkeit des Einkoppelgrades aE von der Intensität und der Wechselwirkungszeit tL bei Graphitbeschichtung.

Dies ist besonders bei einem flexiblen Strahlformungssystem notwendig, da sich dort eine erhöhte Anzahl von Prozeßparametem ergibt. Bei komplexen Geometrien kann eine Aussage über die Machbarkeit einer Laserllärtung getroffen werden. Die erwarteten Vorteile der aufgeführten Maßnahmen zur Optimierung sind in Tabelle 6 aufgelistet. t Bild 26 Intensitätsverteilung für effizientes Laserhiirten (v=IOmmls, lOmmxlOmm Stroh/abmessung) [15]. 60 4 Möglichkeiten der Optimierung des Laserhärtens Maßnahme erwarteter Vorteil neue Laserstrahlquellen mit kürzeren WelJenlängen als C02-Laser - - Anwendung des "Brewster-Effektes" Entwicklung einer Temperaturregelung flexible Strahlformung zur schnellen Veränderung der Geometrie und Intensitätsverteilung des Brennfleckes Simulationsprogramm zur Laserhärtung - einfachere Strahlfiihrung (Glasfaser) einfachere Adaption an bereits vorhandene Anlagen (durch Glasfaser) Wegfall von Arbeitsschritten zur Erzeugung von Absorptionsschichten Wegfall von Arbeitsschritten zur Entfemung von Schichtüberresten Absorptionserhöhung - Wegfall von Arbeitsschritten zur Absorptionsschichterzeugung - Wegfall von Arbeitsschritten zur Entfemung von Schichtüberresten - Einhalten einer hohen Oberllächentemperatur für höhere Prozeßgeschwindigkeit - bessere Automatisierbarkeit des Verfahrens - Reduzierung von Experimenten bei komplexen Teilegeometrien - Qualitätskontrolle - Qualitätsverbesserung Erhöhung der Verfahrensflexibilität Erhöhung der Automatisierbarkeit Entfall von Umrüstzeiten auf andere Strahlformungsoptiken - Steigerung des härtbaren Volumens durch Einhalten einer gleichmäßigen Oberllächentemperatur - Machbarkeitsabschätzungen Tabelle 6 Absorptionserhöhung Reduzierung von Experimenten Optimierung des flexiblen Strahlformungssystemes Erwartete Vorteile der geplanten Optimierungsmaßnahmen.

33) Bei den Experimenten wurden zwei unterschiedliche Aufbauten verwendet, einer für Absorptionsmessungen bei geringen Leistungen und der zweite für hohe Leistungen. Bei geringen Leistungen bestanden die Proben aus einem Vergütungsstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (C45) und hatten eine Größe von 80 mm x 10 mm x 10 mm. Die Oberfläche war mechanisch poliert worden. An der Rückseite der Proben war ein Thermowiderstand vom 'IYP PflOO mit Wänneleitungspaste in einer Bohrung angebracht. Die Proben wurden unter verschiedenen Einfallswinkeln mit linear polarisierter Laserstrahlung geringer Leistung (< 60 W) bestrahlt.

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