Grundlagenuntersuchungen zum Plasma-Laser-Hybridschneiden

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Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es erstens, mit der Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zum Hybridschneiden metallischer Werkstoffe mittels einer Kombination aus Plasma- und Laserschneiden die Schnittqualität und die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen. Der zweite Schwerpunkt ist die gezielte Beeinflussung des Plasmastrahls mit dem Laser um so eine Führung des Plasmafußpunktes zu erreichen. Damit lassen sich für das Schweißen relevante Fugengeometrien, z.B. HY-Naht, in einem Arbeitsgang erzeugen. Dazu erfolgen zunächst theoretische Betrachtungen und experimentelle Grundlagenuntersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen Laserstrahl, Plasmastrahl und Werkstück. Wesentliche Fragestellungen sind die Analyse des Energieeintrages ins Werkstück in Blechdickenrichtung und die geometrische Ausbildung des Schnittfugen- und Schnittflächenprofils. Dabei werden zwei unterschiedliche Lasertypen, ein Diodenlaser (Wellenlänge ¿ 808 und 940 nm) und ein Nd:YAG-Laser (Wellenlänge X=1064 nm) berücksichtigt. Neben der Wellenlänge unterscheiden sie sich erheblich in der Strahlqualität, was einen Einfluss auf die Schnittqualität und Schneidgeschwindigkeit erwarten lässt. Die Untersuchungen fokussieren sich auf die Erhöhung der Schneidgeschwindigkeit und der Schnittqualität im mittleren Blechdickenbereich. Im Blickfeld der Untersuchungen stehen drei unterschiedliche Werkstoffgruppen, unlegierter Stahl, CrNi-Stahl und Aluminium. Aus den Hybridverfahren Laser-Plasma-Schweißen bzw. Laser-MIG/MAG/WIGSchweißen ist bekannt, dass die verwendeten Gase einen entscheidenden Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis haben. Deshalb sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens unterschiedliche Laserschneidgase zum Einsatz kommen. Abhängig vom zu trennenden Material wird ebenfalls die Plasmaschneidtechnologie bezüglich Plasmagas angepasst. Ein weiterer entscheidender Parameter ist die geometrische Anordnung des Laser und Plasmastrahls zueinander. Aufbauend auf den Grundlagenuntersuchungen an unlegiertem Stahl sollen im dritten Antragsjahr die Wechselwirkungsmechanismen an den Materialien Aluminium und CrNiStahl durchgeführt werden.