Thermografische Untersuchungen beim Laserstrahlschweissen mit Faserlaser hoher Brillanz

摘要

Die stetige Weiterentwicklung von Scheiben- und Faserlasern ermoglicht sehr hohe Intensitaten. Diese entstehen durch Fokusdurchmesser von wenigen μm und hohe Laserleistungen bis in den kW-Bereich. Die kleinen Fokusdurchmesser sowie die geringen Divergenzwinkel fuhren zur Erhohung des Aspektverhaltnisses der Naht beim Laserstrahlschweissen. Daraus resultiert eine schlankere Nahtgeometrie sowie eine minimale thermische Belastung des Bauteils, so dass sich dunnwandige Strukturen (d ≤ 1 mm) verzugsarm verbinden lassen. Als Mittel zur zerstorungsfreien Prufung (ZfP) bietet sich die passive Thermografie an. Dabei wird wahrend des Fugeprozess die Eigenwarme des Prufobjekts detektiert. Treten wahrend des Prozesses Unregelmassigkeiten auf, lassen sich diese aufgrund von Temperaturunterschieden an der Oberflache detektieren. Werden Laserstrahlquellen mit hochster Fokussierbarkeit (d ≤ 50 μm) und Brillanz eingesetzt, ist die resultierende Warmeeinflusszone minimal, was zu Problemen bei der Online-Detektion fuhrt. Eine Losung stellt die Mikrothermografie dar, welche mit Hilfe eines Mikroskopobjektivs hochauflosende Detailaufnahmen ermoglicht. Dies bedeutet, dass kleinste Nahtfehler detektiert werden konnen. Jedoch sind die Anschaffungskosten fur ein solches System sehr hoch. Daruber hinaus ist der Arbeitsabstand zwischen Prufbereich und optischem System gering, was die Anfalligkeit fur Verschmutzungen und Beschadigungen durch Abprodukte des Prozesses erhoht. Gegenstand dieser Arbeit ist das Schweissen dunnwandiger Duplexstrukturen mit einem Faserlaser hochster Fokussierbarkeit. Duplexstahl zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilitat bei gleichzeitig hoher Korrosionsbestandigkeit aus. Eine unsachgemasse Prozessfuhrung fuhrt bereits bei kleinsten Unregelmassigkeiten zu einer Beeintrachtigung der Korrosionsbestandigkeit. Zur Nahtfehlerdetektion wird eine industrietaugliche MWIR-Focal-Plane-Array-Kamera (Teleobjektiv) verwendet. Aufgrund des hohen Arbeitsabstands und den oben genannten Grunden eignet sich dieses System auch fur Schweissanwendungen. Jedoch ergeben sich hinsichtlich der Detektion von kleinen Nahtunregelmassigkeit Grenzen. Fur die Verifizierung werden die rontgenographische Prufung sowie erganzend Korrosionsversuche entsprechend der Norm ASTM G48 eingesetzt.