EP3274121A1 - Laserstrahlfügeverfahren und laserbearbeitungsoptik - Google Patents

Laserstrahlfügeverfahren und laserbearbeitungsoptik

Info

Publication number
EP3274121A1
EP3274121A1 EP16714221.5A EP16714221A EP3274121A1 EP 3274121 A1 EP3274121 A1 EP 3274121A1 EP 16714221 A EP16714221 A EP 16714221A EP 3274121 A1 EP3274121 A1 EP 3274121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser
laser beam
radiation intensity
partial beams
partial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16714221.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Walter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scansonic MI GmbH
Original Assignee
Scansonic MI GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scansonic MI GmbH filed Critical Scansonic MI GmbH
Publication of EP3274121A1 publication Critical patent/EP3274121A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005—Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056—Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot

Definitions

  • the invention relates to a method and a laser processing optics for welding or soldering workpieces by means of a laser beam.
  • the process not only improves the edge connection of the soldering or welding seam, and thus the seam quality, but also increases process efficiency.
  • the laser beam welding in turn can also be done using an additional wire, for example, with a large gap width of the joint.
  • the filler wire is positioned in or on the gap of the joint; The laser beam then melts the edges of the two workpieces at the joint and the filler wire, forming a melt pool.
  • the energy input when joining two workpieces by means of laser is characterized by the spatial radiation intensity distribution, and thus the energy distribution of the laser focal spot (also called Laserspot) in the working plane.
  • the working plane is usually positioned at the joint on the surface of the two workpieces to be joined.
  • laser spots are used which have either a rotationally symmetrical rectangular or Gauss-shaped profile of their radiation intensity distribution in cross section. But there are also, as described below, rectangular or line focus optics known to produce a non-rotationally symmetric laser spot.
  • the energy distribution along a line in the cross section of the laser spot essentially follows a rectangular profile or a Gaussian distribution, ie the energy distribution along this line is largely homogeneous or has a maximum in the center of the laser spot.
  • an energy distribution is unfavorable, since the greater proportion of the laser light intensity is incident on the additional wire and only a small part on the workpieces to be joined.
  • low-melting alloys are generally used for the additional wire, for which reason a small amount of energy compared to the workpieces is sufficient for melting; on the other hand, part of the laser power striking the additional wire is reflected unused.
  • DE 10 201 1 016 579 A1 shows a method and a device for laser beam welding by means of two laser beams of different power density, wherein the laser focal spots are arranged one behind the other in the feed direction.
  • two separate lasers or a laser whose laser beam is split can be used.
  • WO 98/51442 describes an apparatus for welding with two laser focal spots, wherein the two, in a variable distance parallel to each other extending laser partial beams are generated by means of mirrors from a laser beam.
  • the laser focal spots are arranged on a line perpendicular to the weld, i. h., Each of the two laser partial beams is imaged onto a workpiece associated with it.
  • DE 199 61 918 C2 describes a method and a device for beam splitting a laser beam with a variable lens system for producing at least two laser focal spots on a workpiece to be machined, wherein the distance and intensity of the laser focal spots can be changed continuously.
  • the laser focal spots are preferably arranged on a line perpendicular to the weld, by means of a rotating device, the arrangement of the laser focal spots can also be varied as desired with respect to the weld.
  • DE 101 13 471 A1 discloses a method for hybrid welding by means of a laser double focus.
  • DE 102 61 422 B4 shows a laser welding and soldering method and the corresponding apparatus in which a laser beam is divided by means of a variable optical arrangement with a prism and a lens system into at least two separately contactable partial laser beams of different intensities, wherein the partial laser beams with regard to their power distribution can be adjusted with respect to their focus position rotation with respect to the joint seam and / or with regard to their operating point separation, so that two separate laser burn spots can be used for joining.
  • a first partial beam is focused on the processing plane, while a second is focused on a focal plane above the processing plane, so that this second partial beam is widened in the working plane and has a lower energy density compared to the first partial beam.
  • JP H07-60 470 A By means of the welding apparatus disclosed in JP H07-60 470 A, the division of a laser beam into partial beams is also provided, wherein the separate partial beams are used for simultaneous welding at different points of a component to reduce thermally induced stresses.
  • the described method or devices have in common that at least two separate laser spots are used for processing, wherein the radiation intensity distribution in the laser or laser partial beams either the typical Gaussian profile or, z. B. in imaging a fiber end, a homogeneous, rectangular intensity distribution (also called Tophat) along a line through the respective cross section of the laser spots.
  • a homogeneous, rectangular intensity distribution also called Tophat
  • EP 1 525 972 A2 describes a laser beam welding method in which the laser beam is split into partial beams, the partial beams being used either separately or superimposed for welding. A specific design of the total intensity distribution of the superposed partial beams is not disclosed herein. It is also known the expansion of the laser spot on a rectangular surface in the working plane.
  • DD 229 332 A1 shows an arrangement in which a laser beam with a circular cross-section and Gaussian radiation intensity distribution is focused or defocused rectangularly onto the weld area by means of one or two cylindrical lenses. But even with this method, the laser focal spot in its center shows the maximum of the radiation intensity, which serves the actual joining. The less intense radiation intensity at the focal spot edge is used for preheating or reheating the workpiece area to be joined or already joined.
  • a method for modifying the radiation intensity distribution in only one laser beam is described in DE 40 34 744 C2.
  • a division of a laser beam into two partial beams then a modification of the properties of a partial beam and finally a merger of the two partial beams to form a total beam.
  • This also makes it possible to modify the radiation intensity distribution in the composite laser beam in such a way that two Gaussian profiles with respectively different parameters are added to form an overall profile, with the respective maxima of the individual Gaussian profiles coming to lie in the same spatial position.
  • the compound laser spot is characterized by a light intensity falling towards the edge.
  • WO 2014/052239 A1 discloses a device using a Powell lens, in which the energy distribution along the projected linear laser spot is further homogenized.
  • a Gaussian-like obtained intensity profile ie, the energy density distribution over the line cross-section, ie perpendicular to the line, has a maximum in the middle, while falling continuously towards the edges.
  • the linewidth of the laser spot i. H. the extent of the linear laser spot transverse to the line, is fixed by the beam cross section of the coupled laser beam.
  • the effective spot width is also predetermined by the wedge angle used, the radiation intensity at the joint seam and the edges of the joint seam being identical.
  • the invention is based on the object laser beam joining by a - in comparison to the prior art - more effective (and within certain limits predefinable) distribution of radiation intensity in the focal spot to form sharper focal spot outer edges on the workpieces to be joined or the weld the edge connection and thus Improve the seam quality, while at the same time by increasing the energy input into the joining partners against the energy input at the position of the joint the energy balance of the laser beam joining process, especially in laser beam welding with filler wire to be improved.
  • the spatial extent of the focal spot in the working plane should be variable along the joint
  • the region of high energy density of acting on the joining laser laser spot should have a length, in particular in the feed direction on the flanks of the seam, which in the ideal case of the extension of the laser focal spot in this direction equivalent.
  • a more effective distribution of the radiation intensity in the laser focal spot (with formation of sharper focal spot outer edges in comparison with the prior art) in a working plane on the workpieces to be joined or the weld seam during laser beam joining is effected by a modification of the laser focal spot geometry and the radiation intensity distribution in the cross section of FIG the processing plane defocused laser beam.
  • modifications of the laser focal spot are achieved by a geometrical division of the laser beam into partial beams, an inventive deflection of the beam directions of the partial beams relative to each other and a local and orientation correct merging of the partial beams in the working plane, wherein in the working plane a combined of the partial beams laser focal spot with a through the Division and deflection defined radiation intensity distribution is formed.
  • the defocusing of the laser beam is preferably carried out in such a way that a use of the laser focal spot takes place in the so-called far field, d. h.
  • the distance of the working plane from the focus is greater, preferably way much larger than the Rayleighin of the laser beam, the focus is in the laser beam direction below the working plane.
  • the radiation intensity distribution (of the undivided laser beam) in the working plane has a Gaussian-shaped profile.
  • Geometric division of the laser beam is understood to mean the following method:
  • the laser beam having a geometric shape of the beam cross-section in a plane perpendicular to the beam, is divided by cutting the beam cross-section such that the sub-beams formed by the division have a geometric shape of their beam cross-section which is a fraction (ie, a portion) of the geometric Shape of the beam cross section of the undivided laser beam is, wherein can be formed by a "joining" all generated by dividing sub-beam cross-sections in a plane again the geometric shape of the (undivided) beam cross-section.
  • a z. B. single preferably central parts of, for example, circular beam cross-section along the pitch direction arise in this way two partial beams whose partial beam cross sections each have the geometric shape of a semicircle.
  • the two partial beams in the partial beam cross section along the direction of division also have a Gaussian radiation intensity distribution.
  • the radiation intensity distribution in a sub-beam cross-section in the far field has a profile which corresponds to a maximum-cut Gaussian curve.
  • the two sub-beams show a monotonically increasing from zero to a maximum value distribution of the radiation intensity in the sub-beam cross-section transverse to the division line of the circular laser beam cross-section with asymmetric and mirror image position of the maximum.
  • the distance of the cut edges of the cut Gaussian curves transversely to the division direction, ie in the direction of the beam offset in the working plane, will be referred to below as "beam offset”.
  • the geometrical division of the defocused laser beam preferably takes place in the manner just described, namely that the (round) cross section of the laser beam along one or more chords (which preferably extend in the vicinity of the laser beam axis) in sub-beams each having a partial beam cross-section, z. B. circle segments, is decomposed.
  • the radiation intensity in the far field
  • the superposition of the partial beams in the working plane then takes place in such a way that the partial beams impinge with a local offset of their beam axis to each other on the working plane, wherein the focal spot formed by the superposition of the partial beams in the working plane preferably represents a superposition of circle segments and a rectangular envelope having.
  • the sum profile of the radiation intensities of the superimposed partial beams in the working plane along a line which is defined by the offset of the beam axes of two partial beams in the working plane has a first maximum value at the first edge section of the laser focal spot, a minimum value arranged between the two edge sections and at the second, the first opposite edge portion of the laser focal spot on a second maximum value.
  • the first maximum value of the radiation intensity i. H. the light intensity
  • the minimum value of the radiation intensity is dependent on the offset of the two combined partial beams and the defocusing of the undivided laser beam.
  • the offset of the partial beams in the working plane is selected such that the spatial extent of the laser focal spot formed from the combination of the partial beams in the working plane in the direction defined by the offset of the two partial beams essentially corresponds to the diameter of a laser spot which would arise if the laser beam would strike the working plane undivided.
  • the above-mentioned minimum value of the radiation intensity in the center of the laser focal spot formed by the partial beams becomes approximately zero and is limited to only one point in the radiation intensity distribution.
  • the beam offset should be according to the invention in the working plane between 30% and 100%, preferably 50% to 80%, of the beam diameter of the undivided laser beam. If, on the other hand, the beam offset between the partial beams in the machining plane is greater than the diameter of the (undivided) laser beam in the machining plane, an (extended) range with the minimum value of approximately zero arises in the radiation intensity distribution of the laser focal spot formed by the partial beams - it appears as it were a gap in the profile of intensity.
  • a radiation intensity distribution is produced in the laser focal spot on the processing plane along the direction defined by the offset of the two partial beams, in which the minimum value of the intensity is greater than zero.
  • the geometric beam splitting (eg with a roof plate or a segmented mirror or a lens that contains a wedge angle in beam splitting zones) with generation of at least one deflection angle transverse to the feed direction in such a way that the sub-beams with respect to the original axis of the laser beam so crossing in the further course) be deflected, that the impact points of the respective partial beam axes, d. H. the beam offset in the working plane, are optimally spaced for the joining task.
  • the geometric beam splitting eg with a roof plate or a segmented mirror or a lens that contains a wedge angle in beam splitting zones
  • the laser focal spot formed by the laser beam joining method has, as a rule, a rectangular envelope in the process.
  • a line i.e., chord in the circular beam cross-section
  • an undivided laser beam extended in the feed direction region of high light intensity left and right of the joint seam.
  • the laser beam geometrically at least once, two partial beams being formed in the case of a geometric division of a (partial) beam, ie with each geometric division two partial beams are generated from one beam or partial beam. So it is also planned to to divide serstrahl several times geometrically. For example, four sub-beams can be formed, which are combined in such a way that a substantially rectangular laser focal spot is formed in the working plane whose radiation intensity distribution in each of the four corners of the rectangle has a maximum.
  • the geometric division is carried out in such a way that the
  • Intensity of light of the (combined) laser focal spot in the working plane intensity maxima in the two areas of the laser focal spot next to the joint seam, or next to an additional wire arranged on the joint seam, wherein the absolute minimum of the intensity distribution in the laser focal spot is imaged on the joint.
  • An advantage of the laser beam joining method according to the invention is, for example, the possibility of increasing the light intensity and thus the energy density at the two edges along the joint of the joining seam forming during joining during the laser welding of two workpieces using an additional wire at a joint.
  • a smaller laser power is applied to the additional wire than to the two workpiece surfaces directly next to the additional wire, two elongated regions of high radiation intensity being formed in the feed direction on the flanks of the seam. Therefore, the energy balance is improved by means of the invention, wherein only one laser focal spot is used.
  • the laser focal spot - By working in the far field, wherein the focus is below the working plane, the laser focal spot - in contrast to the beam splitting variants of the prior art - at its outer edge, in particular along the seam, a relatively straight edge.
  • a further advantage of the laser beam joining method according to the invention is a temperature distribution in the molten bath caused by the specific surface energy input, which results in improved degassing of the melt and thus, in comparison to prior art methods, a reduction in the number of pores in the solidified joint seam and a reduced roughness of the joint seam causes.
  • the laser beam joining method according to the invention can be used both in fixed laser processing optics and in scanning laser processing systems or systems with integrated seam guidance.
  • the z. B. can be generated by means of fiber coupling of multi-kilowatt lasers, since at a laser radiation near the fundamental mode, the diffraction patterns affect the desired intensity distributions.
  • a laser processing optical system described below is provided for use in a laser joining device.
  • the laser processing optics comprises a collimation device, a focusing device and a beam splitting device, all of which are arranged along an optical axis.
  • the beam splitting device can have one or more beam-splitting elements.
  • the beam splitting device In the beam path of the laser beam, first the collimation device, behind the focusing device and finally the beam splitting device can be arranged. It can also be provided to arrange the beam splitting device in the laser beam path between the collimation device and the focusing device. Finally, it is also possible to arrange the beam splitting device in the beam path of the laser beam in front of the collimation device and the focusing device.
  • the beam splitting device contains a plurality of separate elements, these individual elements can also be arranged separately from each other according to the above-mentioned positions in the beam path.
  • the beam splitter may be formed by transmitting elements such as a wedge plate or a roof plate (ie a wedge plate with two wedge segments) or by reflective elements such as segmented mirrors (ie mirrors whose specular surface is subdivided into individual segments, with the normal vectors applied to the segments) Surfaces of the segments are each rotated by an angle), be realized.
  • the laser processing optics may further comprise one or more cylindrical lenses, which enable a scaling of the geometric dimensions or the geometric shape of the laser focal spot in the processing plane.
  • cylindrical lenses which enable a scaling of the geometric dimensions or the geometric shape of the laser focal spot in the processing plane.
  • it can be provided to obtain an oblong rectangular shape of the laser focal spot by means of a suitable combination of convex and concave cylindrical lenses, wherein the extent of the laser focal spot along the feed direction is substantially greater than its extension transverse to the feed direction.
  • the beam splitting device can furthermore be equipped with an acylindrical transition zone, which enables a selective division of the laser intensity onto the individual sub-beams, in that a part of the laser radiation is deflected differently depending on the point of impact.
  • this optical element can have, for example, a segmented, focussing interface between two optical media (eg air and glass).
  • the segments of the interface each have a normal vector of the surface.
  • the normal vectors of adjacent segments are in each case rotated by the angle through which the partial beams are tilted relative to one another, so that the partial beams are deflected accordingly when the laser beam is split up.
  • the segments may have sharp boundaries to adjacent segments, but they may also merge into one another continuously to achieve a selectively adjusted intensity distribution into the individual sub-beams.
  • FIG. 1 shows a beam path in a laser processing optics in cross section and the radiation intensity distribution in the laser beam from the prior art.
  • FIG. 2 shows a beam path in a laser processing optical system in cross section and the radiation intensity distribution in the laser focal spot according to the invention
  • Fig. 5 is a plan view of the joint and the joining seam of two workpieces at the point of action during implementation of the laser beam joining method according to the invention with four partial beams.
  • FIG. 1 shows the beam path of the laser beam 7 in a laser processing optical system according to the prior art.
  • the laser beam 7, which has the Gaussian radiation intensity distribution 3.1 in its cross section, is focused by the focusing device 5 on the laser focus plane 9, whereby the (defocused) laser focal spot 18 is formed in the working plane 8, which in its cross section the radiation intensity distribution 3.2 having.
  • the maximum of the two Gaussian radiation intensity distributions 3.1 and 3.2 respectively lies on the beam axis 10.
  • FIG. 2 shows the beam path of the laser beam 7 according to the invention.
  • the laser beam 7, which has the radiation intensity distribution 3.1 in its cross section, is focused by the focusing device 5 on the Laserfokusebene 9 and divided by the beam splitting device 6, here in the form of a roof panel in two sub-beams 19 and deflected in the way that of the two Partial beams 19 in the processing plane 8 of the continuous laser focal spot 18 is formed.
  • the distance of the working plane 8 from the laser focus plane 9 along the beam axis 10 is much greater than the Rayleigh length of the laser beam 7.
  • the radiation intensity distribution 20 of this laser focal spot 18 along the direction y marked in FIG. 2 points at the two edges 21 of the laser focal spot 18 two sharp maxima, while it drops to zero in the area of the beam axis 10.
  • FIG. 3 shows three embodiment variants a, b and c of the laser processing optics according to the invention with respect to the arrangement of the collimation device 4, the focusing device 5 and the beam splitting device 6 along the beam axis 10.
  • the coupling of the laser beam takes place by means of the optical fiber 2.
  • FIG. 4 shows a top view of the joint 1 1 or the weld seam 15 between the two workpieces 12 and 13 during the welding process with filler wire according to the laser beam joining method according to the invention.
  • the additional wire 14 is brought to the joint 1 1 and melted in the laser focal spot 18.
  • the laser beam is divided in this example once into two sub-beams, each forming the partial laser focal spot 18.1 and 18.2.
  • the largely square laser spot 18 composed of the two partial laser burn spots 18.1 and 18.2 is characterized by the length 17 in the feed direction and the width 16 transversely to the feed direction.
  • Clearly visible are the locations of intense laser irradiation on the two edges of the laser focal spot 18, which are arranged parallel to the joint 11, ie. on the edge regions of the arranged on both sides of the joint 1 1 workpieces 12 and 13, along the entire length 17 of the laser focal spot 18th
  • the top view of the joint 1 1 between the two workpieces 12 and 13 during the welding process with additional wire according to the invention Laserstrahlschgeclar with geometric division of the laser beam into four partial beams, which are superimposed on the weld 15 to be created, too see.
  • the square-shaped laser focal spot 18 formed in the working plane is composed of four quarter-circle partial laser burn spots 18.1 to 18.4 of the four partial beams.
  • the radiation intensity in each of the four corners of the laser spot 18 reaches a maximum while it is practically zero in the center of the laser spot 18.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken (12, 13) mit einem Laserstrahl (7), wobei der Laserstrahl (7) auf eine Fokusebene in Strahlausbreitungsrichtung hinter der Bearbeitungsebene fokussiert und mittels einer Strahlteilungseinrichtung (6) in mehrere Teilstrahlen (19) aufgeteilt wird. Die Aufteilung erfolgt geometrisch, d. h., die Teilstrahlquerschnitte ergeben sich aus einer Teilung der geometrischen Form des Strahlquerschnitts des Laserstrahls (7). Die Teilstrahlen (19) werden über Kreuz in der Art mit einem Versatz zueinander auf die Bearbeitungsebene (8) gelenkt, dass ein ausgedehnter Laserbrennfleck (18) gebildet wird. Die Strahlungsintensitätsverteilung der überlagerten Teilstrahlen (19) in der Bearbeitungsebene (8) entlang einer Linie senkrecht zur Fügenaht weist jeweils ein Maximum an ihren Endbereichen auf. Dadurch und durch den im Vergleich zum Stand der Technik zu beiden Seiten entlang der Fügenaht räumlich verlängerten Bereich hoher Strahlungsintensität wird einerseits die Kantenanbindung und damit die Qualität der Fügenaht verbessert und andererseits die Prozesseffizienz erhöht.

Description

Laserstrahlfügeverfahren und Laserbearbeitungsoptik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Laserbearbeitungsoptik zum Schweißen oder Löten von Werkstücken mittels eines Laserstrahls. Durch das Verfahren wird neben einer verbesserten Kantenanbindung der Löt- bzw. Schweißnaht und damit einer erhöhte Nahtqualität auch eine erhöhte Prozesseffizienz ermöglicht.
Zum Fügen von zwei Werkstücken mittels Laserstrahl sind das Laserschweißen und das Laserlöten bekannt. In beiden Fällen werden Werkstücke an einem Fügestoß unter Aufschmelzung eines Materials zusammengefügt. Während beim Laserschweißen die Werkstücke, bzw. deren Oberflächen, aufgeschmolzen werden, wird beim Laserlöten nur ein auf den Fügestoß aufgebrachter oder in den Fügestoß eingebrachter Lötdraht aufgeschmolzen.
Das Laserstrahlschweißen wiederum kann auch unter Verwendung eines Zusatzdrahtes erfolgen, beispielsweise bei einer großen Spaltbreite des Fügestoßes. Der Zusatzdraht wird in oder auf den Spalt des Fügestoßes positioniert; der Laserstrahl schmilzt sodann die Ränder der beiden Werkstücke am Fügestoß und den Zusatzdraht auf, wodurch ein Schmelzbad gebildet wird.
Der Energieeintrag beim Fügen zweier Werkstücke mittels Laser ist gekennzeichnet durch die räumliche Strahlungsintensitätsverteilung, und damit die Energieverteilung, des Laserbrennflecks (auch Laserspot genannt) in der Bearbeitungsebene. Die Bearbeitungsebene ist zum Beispiel bei einem Stumpfstoß üblicherweise am Fügestoß auf der Oberfläche der beiden zu fügenden Werkstücke positioniert. Oftmals werden Laserspots eingesetzt, die entweder ein rotationssymmetrisches rechteckförmiges o- der Gauß-förmiges Profil ihrer Strahlungsintensitätsverteilung im Querschnitt aufweisen. Es sind aber auch, wie weiter unten beschrieben, Rechteck- oder Linienfokus Optiken bekannt, die einen nicht-rotationssymmetrischen Laserspot erzeugen. Die Energieverteilung entlang einer Linie im Querschnitt des Laserspots folgt dabei im Wesentlichen einem Rechteckprofil oder einer Gauß-Verteilung, d. h., die Energieverteilung entlang dieser Linie ist weitestgehend homogen bzw. weist ein Maximum im Zentrum des Laserspots auf. Beim Laserstrahlschweißen unter Verwendung eines Zusatzdrahtes ist eine derartige Energieverteilung allerdings ungünstig, da der größere Anteil der Laserlichtintensität auf den Zusatzdraht trifft und nur ein geringer Teil auf die zu fügenden Werkstücke. Zum einen werden für den Zusatzdraht i. d. R. niedrigschmelzende Legierungen eingesetzt, weswegen zum Aufschmelzen bereits eine im Vergleich zu den Werkstücken kleine Energiemenge ausreicht, zum anderen wird ein Teil der auf den Zusatzdraht treffenden Laserleistung ungenutzt reflektiert.
Zur Lösung dieses unerwünschten Effektes können z. B. zwei Laserstrahlen zum Fügen bzw. zwei Laserspots in der Bearbeitungsebene eingesetzt werden.
DE 10 201 1 016 579 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen mittels zweier Laserstrahlen unterschiedlicher Leistungsdichte, wobei die Laserbrennflecke in Vorschubrichtung hintereinander angeordnet sind. Hierfür können zwei getrennte Laser oder ein Laser, dessen Laserstrahl aufgeteilt wird, verwendet werden.
WO 98/51442 beschreibt eine Vorrichtung zum Schweißen mit zwei Laserbrennflecken, wobei die beiden, in einem variierbaren Abstand zueinander parallel verlaufenden Laserteilstrahlen mittels Spiegeln aus einem Laserstrahl erzeugt werden. Hier sind die Laserbrennflecke auf einer Linie senkrecht zur Schweißnaht angeordnet, d. h., jeder der beiden Laserteilstrahlen wird auf ein ihn zugeordnetes Werkstück abgebildet.
DE 199 61 918 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Strahlteilung eines Laserstrahles mit einem variablen Linsensystem zur Erzeugung von wenigstens zwei Laserbrennflecken auf einem zu bearbeitenden Werkstück, wobei Abstand und Intensität der Laserbrennflecke kontinuierlich verändert werden können. Hier sind die Laserbrennflecke bevorzugt auf einer Linie senkrecht zur Schweißnaht angeordnet, mittels einer Drehvorrichtung kann die Anordnung der Laserbrennflecke auch beliebig bezüglich der Schweißnaht variiert werden. DE 101 13 471 A1 offenbart ein Verfahren zum Hybridschweißen mittels eines Laserdoppelfokus. DE 102 61 422 B4 zeigt ein Laserschweiß- und lötverfahren sowie die entsprechende Vorrichtung, bei denen ein Laserstrahl mittels einer variablen optischen Anordnung mit einem Prisma und einem Linsensystem in wenigstens zwei getrennt fo- kussierbare Teillaserstrahlen unterschiedlicher Intensität aufgeteilt wird, wobei die Teillaserstrahlen hinsichtlich ihrer Leistungsaufteilung, hinsichtlich ihrer Fokuslagenverdrehung bezüglich der Fügenaht und/oder hinsichtlich ihres Arbeitspunkteabstan- des eingestellt werden können, sodass zwei getrennte Laserbrennflecke zum Fügen nutzbar sind. Hierbei wird ein erster Teilstrahl auf die Bearbeitungsebene fokussiert, während ein zweiter auf eine Fokusebene oberhalb der Bearbeitungsebene fokussiert wird, sodass dieser zweite Teilstrahl in der Bearbeitungsebene aufgeweitet ist und eine gegenüber dem ersten Teilstrahl geringere Energiedichte aufweist.
Mittels der in JP H07- 60 470 A offenbarten Vorrichtung zum Schweißen ist ebenfalls die Aufteilung eines Laserstahls in Teilstrahlen vorgesehen, wobei die separaten Teilstrahlen zum gleichzeitigen Schweißen an verschiedenen Punkten eines Bauteils angewandt werden, um thermisch bedingte Spannungen zu reduzieren.
Weitere Techniken zur Erzeugung von zwei Teillaserstrahlen und deren Nutzung zur Materialbearbeitung sind in DE 196 19 339 A1 , WO 95/1 1 101 A1 , DE 197 51 195 C1 und DE 43 16 829 A1 offenbart, wobei bei diesen Techniken nur eingeschränkte Anpassungsmöglichkeiten an die Erfordernisse eines Materialbearbeitungsprozesses möglich bzw. diese technisch nur sehr aufwendig zu realisieren sind.
Den beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen ist gemeinsam, dass jeweils mindestens zwei getrennte Laserspots zur Bearbeitung eingesetzt werden, wobei die Strahlungsintensitätsverteilung in den Laser- bzw. Laserteilstrahlen entweder das typische Gauß-Profil oder, z. B. bei Abbildung eines Faserendes, eine homogene, rechteckförmige Intensitätsverteilung (auch Tophat genannt) entlang einer Linie durch den jeweiligen Querschnitt der Laserspots aufweist.
In EP 1 525 972 A2 ist ein Laserstrahlschweißverfahren beschrieben, bei dem der Laserstrahl in Teilstrahlen aufgeteilt wird, wobei die Teilstrahlen entweder separat o- der überlagert zum Schweißen genutzt werden. Eine gezielte Gestaltung der Ge- samtintensitätsverteilung der überlagerten Teilstrahlen ist hierin nicht offenbart. Es ist auch die Aufweitung des Laserspots auf eine rechteckige Fläche in der Bearbeitungsebene bekannt. DD 229 332 A1 zeigt eine Anordnung, bei der ein Laserstrahl mit kreisförmigen Querschnitt und Gaußscher Strahlungsintensitätsverteilung mittels einer oder zweier Zylinderlinsen auf den Schweißnahtbereich rechteckförmig fokussiert bzw. defokussiert wird. Doch auch bei diesem Verfahren zeigt der Laserbrennfleck in seiner Mitte das Maximum der Strahlungsintensität, die dem eigentlichen Fügen dient. Die weniger große Strahlungsintensität am Brennfleckrand wird zur Vor- bzw. Nacherwärmung des zu fügenden bzw. des bereits gefügten Werkstückbereiches genutzt.
Ein Verfahren zur Modifikation der Strahlungsintensitätsverteilung in nur einem Laserstrahl ist in DE 40 34 744 C2 beschrieben. Hier erfolgt zuerst eine Aufteilung eines Laserstrahles in zwei Teilstrahlen, danach eine Modifikation der Eigenschaften eines Teilstrahles und schließlich eine Zusammenführung der beiden Teilstrahlen zu einem Gesamtstrahl. Hierdurch wird auch eine Modifikation der Strahlungsintensitätsverteilung im zusammengesetzten Laserstrahl in der Art möglich, dass zwei Gauß-Profile mit jeweils unterschiedlichen Parametern zu einem Gesamtprofil addiert werden, wobei die jeweiligen Maxima der einzelnen Gauß-Profile an derselben räumlichen Position zu liegen kommen. Somit ist auch der zusammengesetzte Laserspot durch eine zum Rand hin abfallende Lichtintensität gekennzeichnet.
Dem Fachmann bekannt ist auch die Powell Linse, benannt nach ihrem Erfinder und detailliert beschrieben in US 4,826,299 A, zur Erzeugung eines linienartigen Laserspots, wobei die Intensitätsverteilung entlang der Linie weitestgehend konstant ist. Dies wird erreicht durch eine Transformation des Laserstrahls mittels Azylinder in der Richtung dieser Linie. Senkrecht zu der Linie ist der Laserstrahl auf die Bearbeitungsebene fokussiert.
WO 2014/052239 A1 offenbart eine Vorrichtung unter Verwendung einer Powell Linse, bei der die Energieverteilung entlang des projizierten linienartigen Laserspots noch weiter homogenisiert ist. Quer zur Linie bleibt jedoch weiterhin ein Gauß-ähnli- ches Intensitätsprofil erhalten, d. h., die Energiedichteverteilung über den Linienquerschnitt, d. h. senkrecht zur Linie, weist in der Mitte ein Maximum auf, während sie zu den Rändern hin kontinuierlich abfällt.
Eine weitere Einschränkung der Powell Linse ist, dass die Linienbreite des Laserspots, d. h. die Ausdehnung des linienartigen Laserspots quer zur Linie, durch den Strahlquerschnitt des eingekoppelten Laserstrahls fest vorgegeben ist. Die wirksame Spotbreite ist durch den verwendeten Keilwinkel ebenfalls vorgegeben, wobei die Strahlungsintensität an der Fügenaht und den Rändern der Fügenaht identisch ist. Eine Erhöhung des integralen Energieeintrags in die Werkstücke neben der Naht wäre nur durch eine Verlängerung der Laserspotlinie möglich, wobei allerdings auch - bei gleichzeitiger Verringerung der Energiedichte - der Bereich des Energieeintrages vergrößert wird.
Wünschenswert wäre ein Laserfügeverfahren, bei dem die geometrische Form des Laserspots und seine Energieverteilung in der Bearbeitungsebene in der Art modifizierbar ist, dass zum Fügen nur ein Laserspot und ein möglichst einfacher optischer Aufbau benötigt wird, wobei die Energiedichte im Randbereich des Laserspots - bevorzugt unmittelbar neben dem Fügestoß, d. h. an den Flanken der Naht - am höchsten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Laserstrahlfügen durch eine - im Vergleich zum Stand der Technik - effektivere (sowie in gewissen Grenzen vorgebbare) Verteilung der Strahlungsintensität im Brennfleck unter Ausbildung von schärferen Brennfleckaußenkanten auf den zu fügenden Werkstücken bzw. der Schweißnaht die Kantenanbindung und damit die Nahtqualität zu verbessern, wobei gleichzeitig durch eine Erhöhung des Energieeintrags in die Fügepartner gegenüber des Energieeintrags an der Position des Fügestoßes die Energiebilanz des Laserstrahlfügeprozesses, insbesondere beim Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht, verbessert werden soll. Außerdem soll die räumliche Ausdehnung des Brennflecks in der Bearbeitungsebene längs zum Fügestoß variierbar sein, wobei der Bereich hoher Energiedichte des auf die Fügepartner einwirkenden Laserbrennflecks insbesondere in Vorschubrichtung an den Flanken der Naht eine Länge aufweisen soll, die im Idealfall der Längenausdehnung des Laserbrennflecks in dieser Richtung entspricht. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Laserbearbeitungsoptik gemäß Patentanspruch 5; zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß erfolgt eine effektivere Verteilung der Strahlungsintensität im Laserbrennfleck (unter Ausbildung von - im Vergleich zum Stand der Technik - schärferen Brennfleckaußenkanten) in einer Bearbeitungsebene auf den zu fügenden Werkstücken bzw. der Schweißnaht beim Laserstrahlfügen durch eine Modifikation der Laserbrennfleckgeometrie sowie der Strahlungsintensitätsverteilung im Querschnitt des in der Bearbeitungsebene defokussierten Laserstrahls. Diese Modifikationen des Laserbrennflecks werden durch eine geometrische Aufteilung des Laserstrahls in Teilstrahlen, ein erfindungsgemäßes Ablenken der Strahlrichtungen der Teilstrahlen relativ zueinander und ein örtliches sowie orientierungsrichtiges Zusammenführen der Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene erreicht, wobei in der Bearbeitungsebene ein aus den Teilstrahlen kombinierter Laserbrennfleck mit einer durch die Aufteilung und Ablenkung definierten Strahlungsintensitätsverteilung gebildet wird.
Die Defokussierung des Laserstrahls erfolgt vorzugsweise in der Art, dass eine Benutzung des Laserbrennflecks im sogenannten Fernfeld erfolgt, d. h., der Abstand der Bearbeitungsebene vom Fokus ist größer, vorzugsweise Weise sehr viel größer als die Rayleighlänge des Laserstrahls, wobei der Fokus in Laserstrahlrichtung unterhalb der Bearbeitungsebene liegt. In diesem Fall weist die Strahlungsintensitätsverteilung (des ungeteilten Laserstrahls) in der Bearbeitungsebene ein Gauß-förmiges Profil auf.
Unter geometrischer Aufteilung des Laserstrahls wird folgendes Verfahren verstanden:
Der Laserstrahl, aufweisend eine geometrische Form des Strahlquerschnitts in einer Ebene senkrecht zum Strahl, wird in der Art durch Zerschneiden des Strahlquerschnitts geteilt, dass die durch die Teilung gebildeten Teilstrahlen eine geometrische Form ihres Teilstrahlquerschnitts aufweisen, die eine Fraktion (d. h. ein Teilstück) der geometrischen Form des Strahlquerschnitts des ungeteilten Laserstrahls ist, wobei durch ein„Zusammenfügen" aller durch die Aufteilung erzeugten Teilstrahlquerschnitte in einer Ebene wieder die geometrische Form des (ungeteilten) Strahlquerschnitts gebildet werden kann.
Durch ein z. B. einmaliges, vorzugsweise mittiges Teilen des beispielsweise kreisrunden Strahlquerschnitts entlang der Teilungsrichtung entstehen auf diese Art zwei Teilstrahlen, deren Teilstrahlquerschnitte jeweils die geometrische Form eines Halbkreises aufweisen. Im Falle einer Gaußschen Strahlungsintensitätsverteilung im Strahlquerschnitt des ungeteilten Laserstrahls weisen die beiden Teilstrahlen im Teilstrahlquerschnitt längs der Teilungsrichtung auch eine Gaußsche Strahlungsintensitätsverteilung auf. Quer zur Teilungsrichtung hingegen weist die Strahlungsintensitätsverteilung in einem Teilstrahlquerschnitt im Fernfeld ein Profil auf, das einer im Maximum abgeschnittenen Gauß-Kurve entspricht. Somit zeigen die beiden Teilstrahlen eine von null bis auf einen Maximalwert monoton ansteigende Verteilung der Strahlungsintensität im Teilstrahlquerschnitt quer zur Teilungslinie des kreisrunden Laserstrahlquerschnitts mit asymmetrischer und spiegelbildlicher Lage des Maximums. Der Abstand der Schnittkanten der abgeschnittenen Gauß-Kurven quer zur Teilungsrichtung, also in Richtung des Strahlversatzes in der Bearbeitungsebene, wird im folgenden„Strahlversatz" genannt.
Erfindungsgemäß erfolgt die geometrische Teilung des defokussierten Laserstrahls vorzugsweise in der eben beschriebenen Art, nämlich dass der (runde) Querschnitt des Laserstrahles entlang einer oder mehrerer Sehnen (die bevorzugt in der Nähe der Laserstrahlachse verlaufen) in Teilstrahlen mit jeweils einem Teilstrahlquerschnitt, z. B. Kreissegmente, zerlegt wird. In einem Teilstrahl steigt die Strahlungsintensität (im Fernfeld) entlang einer (senkrecht zu der Teilungslinie angeordneten) Richtung im Teilstrahlquerschnitt von einem Minimalwert an einem ersten äußeren Rand des Teilstrahlquerschnitts monoton auf einen Maximalwert an dem, dem ersten äußeren Rand des Teilstrahlquerschnitts gegenüberliegenden, zweiten äußeren Rand.
Durch die Positionierung der den Laserstrahl teilenden Sehne bzw. Sehnen innerhalb des Laserquerschnitts ist eine definierte Aufteilung der Laserleistung auf die einzelnen Teilstrahlen möglich. Die Überlagerung der Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene erfolgt sodann in der Art, dass die Teilstrahlen mit einem örtlichen Versatz ihrer Strahlachse zueinander auf die Bearbeitungsebene auftreffen, wobei der durch die Überlagerung der Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene gebildete Brennfleck vorzugsweise eine Überlagerung von Kreissegmenten darstellt und eine rechteckige Einhüllende aufweist.
Das Summenprofil der Strahlungsintensitäten der überlagerten Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene entlang einer Linie, die durch den Versatz der Strahlachsen von zwei Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene definiert ist, weist einen ersten Maximalwert am ersten Randabschnitt des Laserbrennflecks, einen zwischen den beiden Randabschnitten angeordneten Minimalwert und am zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Randabschnitt des Laserbrennflecks einen zweiten Maximalwert auf.
Der erste Maximalwert der Strahlungsintensität, d. h. der Lichtintensität, kann identisch zu dem zweiten Maximalwert sein. Der Minimalwert der Strahlungsintensität ist abhängig vom Versatz der beiden kombinierten Teilstrahlen und der Defokussierung des ungeteilten Laserstrahls.
Gemäß einer Ausführung des Verfahrens ist der Versatz der Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene derart gewählt, dass die räumliche Ausdehnung des aus der Kombination der Teilstrahlen gebildeten Laserbrennflecks in der Bearbeitungsebene in der durch den Versatz der beiden Teilstrahlen definierten Richtung im Wesentlichen dem Durchmesser eines Laserspots entspricht, der entstehen würde, wenn der Laserstrahl ungeteilt auf die Bearbeitungsebene treffen würde. In diesem Fall wird - bei einer im ungeteilten, defokussierten Laserstrahl vorliegenden Gauß-förmigen Strahlungsintensitätsverteilung - der oben genannte Minimalwert der Strahlungsintensität im Zentrum des aus den Teilstrahlen gebildeten Laserbrennflecks etwa null und ist auf nur einen Punkt in der Strahlungsintensitätsverteilung begrenzt. Der Strahlversatz sollte erfindungsgemäß in der Bearbeitungsebene zwischen 30% und 100%, vorzugsweise 50% bis 80%, des Strahldurchmessers des ungeteilten Laserstrahls betragen. Wird der Strahlversatz zwischen den Teilstrahlen in der Bearbeitungsebene demgegenüber größer als der Durchmesser des (ungeteilten) Laserstrahls in der Bearbeitungsebene gewählt, so entsteht in der Strahlungsintensitätsverteilung des aus den Teilstrahlen gebildeten Laserbrennflecks ein (ausgedehnter) Bereich mit dem Minimalwert von etwa null - es erscheint sozusagen eine Lücke im Profil der Intensität.
Bei einem Strahlversatz kleiner als der Durchmesser und größer als der Radius des (ungeteilten) Laserstrahls in der Bearbeitungsebene entsteht eine Strahlungsintensitätsverteilung im Laserbrennfleck auf der Bearbeitungsebene entlang der durch den Versatz der beiden Teilstrahlen definierten Richtung, bei der der Minimalwert der Intensität größer als null ist.
Vorzugsweise erfolgt die geometrische Strahlteilung (z.B. mit einer Dachplatte oder einem segmentierten Spiegel oder einer Linse, die in strahlteilenden Zonen einen Keilwinkel enthält) mit Erzeugung mindestens eines Ablenkwinkels quer zur Vorschubrichtung in der Art, dass die Teilstrahlen bezüglich der ursprünglichen Achse des Laserstrahls so (sich im weiteren Verlauf kreuzend) abgelenkt werden, dass die Auftreffpunkte der jeweiligen Teilstrahlachsen, d. h. der Strahlversatz in der Bearbeitungsebene, für die Fügeaufgabe optimal beabstandet sind.
Der durch das Laserstrahlfügeverfahren gebildete Laserbrennfleck weist verfahrensimmanent in der Regel eine rechteckige Einhüllende auf. Bei einer (einmaligen) geometrischen Aufteilung des Laserstrahls entlang einer Linie (d. h. Sehne im kreisförmigen Strahlquerschnitt) parallel zur Vorschubrichtung wird dadurch ein, im Vergleich zu einem ungeteilten Laserstrahl, in Vorschubrichtung verlängerter Bereich hoher Lichtintensität links und rechts neben der Fügenaht ausgebildet. Somit wird ein Laserbrennfleck mit relativ scharfen und langen, entlang der Bearbeitungsrichtung (Schweiß-/Lötrichtung) ausgerichteten Kanten mit hoher Strahlungsintensität erzeugt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Laserstrahl mindestens einmal geometrisch aufzuteilen, wobei bei einer geometrischen Teilung eines (Teil-) Strahls zwei Teilstrahlen gebildet werden, d. h., mit jeder geometrischen Teilung werden aus einem Strahl oder Teilstrahl zwei Teilstrahlen erzeugt. Es ist also auch vorgesehen, den La- serstrahl mehrfach geometrisch aufzuteilen. Beispielsweise können so vier Teilstrahlen gebildet werden, die in der Art zusammengeführt werden, dass ein im Wesentlichen rechteckiger Laserbrennfleck in der Bearbeitungsebene entsteht, dessen Strahlungsintensitätsverteilung in den vier Ecken des Rechtecks jeweils ein Maximum aufweist.
Vorzugsweise wird die geometrische Teilung in der Art durchgeführt, dass die
Lichtintensität des (kombinierten) Laserbrennflecks in der Bearbeitungsebene Inten- sitätsmaxima in den beiden Bereichen des Laserbrennflecks neben der Fügenaht, bzw. neben einem an der Fügenaht angeordneten Zusatzdraht, aufweist, wobei das absolute Minimum der Intensitätsverteilung im Laserbrennfleck auf den Fügestoß abgebildet wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahrens ist beispielsweise beim Laserschweißen von zwei Werkstücke unter Verwendung eines Zusatzdrahtes an einem Fügestoß die Möglichkeit der Erhöhung der Lichtintensität und damit der Energiedichte an den beiden Rändern längs zum Fügestoß der sich beim Fügen ausbildenden Fügenaht. Somit trifft auf den Zusatzdraht eine geringere Laserleistung als auf die beiden Werkstückoberflächen unmittelbar neben dem Zusatzdraht, wobei an den Flanken der Naht zwei in Vorschubrichtung länglich ausgebildete Bereiche hoher Strahlungsintensität ausgebildet sind. Daher wird mittels der Erfindung die Energiebilanz verbessert, wobei nur ein Laserbrennfleck eingesetzt wird.
Durch das Arbeiten im Fernfeld, wobei der Fokus unterhalb der Bearbeitungsebene liegt, weist der Laserbrennfleck - im Unterschied zu den strahlteilenden Varianten aus dem Stand der Technik -an seinem äußeren Rand, insbesondere entlang der Naht, eine relativ gerade Kante auf.
Die Intensitätserhöhung an den Rändern der Fügenaht in Verbindung mit der in Vorschubrichtung - im Vergleich zu einem Laserbrennfleck nach dem Stand der Technik - vergrößerten Einwirklänge des Laserbrennflecks verbessert außerdem die Kan- tenanbindung und damit die Qualität der Fügenaht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahrens ist eine durch den speziellen Flächenenergieeintrag bewirkte Temperaturverteilung im Schmelzbad, die eine verbesserte Entgasung der Schmelze und somit, im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik, eine Reduktion der Porenanzahl in der erstarrten Fügenaht sowie eine reduzierte Rauheit der Fügenaht bewirkt.
Das erfindungsgemäße Laserstrahlfügeverfahren kann sowohl in festen Laserbearbeitungsoptiken verwendet werden, als auch in scannenden Laserbearbeitungssystemen oder solchen mit integrierter Nahtführung.
Vorzugsweise wird für das Verfahren Multimode Laserstrahlung verwendet, die z. B. mittels Faserkopplung von Multi-Kilowatt-Lasern erzeugbar ist, da bei einer Laserstrahlung nahe dem Grundmode die auftretenden Beugungsmuster die gewünschten Intensitätsverteilungen beeinträchtigen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahrens wird eine nachfolgend beschriebene Laserbearbeitungsoptik zur Verwendung in einer Laserfügevorrichtung bereitgestellt.
Die Laserbearbeitungsoptik umfasst eine Kollimationseinrichtung, eine Fokussierein- richtung und eine Strahlteilungseinrichtung, die alle entlang einer optischen Achse angeordnet sind. Die Strahlteilungseinrichtung kann ein oder mehrere strahlteilende Elemente aufweisen.
Im Strahlengang des Laserstrahls kann zuerst die Kollimationseinrichtung, dahinter die Fokussiereinrichtung und zuletzt die Strahlteilungseinrichtung angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, die Strahlteilungseinrichtung im Laserstrahlengang zwischen der Kollimationseinrichtung und der Fokussiereinrichtung anzuordnen. Schließlich ist es auch möglich, die Strahlteilungseinrichtung im Strahlengang des Laserstrahls vor Kollimationseinrichtung und Fokussiereinrichtung anzuordnen.
Falls die Strahlteilungseinrichtung mehrere, getrennte Elemente enthält, können diese einzelnen Elemente auch voneinander getrennt gemäß o. g. Positionen im Strahlengang angeordnet sein. Die Strahlteilungseinrichtung kann durch transmittierende Elemente, wie beispielsweise eine Keilplatte oder eine Dachplatte (d. h. eine Keilplatte mit zwei Keilsegmenten), oder durch reflektierende Elemente, wie beispielsweise segmentierte Spiegel (d. h. Spiegel, deren spiegelnde Oberfläche in einzelne Segmente unterteilt ist, wobei die Normalenvektoren auf die Oberflächen der Segmente zueinander jeweils um einen Winkel gedreht sind), realisiert sein.
Die Laserbearbeitungsoptik kann weiter eine oder mehrere Zylinderlinsen umfassen, die eine Skalierung der geometrischen Abmessungen bzw. der geometrischen Form des Laserbrennflecks in der Bearbeitungsebene ermöglichen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, mittels einer geeigneten Kombination aus konvexen und konkaven Zylinderlinsen eine länglich rechteckige Form des Laserbrennflecks zu erlangen, wobei die Ausdehnung des Laserbrennflecks längs zur Vorschubrichtung wesentlich größer ist als seine Ausdehnung quer zur Vorschubrichtung.
Die Strahlteilungseinrichtung kann ferner mit einer azylindrischen Übergangszone ausgestattet sein, die eine selektive Aufteilung der Laserintensität auf die einzelnen Teilstrahlen ermöglicht, indem jeweils ein Teil der Laserstrahlung in Abhängigkeit des Auftreffpunktes unterschiedlich abgelenkt wird.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Strahlteilungseinrichtung und die Fokus- siereinrichtung in einem einzigen optischen Element zusammengefasst sind. Hierzu kann dieses optische Element beispielsweise eine in Segmente unterteilte, fokussie- rende Grenzfläche zwischen zwei optischen Medien (z. B. Luft und Glas) aufweisen. Die Segmente der Grenzfläche besitzen jeweils einen Normalenvektor der Oberfläche. Die Normalenvektoren benachbarter Segmente sind jeweils um den Winkel, um den die Teilstrahlen zueinander verkippt verlaufen, gedreht, sodass die Teilstrahlen beim Aufteilen des Laserstrahls entsprechend abgelenkt werden. Die Segmente können scharfe Begrenzungen zu benachbarten Segmenten aufweisen, sie können aber auch stetig ineinander übergehen, um eine selektiv angepasste Intensitätsverteilung in die einzelnen Teilstrahlen zu erreichen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigen in schematischer Darstellung die
Fig. 1 einen Strahlengang in einer Laserbearbeitungsoptik im Querschnitt und die Strahlungsintensitätsverteilung im Laserstrahl aus dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen Strahlengang in einer Laserbearbeitungsoptik im Querschnitt und die Strahlungsintensitätsverteilung im Laserbrennfleck gemäß der Erfindung;
Fig. 3 jeweils einen Querschnitt durch drei Varianten der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsoptik;
Fig. 4 eine Draufsicht auf den Fügestoß und die Fügenaht zweier Werkstücke am Wirkungsort während Durchführung des erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahrens mit zwei Teilstrahlen; und
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Fügestoß und die Fügenaht zweier Werkstücke am Wirkungsort während Durchführung des erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahrens mit vier Teilstrahlen.
Figur 1 zeigt den Strahlengang des Laserstrahls 7 in einer Laserbearbeitungsoptik gemäß dem Stand der Technik. Der Laserstrahl 7, der in seinem Querschnitt die Gauß-förmige Strahlungsintensitätsverteilung 3.1 aufweist, wird von der Fokussier- einrichtung 5 auf die Laserfokusebene 9 fokussiert, wodurch in der Bearbeitungsebene 8 der (defokussierte) Laserbrennfleck 18 gebildet wird, der in seinem Querschnitt die Strahlungsintensitätsverteilung 3.2 aufweist. Das Maximum der beiden Gauß-förmigen Strahlungsintensitätsverteilungen 3.1 bzw. 3.2 liegt jeweils auf der Strahlachse 10.
Figur 2 zeigt den Strahlengang des Laserstrahls 7 gemäß der Erfindung. Der Laserstrahl 7, der in seinem Querschnitt die Strahlungsintensitätsverteilung 3.1 aufweist, wird von der Fokussiereinrichtung 5 auf die Laserfokusebene 9 fokussiert und von der Strahlteilungseinrichtung 6, hier in Form einer Dachplatte, in zwei Teilstrahlen 19 aufgeteilt und in der Art abgelenkt, dass von den beiden Teilstrahlen 19 in der Bearbeitungsebene 8 der zusammenhängende Laserbrennfleck 18 gebildet wird. Der Abstand der Bearbeitungsebene 8 von der Laserfokusebene 9 entlang der Strahlachse 10 ist hierbei sehr viel größer als die Rayleighlänge des Laserstrahls 7. Die Strahlungsintensitätsverteilung 20 dieses Laserbrennflecks 18 entlang der in der Figur 2 markierten Richtung y weist an den beiden Rändern 21 des Laserbrennflecks 18 zwei scharfe Maxima auf, während sie im Bereich der Strahlachse 10 auf null absinkt.
In Figur 3 sind drei Ausgestaltungsvarianten a, b und c der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsoptik bezüglich der Anordnung von der Kollimationseinnchtung 4, der Fokussiereinrichtung 5 und der Strahlteilungseinrichtung 6 entlang der Strahlachse 10 dargestellt. Die Einkopplung des Laserstrahls erfolgt mittels der Lichtleitfaser 2.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf den Fügestoß 1 1 bzw. die Schweißnaht 15 zwischen den beiden Werkstücken 12 und 13 während des Schweißprozesses mit Zusatzdraht nach dem erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahren. Der Zusatzdraht 14 wird auf den Fügestoß 1 1 gebracht und im Laserbrennfleck 18 aufgeschmolzen. Der Laserstrahl wird in diesem Beispiel einmal in zwei Teilstrahlen geteilt, die jeweils den Teil-Laserbrennfleck 18.1 bzw. 18.2 ausbilden. Der sich aus den beiden Teil-Laserbrennflecken 18.1 und 18.2 zusammensetzende, weitestgehend quadratische Laserbrennfleck 18 ist durch die Länge 17 in Vorschubrichtung und die Breite 16 quer zur Vorschubrichtung gekennzeichnet. Deutlich zu sehen sind die Stellen intensiver Lasereinstrahlung an den beiden parallel zu dem Fügestoß 1 1 angeordneten Rändern des Laserbrennflecks 18, d.h. auf den Randbereichen der zu beiden Seiten des Fügestoßes 1 1 angeordneten Werkstücke 12 und 13, entlang der gesamten Länge 17 des Laserbrennflecks 18.
In analoger Weise ist in Figur 5 die Draufsicht auf den Fügestoß 1 1 zwischen den beiden Werkstücken 12 und 13 während des Schweißprozesses mit Zusatzdraht nach dem erfindungsgemäßen Laserstrahlfügeverfahren bei geometrischer Aufteilung des Laserstrahls in vier Teilstrahlen, die an der zu erstellenden Schweißnaht 15 überlagert werden, zu sehen. In diesem Fall ist der in der Bearbeitungsebene quadratisch geformte Laserbrennfleck 18 aus vier viertelkreisförmigen Teil-Laserbrennflecken 18.1 bis 18.4 der vier Teilstrahlen zusammengesetzt. In diesem Beispiel erreicht die Strahlungsintensität in den vier Eckpunkten des Laserbrennflecks 18 jeweils ein Maximum, während sie im Zentrum des Laserbrennflecks 18 praktisch null ist. Liste der verwendeten Bezugszeichen
2 Lichtleitfaser
3 Strahlungsintensitätsverteilung
4 Kollimationseinrichtung
5 Fokussiereinrichtung
6 Strahlteilungseinrichtung
7 Laserstrahl
8 Bearbeitungsebene
9 Laserfokusebene
10 Strahlachse des Laserstrahls
1 1 Fügestoß
12 Werkstück 1
13 Werkstück 2
14 Zusatzdraht
15 Fügenaht
16 Nahtbreite
17 Einwirklänge des Laserbrennflecks
18 Laserbrennfleck
19 Teilstrahl
20 Strahlintensitätsverteilung entlang der y-Richtung in der Bearbeitungsebene
21 Rand des Laserbrennflecks
x Vorschubrichtung
y Richtung in der Bearbeitungsebene quer zur Vorschubrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Laserstrahlfügeverfahren zum Fügen eines ersten (12) und eines zweiten (13) Werkstückes an einem Fügestoß (1 1 ) unter Verwendung eines Laserstrahls (7), wobei in einer Bearbeitungsebene (8) an dem Fügestoß (1 1 ) und den an dem Fügestoß (1 1 ) positionierten Randbereichen der Werkstücke (12, 13) ein Laserbrennfleck (18) ausgebildet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Defokussieren des Laserstrahls (7) in der Bearbeitungsebene (8) in der Art, dass der Fokus in Richtung des Laserstrahlengangs in einem Abstand größer der Rayleighlänge hinter der Bearbeitungsebene (8) positioniert ist;
Aufteilen des defokussierten Laserstrahls (7) mittels einer Strahlteilungseinrichtung (6) in mindestens zwei Teilstrahlen (19) mit jeweils einer Intensitätsverteilung entlang ihres Teilstrahlquerschnitts, wobei die Aufteilung in der Art durchgeführt wird, dass sich die Teilstrahlen (19) in einem Bereich zwischen der Strahlteilungseinrichtung (6) und der Bearbeitungsebene (8) schneiden, und
Überlagern der Teilstrahlen (19) mit jeweils einem Versatz zueinander in der Bearbeitungsebene (8) zu dem Laserbrennfleck (18), wobei die Strahlungsintensität des Laserbrennflecks (18) in seinem äußeren Randbereich an mindestens zwei auf den zu fügenden Werkstücken (12, 13) auf einer Linie quer zum Fügestoß (1 1 ) jeweils neben demselben gegenüberliegend angeordneten Positionen ein Maximum aufweist.
2. Laserstrahlfügeverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (7) in zwei Teilstrahlen (19) mit gleichartiger geometrischer Form und gleichartiger Strahlungsintensitätsverteilung der beiden Teilstrahlquerschnitte aufgeteilt wird, wobei ein erstes Strahlungsintensitätsmaximum des Laserbrennflecks (18) auf dem ersten Werkstück (12) und ein zweites Strahlungsintensitätsmaximum auf dem zweiten Werkstück (13) angeordnet ist.
3. Laserstrahlfügeverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (7) in vier Teilstrahlen (19) mit gleichartiger geometrischer Form und gleichartiger Strahlungsintensitätsverteilung der vier Teilstrahlquerschnitte aufgeteilt wird, wobei der Laserbrennfleck (18) eine Rechtecks-Form in der Bearbeitungsebene (8) mit jeweils einem Strahlungsintensitätsmaximum in den vier Ecken des Rechtecks aufweist.
4. Laserstrahlfügeverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung (16) quer zum Fügestoß (1 1 ) des durch die Überlagerung der Teilstrahlen (19) erzeugten Laserbrennflecks (18) 30% bis 100% des Durchmessers des Strahlquerschnitts des ungeteilten Laserstrahls (7) in der Bearbeitungsebene (8) entspricht.
5. Laserbearbeitungsoptik zur Durchführung des Laserstrahlfügeverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Kollimations- einrichtung (4), eine Fokussiereinrichtung (5) und eine Strahlteilungseinrichtung (6) aufweist.
6. Laserbearbeitungsoptik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinrichtung (6) transmittierende Elemente zur Aufteilung des Laserstrahls (7) umfasst.
7. Laserbearbeitungsoptik nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlteilungseinrichtung (6) reflektive Elemente zur Aufteilung des Laserstrahls (7) umfasst.
8. Laserbearbeitungsoptik nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Scannereinheit aufweist.
9. Laserbearbeitungsoptik nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Zylinderlinsen zur Skalierung der äußeren Abmessungen (16, 17) des Laserbrennflecks (18) aufweist.
10. Laserbearbeitungsoptik nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (5) und die Strahlteilungseinrichtung (6) in einem optischen Element, aufweisend mindestens eine in Segmente unterteilte, fo- kussierende Grenzfläche zwischen zwei optischen Medien, zusammengefasst sind, wobei die jeweiligen Normalenvektoren auf die fokussierende Grenzfläche in den Segmenten jeweils zueinander um einen Winkel der Strahlablenkung geneigt sind.
EP16714221.5A 2015-03-24 2016-02-29 Laserstrahlfügeverfahren und laserbearbeitungsoptik Withdrawn EP3274121A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015104411.0A DE102015104411B4 (de) 2015-03-24 2015-03-24 Laserstrahlfügeverfahren und Laserbearbeitungsoptik
PCT/DE2016/100088 WO2016150425A1 (de) 2015-03-24 2016-02-29 Laserstrahlfügeverfahren und laserbearbeitungsoptik

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3274121A1 true EP3274121A1 (de) 2018-01-31

Family

ID=55661008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16714221.5A Withdrawn EP3274121A1 (de) 2015-03-24 2016-02-29 Laserstrahlfügeverfahren und laserbearbeitungsoptik

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180071848A1 (de)
EP (1) EP3274121A1 (de)
CN (1) CN107405711A (de)
DE (1) DE102015104411B4 (de)
WO (1) WO2016150425A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018205325A1 (de) * 2018-04-10 2019-10-10 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Laserschweißen von transparenten Werkstücken und zugehörige Laserbearbeitungsmaschine
EP3708289A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-16 FRONIUS INTERNATIONAL GmbH Strahlformungs- und ablenkoptik für eine laserbearbeitungsvorrichtung und verfahren zur bearbeitung eines werkstücks mit hilfe eines laserstrahls
JP6989549B2 (ja) * 2019-03-13 2022-01-05 フタバ産業株式会社 接合体の製造方法
CN110000475B (zh) * 2019-04-08 2020-09-04 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 复合焊连续焊接方法及装置、焊接成品、车体
DE102019206976B3 (de) * 2019-05-14 2020-11-12 Trumpf Laser Gmbh Optisches System zum Erzeugen zweier Laserfokuslinien sowie Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks
CN111975215A (zh) * 2019-05-23 2020-11-24 中国石油天然气股份有限公司 激光加工装置及方法
JP7284014B2 (ja) * 2019-07-10 2023-05-30 株式会社ダイヘン レーザ・アークハイブリッド溶接装置
US11733534B2 (en) 2021-01-21 2023-08-22 AdlOptica Optical Systems GmbH Optics for formation of multiple light spots with controlled spot intensity and variable spot pattern geometry
CN112975113B (zh) * 2021-04-20 2021-08-10 苏州德龙激光股份有限公司 非对称分束激光加工透明材料的装置及其方法
DE102022101091A1 (de) 2022-01-18 2023-07-20 Trumpf Laser Gmbh Schweißoptik mit Strahlformungseinsatz sowie Schweißvorrichtung
CN115166986B (zh) * 2022-06-28 2023-09-08 福建光旭科技有限公司 一种边界清晰的光斑整形光学***

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51128794A (en) * 1975-05-01 1976-11-09 Toshiba Corp Laser processing apparatus
JPS583478B2 (ja) * 1978-03-03 1983-01-21 株式会社日立製作所 レ−ザ加熱方法および装置
DD229332A1 (de) 1984-12-05 1985-11-06 Univ Schiller Jena Verfahren zum fuegen von werkstuecken geringer waerme- und temperaturleitfaehigkeit
US4826299A (en) 1987-01-30 1989-05-02 Canadian Patents And Development Limited Linear deiverging lens
JPH0315632A (ja) * 1988-08-12 1991-01-24 Mazda Motor Corp レーザ肉盛溶接方法
DD288934A5 (de) 1989-10-30 1991-04-11 Univ Schiller Jena Anordnung zur variablen laserstrahlteilung und fuehrung der teilstrahlen
JPH04167989A (ja) * 1990-10-31 1992-06-16 Kobe Steel Ltd ２ビームレーザ溶接法
DE4234342C2 (de) 1992-10-12 1998-05-14 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Materialbearbeitung mit Laserstrahlung
JP2828879B2 (ja) * 1993-08-30 1998-11-25 住友重機械工業株式会社 レーザ加工機
US5393482A (en) 1993-10-20 1995-02-28 United Technologies Corporation Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams
DE19619339B4 (de) 1995-05-26 2005-02-24 BLZ Bayerisches Laserzentrum Gemeinnützige Forschungsgesellschaft mbH Laserstrahl-Bearbeitungsvorrichtung mit zwei Teilstrahlen
US6087619A (en) 1997-05-13 2000-07-11 Fraunhofer Usa Resource Center Dual intensity multi-beam welding system
DE19751195C1 (de) 1997-08-01 1999-04-29 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen mittels Laserstrahlung
DE19961918C2 (de) 1999-12-21 2002-01-31 Highyag Lasertechnologie Gmbh Variables Doppelfokusformungsmodul und Verfahren zu seiner Anwendung
DE10113471B4 (de) 2001-03-19 2005-02-17 Highyag Lasertechnologie Gmbh Verfahren zum Hybridschweißen mittels eines Laserdoppelfokus
JP3753657B2 (ja) * 2001-12-27 2006-03-08 本田技研工業株式会社 ツインスポットパルスレーザ溶接方法および装置
DE10261422B4 (de) 2002-12-30 2014-04-03 Volkswagen Ag Laserschweiß- und lötverfahren sowie Vorrichtung dazu
DE50304494D1 (de) * 2003-10-21 2006-09-14 Leister Process Tech Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen von Kunststoffen mittels Laserstrahlen
JP2006187783A (ja) * 2005-01-05 2006-07-20 Disco Abrasive Syst Ltd レーザー加工装置
JP4648044B2 (ja) * 2005-03-15 2011-03-09 株式会社ディスコ レーザー加工装置
JP2010167435A (ja) * 2009-01-21 2010-08-05 Tokyu Car Corp レーザ溶接方法。
DE102011016579A1 (de) 2011-04-07 2011-11-17 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlschweißen
US9400391B2 (en) 2012-09-27 2016-07-26 Coherent, Inc. Uniformity adjustment method for a diode-laser line-projector

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015104411A1 (de) 2016-09-29
CN107405711A (zh) 2017-11-28
US20180071848A1 (en) 2018-03-15
DE102015104411B4 (de) 2017-02-16
WO2016150425A1 (de) 2016-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015104411B4 (de) Laserstrahlfügeverfahren und Laserbearbeitungsoptik
EP3915715B1 (de) Verfahren und laserschweissvorrichtungen zum tiefschweissen eines werkstücks, mit einstrahlen eines laserstrahls in die von einem anderen laserstrahl erzeugte kapillaröffnung
EP2113332B1 (de) Verfahren und Laservorrichtung zum Bearbeiten und/oder Verbinden von Werkstücken mittels Laserstrahlung mit Leistungswirk- und Pilotlaser und mindestens einem diffraktiven optischen Element
EP2205393B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung
WO2021005061A1 (de) Optische apparatur und verfahren zum laserschweissen eines werkstücks, mit mehreren teilstrahlen, die im strahlprofil eine kernzone und eine ringzone aufweisen
EP2925481B1 (de) Vorrichtung sowie verfahren zur lasermaterialbearbeitung
EP2478990B1 (de) Verfahren zum Einstellen eines Laserlichtspots zur Laserbearbeitung von Werkstücken sowie Laseranordnung zur Durchführung des Verfahrens
EP2429755B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur umfangsbearbeitung eines materialstranges mittels laser
WO2020212175A1 (de) Bearbeitungsoptik, laserbearbeitungsvorrichtung und verfahren zur laserbearbeitung
EP2117762A2 (de) Verfahren und vorrichtung zum laserschweissen
WO2009021716A1 (de) Verfahren zum fügen von mindestens zwei bauteilen mittels laserstrahlung
DE102016201418A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur thermischen Bearbeitung
DE102014203025A1 (de) Verfahren zum Laserstrahlschweißen und Schweißkopf
DE10261422B4 (de) Laserschweiß- und lötverfahren sowie Vorrichtung dazu
EP3651932B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum fügen von mindestens zwei werkstücken
EP4149711A1 (de) Laserschneidverfahren und laserschneidanlage
WO2023285084A1 (de) Schweissoptik zum laserschweissen von werkstücken, mit flexibler einstellung von anzahl und abstand von laserspots über zylinderlinsen, und verwendungen solcher schweissoptik
WO1997043078A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtragen von material mit einem laserstrahl
DE102004050819A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahlbearbeiten
WO2022074094A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen einer definierten laserlinie auf einer arbeitsebene
WO2021074427A1 (de) Verfahren zum fügen von zwei fügepartnern mittels ultrakurzer laserpulse
DE102020105505A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen zweier beschichteter Werkstücke
DE102022002630B4 (de) Laserschweißverfahren
DE102019206976B3 (de) Optisches System zum Erzeugen zweier Laserfokuslinien sowie Verfahren zum gleichzeitigen Bearbeiten zweier einander gegenüberliegender, paralleler Werkstückseiten eines Werkstücks
DE102022121239A1 (de) Strahlweitenveränderungsvorrichtung, Fertigungsvorrichtung zum additiven Fertigen mit einer solchen Strahlweitenveränderungsvorrichtung, Verfahren zum additiven Fertigen mittels einer solchen Strahlweitenveränderungsvorrichtung und Verwendung einer solchen Strahlweitenveränderungsvorrichtung zum additiven Fertigen von Bauteilen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170915

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20190828

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20200512