Laser Groche VL 3 + 4.txt

Card Set Information

Author:
Diana08
ID:
298079
Filename:
Laser Groche VL 3 + 4.txt
Updated:
2015-03-15 10:22:33
Tags:
Zusammenfassend Fügen Umformen Mikrostrukturieren
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Description:
Vl3/4
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  1. Welche Laser-Schweißverfahren lassen sich unterscheiden?
    • Wärmeleitungsschweißen
    • Tiefschweißen
  2. Zeige anhand einer Skizze wie sich die Schmelze beim Wärmeleitungs- und wie beim Tiefschweißen ausbildet!
  3. Wovon ist die Schweißtiefe beim Tiefschweißen und beim Wärmeleitungsschweißen abhängig?
    • Wärmeleitungsschweißen: abhängig von Wärmeleitung
    • Tiefschweißen: von Form der Plasmakapillare
  4. Erkläre die Vorgänge beim Wärmeleitungsschweißen!
    Wann wird es eingesetzt?
    • Werkstoff über die Schmelztemperatur aufgeheizt, aber nur so weit, dass noch kein merklicher Dampfdruck auftritt
    • beim Fügen dünner Werkstücke wie Folien oder Drähte eingesetzt
  5. Erkläre die Vorgänge bei Tiefschweißen!
    • Strahlungsintensität über die für die Verdampfung erforderliche Schwellenintensität erhöht => Dampfkapillare (Keyhole)
    • Absorption der Laserstrahlung im Metalldampf => teilweise Ionisation des Metalldampfes => Metalldampfplasma entstehen
    • Energieeinkopplung deutlich besser => stark zunehmende Schweißtiefe (Tiefschweißeffekt)
    • große Nahttiefen- zu Nahtbreitenverhältnisse von 10:1 und mehr aus
    • eigentliche Schweißprozess durch relative Bewegung des Lasers und damit der Dampfkapillare zumWerkstück
    • an Vorderfront der Kapillare wird Material vollständig aufgeschmolzen
    • Ein Teil umfließt die Kapillare als Schmelze, anderer Teil wird verdampft, kondensiert anschließend und erstarrt an Rückseite der Kapillare zur Schweißnaht
  6. Wovon hängt Keyhole-Geometrie ab?
    Laserstrahl- und Prozessparameter
  7. Was ist Plasma?
    Plasma ist ein ionisiertes Gas (Gasgemisch). Führt man Gasen kontinuierlich Energie (z.B. in Form von elektrischen Strom) zu, so gehen sie in einen Zustand über, in dem neutrale Gasmoleküle angeregt und bei weiterer Energiezufuhr häufig positiv geladene Ionen und negativ geladene Elektronen entstehen. Dieses Gemisch aus neutralen, positiv und negativ geladenen Partikeln bezeichnet man als Plasma.
  8. Trage für einen CO2-Laser die Schweißtiefe über der Laserintensität auf und erkläre den Verlauf!
    Ordne den Bereichen auch Wärmeleitschweißen und Tiefschweißen zu!
    • unter 10^6 W/cm^2 ist der Bereich des Wärmeleitungsschweißens, da die Schweißtiefe nur von der Wärmeleitung abhängig
    • Überschreitet Laserintensität einen bestimmten Schwellenwert, so steigt Schweißtiefe stark an. Bei dieser Laserintensität - der sogenannten Plasmaschwelle -beginnt das Material zu verdampfen und die Plasma- oder Dampfkapillare bildet sich im Werkstück aus. Dies ist der Bereich des Tiefschweißens.
  9. Nenne 5 Charakteristika des Wärmeleitschweißens!
    • vergleichsweise geringe Vorschubgeschwindigkeit
    • hohe Streckenenergie
    • halbkreisförmiger Nahtquerschnitt mit Nahtbreite ≈ 2 x Nahttiefe
    • Nahtoberraupe und Wurzel sehr gleichmäßig
    • Verbindungsschweißen nur für Werkstoffe mit niedrigschmelzender Oxidhaut möglich
  10. Nenne die Teilprozesse des Tiefschweißens (5)!
    • Absorption der Laserstrahlung
    • Wärmeleitung im Werkstück
    • Hydrodynamik in der Schmelze
    • Verdampfung von der Kapillaroberfläche
    • Gasdynamik in der Kapillare
  11. Nenne 4 Charakteristika des Tiefschweißens!
    • hohe Vorschubgeschwindigkeit
    • geringe Streckenenergie => geringer Bauteilverzug
    • großes Nahttiefe-zu-Nahtbreite-Verhältnis
    • Nahtoberraupe und -wurzel sehr gleichmäßig
  12. Was sind die Funktionen der Kapillare (4)?
    • Hohe Absorption durch Mehrfachreflexion
    • Gleichmäßige Erwährmung der Naht über gesamte Blechdicke
    • Entlüftungskanal für Abgase, Vermeidung/ Verminderung der Porenbildung
    • Wechselwirkungsprozesse liefern Signale zur Prozessüberwachung
  13. Wodurch kann die Eindringtiefe der Laserstrahlung beim Tiefschweißen in erster Näherung abgeschätzt werden?
    Rayleigh-Länge
  14. Was muss für die Plasmabildung vorhanden sein?
    Ausreichend hohe Metalldampfdichte
  15. Wodurch erfolgt Abgabe der im Plasma gespeicherten Energie?
    Abgabe der im ionisierten Metalldampf absorbierten Energie erfolgt durch Rekombination von Ionen an der Kapillarwand
  16. Trage in einem Intensitäts-Leistungs-Diagramm die kritische Intensität IB der Plasmabildung auf!
    Wie kommt es zu diesem Verlauf?
    • Mit abnehmender Laserleistung sind höhere Intensitäten erforderlich, um photon-induziertes Plasma zu erzeugen, da Wärmeleitungsverluste im Werkstoff und in der Umgebungsatmosphäre mit abnehmendem Fokusradius ansteigen
  17. Was kann man durch eine Intensitätserhöhung der Laserstrahlung erreichen und was ist dabei zu beachten?
    • Erhöhung der Schweißtiefe
    • ABER:
    • mit zunehmender Laserintensität wird Plasma oberhalb des Werkstückes so stark aufgeheizt, dass es beginnt, das Werkstück gegen einfallende Laserstrahlung abzuschirmen
    • => Plasmaabschirmung
  18. Trage die Schweißtiefe über der Laserintensität auf und erkläre den Verlauf!
    • Wärmeleitungsschweißens (W<106 W/cm2)
    • Tiefschweißen in schmalem Fenster zwischen zwei Grenzintensitäten (Plasmabildung und Plasmaabschirmung)
    • Zunahme der Einschweißtiefe mit Laserintensität

  19. Nenne die 5 Hauptgruppen der Parameter, die Einfluss auf das Laserstrahlschweißen nehmen!
    • Laserstrahlparameter
    • Prozessmedium
    • Umgebung
    • Werkstückparameter
    • Handhabungsparameter
  20. Was wird durch die Parameter beim Laserschweißen alles bestimmt?
    • Art der Schweißung (Wärmeleitungs- und Tiefschweißen)
    • Ausbildung der Dampfkapillare
    • Schweißtiefe
    • mechanisch-technologische Eigenschaften (Zugfestigkeit, Härte u.a.) der Schweißnaht
  21. Stelle den Verläufe der Schweißtiefe über der Intensität von einem CO2-Laser und einem Nd:YAG-Laser gegenüber!
    Worin unterscheiden sie sich?
    • CO2
    • Nd:YAG
    • Intensitätsschwelle zur Bildung der Dampfkapillare liegt wegen der geringeren Absorption für CO2-Laserstrahlung etwa um den Faktor 2 bis 3 über den Werten für Nd:YAG Laserstrahlung.
  22. Was ist der Humping-Effekt?
    Beschreibe auch Skizze!
    • Aufwerfen der Nahtraupe in Form von Tropfen
    • sowohl an Nahtoberraupe als auch an Nahtunterraupe in Form von Nahtdurchhängen
    • stellt die Abkoppelung einer Schmelzanhäufung am Schmelzbadende dar
    • Ausbildung der Humping-Tropfen erfolgt nahezu periodisch
  23. Nenne Ursachen für den Humping-Effekt (4)!
    • Instabilitäten der Strahlkapillare und deren Auswirkungen auf die kapillarnahe Schmelzbaddynamik
    • hohe Schmelzströmungsgeschwindigkeiten aufgrund lokaler Einschnürungen der Schmelzströmung im Bereich der Strahlkapillare
    • ausgeprägte Aufwärtsströmungen der Schmelze
    • Druckstörungen in Schmelzströmung durch geringfügige Veränderungen der Schmelzberandung, die sich aufgrund des flachen Schmelznachlaufs hinter der Strahlkapillare verstärkt fortpflanzen und zu Instabilitäten des Schmelzbades führen
  24. Trage die Laserleistung über der Schweißgeschwindigkeit auf und markiere in diesem Diagramm Bereiche mit bestimmten Fehlerbildern!
  25. Nenne 6 unterschiedliche Nahttypen!
    • Bördelnaht
    • I-Naht
    • Kehlnaht
    • Überlappnaht
    • Axialrundnaht
    • Radialrundnaht
  26. Welche Strahlquellen kommen für welche Aufgaben zum Einsatz?
    • Hauptsächlich CO2-Laser und Nd:YAG-Laser
    • Diodenläser nur Wärmeleitschweißen
  27. Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) eines Nd:YAG-Lasers gegenüber eines CO2-Laser!
    • Vorteile eines Nd:YAG-Lasers:
    • kürzere Wellenlänge => bessere Energie-Einkopplung in Werkstoff
    • Strahlführung über Lichtleiter möglich
    • Nachteile eines Nd:YAG-Lasers:
    • geringere Laserleistung als CO2-Laser
    • höhere Anschaffungskosten
  28. Beschreibe eine Prinzipskizze des Laserstrahlschweißens dünnwandiger Rohre!
  29. Hier sieht man Versagensmuster von geglühten und ungeglühten laserstrahlgeschweißen Rohre. Wie kommt unterschiedliches Versagensmuster zustande?
    ungeglüht ist Schweißnaht so hart, dass sie sich nicht dehnt => Riss rechts und links der Naht
  30. Was muss beim Überlappschweißen von zinkbeschichteten Blechen beachtet werden?
    Auch Skizze!
    • Spalt zw. beiden Blechen, damit schlagartig verdampfendes Zink abfließen kann
    • Zink würde sonst Schweißbad zerstören
  31. Was sind Tailored Blanks?
    • durch Laserstrahlschweißen aus mehreren Einzelblechen zusammengefügt
    • Diese einzelnen Bleche können unterschiedliche Stahlsorten, Oberflächenbeschichtungen und Dicken aufweise
    • Tailored Blanks bieten dem Konstrukteur neue Möglichkeiten zur Gestaltung von Bauteilen.
  32. Was ist Hybridschweißen?
    Auch Skizze!
    Warum das Ganze?
    • zwei Schweißverfahren, z. B. Laserstrahlschweißen und Lichtbogenschweißen, in einer Prozesszone kombiniert
    • Kombination kann Überbrückung von Spalten ermöglichen, da WEZ von anderen nicht-Laser-Verfahren größer ist
    • bessere Nahtoberflächenstruktur
    • beanspruchungsgerechte Metallurgie des Schweißgutes erreicht
  33. Was ist Stanz-Laser-Paketieren?
    • Stanzen und gleichzeitiges Verschweißen von Einzelblechen zu Paketen im Stanzautomat innerhalb der Stanzfolge eines Werkzeuges
    • bei einer definierten Winkelstellung ein pulsförmiges Signal an Laser-Einrichtung weitergeleitet und dadurch ein pulsförmiger Laserstrahl ausgelöst
  34. Mit welchen wichtigen Stoffen ist Eisen nur bedingt bzw. schlecht verschweißbar?
    • Kupfer bedingt
    • Aluminium schlecht
  35. Welches Problem gibt es bzgl. harter Zonen im Werkstoff?
    Durch welchen Faktor wird dieses Problem abgeschätzt und was muss unternommen werden?
    • Problem: Sehr harte Bereiche können in WEZ beim Schweißen von Stählen mit hohen C-Gehälten und hohen Legierungselementanteilen entstehen
    • Lösung: Vorwärmen des Bereiches neben Schweißnaht
    • Faktor: Kohlenstoffäquivalent Ce =x%C + x%Mn + ... => wenn über 0.2% => vorwärmen
  36. Welche Problematik besteht beim Verschweißen von Stahl und Kupfer?
    Wie wird das umgangen?
    • Kupfer hochreflektiv
    • Laserstrahl auf Stahlkomponente gerichter und Wärme über Wärmeleitung in Kupfer
  37. Welche Stoffe werden mit Diodenlaser geschweißt?
    Inwiefern wird Stoff darauf verbereitet?
    • Kunststoff
    • Pigmentierung der Kunststoffe ist dabei sogewählt, dass die Laserstrahlung das Material z.B. eines Tastenfeldes nahezu ungehindert durchdringt, und erst im Material des darunterliegenden Gehäuses absorbiert wird
  38. Welche beiden Lötarten werden unterschieden?
    Quantifiziere den entsprechenden Parameter je nach Art!
    • Weichlöten: T<230°
    • Hartlöten: T>800°
  39. Welche Probleme gibt es beim Löten mit den konventionellen Verfahren (4)?
    • Überhitzung benachbarter Teile
    • Mechanische Spannungen
    • Rissgefahr durch zu hohe Temperaturen
    • hohe Toleranzen wegen mechanisch hoher Toleranzen
  40. Welche Vorteile bietet das Laserstrahllöten gegenüber den konventionellen Verfahren (3)?
    • Wärmezufuhr an Bedarf einzelner Lötstellen anpassbar
    • hohe Lötqualität
    • temperaturempfindliche Bauteile können gelötet werden
  41. Nenne die Phasen des Laserstrahllötens!
    • Laserstrahl erwärmt Lötstelle
    • Laserstrahl erwärmt zugeführtes Lot mit Flussmittel
    • Fertig ausgebildete Lötstelle
  42. Wie kann man die beim Laserstrahllöten reflektierte Strahlung nutzen?
    als Messsignale zur Prozessüberwachung während des Laserstrahlprozesses genutzt
  43. Was sollte man beim Löten neben der Reflektion noch messen?
    Temperatur als wichtigster zu messender Parameter
  44. Woraus setzt sich das Lötzinn zusammen?
    • Zinn/ Blei
    • Flussmittel
    • Oberflächenreiniger
  45. Beschreibe Prinzipskizze des Laserstrahllötens mit Peripheriegeräten!
  46. Nenne die Hauptgruppen der den Laserlötprozess beeinflussenden Parameter (4)!
    • Laser-Parameter
    • Thermophysikalische Eigenschaften
    • Prozessparameter
    • Äußere Einflüsse
  47. Nenne thermophysikalische Eigenschaften (5)!
    • Absorption
    • Leitfähigkeit
    • Wärmekapazität
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
  48. Nenne Prozessparameter beim Laserstrahllöten (6)!
    • Flussmittel
    • Fokussierung
    • Atmosphäre
    • Kontaktbereich
    • Kontaktkraft
    • Strahlbewegung
  49. Nenne wichtige äußere Einflüsse (2)!
    • Oberflächenrauhigkeit
    • Kontamination der Oberflächen
  50. Nenne einen wesenstlichen Vorteil des Laserstrahllötens gegenüber dem Löten mittels Kolben!
    kleinkörnigeres Gefüge, da WEZ kleiner => besseres Abfließen der Wärme
  51. Wie lautet das Prinzip der Elektrogravur?
    • Schwingender Stift erzeugt in kurzen Abständen Funken
    • Material durch Schmelzen und Verdampfen verändert
    • Verwand mit Erodieren, aber nicht im Dielektrikum
  52. Wie lautet das Prinzip der Maschinengravur?
    • Material durch rotierenden Fräser (Fräserstichel) abgetragen
    • Anwendung beim Herstellen von Schildern
  53. Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) der konventionellen Beschriftungs- /Gravurverfahren!
    • Vorteile:
    • einfache Umsetzung individueller Strukturen
    • integration in CNC-Fräsmaschinen
    • Nachteile:
    • teils große Verfahrwege
    • Werkzeugverschleiß
  54. Wie lautet das Prinzip des Prägens?
    • Umformswerkzeug bewirkt durch Druck Verformung auf ebener Werkstückoberfläche
    • Anwendung z.B. bei Prüfstempel zur Kennzeichnung von Werkstücken
  55. Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) vom Prägen!
    • Vorteile:
    • geringe Anschaffungskosten
    • einfache Umsetzung
    • Nachteile:
    • Form durch Werkzeug vorgegeben
    • nur Bearbeitung von ebenen Werkstückflächen möglich
  56. Erkläre das Prinzip des Ätzens!
    • Auftragen von Ätzgrund (Material, das gegenüber Ätzmittel resistent ist) auf zu bearbeitender Oberfläche
    • zu bearbeitende Struktur wird aufgetragen, indem man an betreffenden Stellen Ätzgrund entfernt
    • Oberfläche wird Ätzmittel ausgesetzt
    • Anwendung bei DMS
  57. Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) des Ätzens!
    • Vorteile:
    • Härte und Sprödigkeit sind keine Beschränkung
    • Hohe Präzision (feinste Strukturen machbar)
    • Nachteile:
    • Relativ teuer für Einzelteile
    • Strukturen mindestens so groß wie Materialstärke
  58. Nenne Vor- (2) und Nachteile (2) des Fräsens!
    • Vorteile:
    • höchste Präzision mittels optischer Werkzeugvermessung bei voller Drehzahl
    • höchste Oberflächengüten und Konturgenauigkeiten
    • Nachteile:
    • Kühlung notwendig
    • hohe Anschaffungskosten
  59. Welche 3 Laserbeschriftungstechniken kennst du?
    • Erwärmen: Farbumschlag
    • Schmelzen: veränderte Oberflächenstruktur; Aufwölbung
    • Verdampfen: Gravieren, Materialabtragung
  60. Erkläre das Prinzip der Glasinnengravur!
    • Fokussierung erlaubt Absorption im Inneren eines Glaskörpers
    • => Laserstrahlung führt zu kleinen Rissen
    • Wellenlängen von 1064nm oder 532nm
  61. Welche Beschriftungsarten werden Unterschieden (2)?
    • Beschriftung mittels Maske
    • Strahlablenkungsbeschriftung (Scanverfahren)
  62. Nenne Eigenschaften des Beschriften mittels Maske (3)!
    • sehr schnelle Beschriftung
    • stark begrenztes Beschriftungsfeld
    • Beschriftungssatz schwer veränderbar; wenig flexibel
  63. Nenne Eigenschaften des Strahlablenkungsbeschriftens (3)!
    • beliebig programmierbare Schrift- und Linienzüge
    • Beschriftungsfeld größer als Maskenverfahren; begrenzt durch Fokussieroptik und Ablenksystem
    • langsameres Verfahren
  64. Erkläre den Aufbau beim Beschriften mittels Maske (vor allem wo wird Maske eingebracht)!
  65. Erkläre den Aufbau beim Strahlablkenkungsbeschriften!
  66. Nenne Strahlquellen für das Laserstrahlbeschriften!
    (Jeweils kurz Einsatzbereich und Linienbreiten)
    • Festkörperlaser (Nd:YAG, auch frequenzverdoppelt) hauptsächlich für metallische Oberflächen; Linienbreite 0,1mm
    • CO2-Laser für Nichtmetalle, größere Linienbreite
    • Abtragen dünner Schichten:
    • TEA-CO2-Laser
    • Excimerlaser, geringere Wärmeeinbringung, Linienbreite im -Bereich
  67. Einfach nur anschauen:
  68. Nenne Vor- (10) und Nachteile (1) des Laserstrahlbeschriftens!
    • Vorteile:
    • hoher Kontrast
    • geringe Veränderung der el. oder mechan. Eigenschaften
    • berührungsfrei => verschleiß- und kraftfrei
    • auf alle Werkstoffe anwendbar
    • dauerhafte Beschriftung
    • hohe Auflösung
    • auch für unebene Oberflächen geeignet
    • gut automatisierbar
    • keine Rückstände
    • Nachteile:
    • hohe Anlagenkosten
  69. Welche Fertigungsverfahren werden zur Mikrobearbeitung eingesetzt (4)?
    • Mikrozerspanung
    • Mikroumformung
    • Funkenerosion
    • Laserbearbeitung
  70. Welche verfahrenstechnischen Varianten des Laserabtragens kennst du (4)?
    Erkläre je in einem Satz!
    • Schmelzabtrag: Austrieb der Schemlze durch Gasdruck
    • Mechanische Abtrag: Absprengen der Deckschicht durch Druckwelle
    • Abtrag durch Verdampfen/ Sublimation: Thermischer Abtrag/ Ablation
    • Chemischer Abtrag: Einsatz reaktiver Gase
  71. Nenne ein Verfahren zum chem. Abtrag und erkläre dieses näher!
    • Oxidspanen
    • genug Sauerstoff => Stahl beginnt bei Temperaturen oberhalb von etwa 900°C zu brennen
    • diese Temperatur schon bei relativ geringer Strahlungsleistung
    • bei Verbrennung entstehendes Eisenoxid hebt sich bei geeigneten Prozessparameter ab
    • sehr präzise Bearbeitung, allerdings relativ langsam
  72. Was ist Lasertexturing (Prinzipskizze)?
  73. Welche Abtragprozesse werden beim Laserbohren unterschieden (2)?
    • Abtragen durch Schmelzaustrieb
    • Abtragen durch Abdampfen (Sublimierbohren)
  74. Erkläre die Vorgänge bei Abtragen durch Schmelzaustrieb!
    • auftreffender Strahl schmilzt Werkstoff und verdampft ihn teilweise
    • verdampfende Material expandiert von der Schmelzoberfläche
    • Durch Verdampfungsprozess entsteht Rückstoß auf Schmelzoberfläche ,der zusammen mit Dampfdruck des Materialdampfes über der Schmelze wie Kolben auf am Bohrungsgrund befindliche Schmelze drückt
    • Schmelze am Bohrungsrand nach oben ausgetrieben
  75. Welche Bohrverfahren werden je nach Bohrungtiefe und Durchmesser eingesetzt (3)?
    • Einzelpulsbohren
    • Percussionsbohren
    • Trepanierbohren
  76. Erkläre kurz das Einzelpulsbohren (mit Skizze)!
  77. Erkläre kurz das Percussierbohren (samt Skizze)!
  78. Erkläre kurz das Trepanierbohren (samt Skizze)!
  79. In welchem Mode wird das Einzelpulsverfahren durchgeführt?
    Grundmode TEM00
  80. Mit welchem Mode wird das Mehrfachpulsverfahren durchgeführt?
    Niedermodebetrieb mit hohen Pulsleistungen
  81. Innerhalb welcher Durchmeser wird welches Bohrverfahren eingesetzt?
    • Einzelpulsverfahren: d<0.25mm; Tiefe s<2mm
    • Mehrfachpulsverfahren: d<1mm; s<20mm
    • Trepanierverfahren: 0.5mm<d<10mm
  82. Welche Oberflächenbehandlungen kennst du (3)?
    • Randschichtbehandlung
    • Beschichten
    • Reinigen
  83. Definiere Beschichten (samt 4 möglicher Formen des Beschichtens)!
    • Beschichten ist Aufbringen einer dest haftebdeb Schicht aus formlosen Stoff aus dem...
    • ...gas- oder dampfförmigen Zustand
    • ...flüssigem, breiigem oder pastenförmigen Zustand
    • ... ionisierten Zustand durch elektrolytisches oder chemisches Abscheiden
    • ...festen (körnig oder pulvrig) Zustand
  84. Definiere Stoffeigenschaftsändern (samt 3 möglicher Formen)!
    • Stoffeigenschaftsändern ist das Fertigen eines festen Körpers...
    • ... durch Umlegen
    • ... durch Aussondern
    • ... durch Einbringen
    • von Stoffteilchen, wobei eine etwaige unwillkürliche Formänderung nicht zum Wesen gehört
  85. Erkläre den Verfahrensablauf der meisten Randschichtbehandlungen mit Laserstrahlung, wie Umschmelzen, Verglasen, Legieren und Beschichten!
    • Aufheizen des Werkstücks über die Schmelztemperatur zur Erzeugung eines Schmelzbades
    • Umverteilung der Atome in der Schmelze durch Konvektion und/oder chemische Reaktion in der Schmelze
    • Erstarrung der Schmelze
  86. Nenne die 4 wichtigsten physikalischen Effekte beim Randschichtbehandeln mit Laserstrahlung!
    • Absorption
    • Wärmeleitung
    • Konvektion
    • Schnelle Erstarrung
  87. In welchen Formen kann eine Schmelze erstarren, wenn stark Abgekühlt wird?
    • planar, zellular oder dendritisch
  88. Unterteile die Randschichtbehandlungsverfahren nach der Temperatur und ordne Temperaturbereiche zu!
    • TM = Schmelztemperatur
    • TV = Verdampfungstemperatur
    • Wärmeverfahren T<TM
    • Schmelzverfahren TM<T<TV
    • Plasmaverfahren T> TV
  89. Nenne zwei Wärmeverfahren der Randschichtbehandlung!
    • Umwandlungshärten
    • Anlassen
  90. Nenne 4 Schmelzverfahren der Randschichtbehandlung!
    • Umschmelzen
    • Umschmelzlegieren
    • Verglasen
    • Dispergieren
  91. Nenne 3 Plasmaverfahren des Randschichtbehandelns!
    • Umschmelzen
    • Umschmelzlegieren
    • Verglasen
  92. Was ist Glasieren?
    • Erzeugen eines amorphen (nichtkristallinen) Werkstoffzustands durch schnelle Aufheizung und extrem schnelle Abkühlung
    • Funktioniert nur bei best. Legierungen
  93. Zeige in einer Skizze die Unterschiede der Wärme-, Schmelze- und Plasmaverfahren bei der Randschichtbehandlung!
  94. Erkläre die Vorgänge beim Umwandlungshärten mit Skizze!
    • Ausgangsgefüge durch Laserstrahlung über Austenit-Umwandlungs-Temperatur erhitzt => Austenitbildung
    • zu härtender Berich muss best. Zeit über dieser Temp. gehalten werden [1]
    • anschließende Selbstabschreckung durch Wärmeleitung in das Umgebungsmaterial => Martensitbildung [2]
    • auf Werkstückoberfläche gehärtete Spur [3]
  95. Wozu dienen Härtebehandlungen und auf welchen 2 Wegen wird die Festigkeit physikal. erhöht?
    Dient Behinderung des Gleitens von Versetzungen

    • Festigkeit erhöht durch:
    • Änderung der chem. Zusammensetzung
    • thermische bzw. mechanische Einwirkung während der Verarbeitung
  96. Erkläre das Umwandlungshärten!
    Wann kann es angewendet werden?
    • bei C-Gehalten über 0,2%
    • Erwärmen des Stahl auf 30°C-50°C
    • Kohlenstoff des zementits wird im Austenit gelöst
    • schnelle Abkühlung in Öl, Wasser oder an Luft
    • Umwandlung des Austenits in Martensit
  97. Nenne Eigenschaften des Laserhärtens (6)!
    • Feine martensitische Struktur ohne austenitische Einschlüsse wgn. schneller Aufheizung und Abkühlung
    • Erhöhte Ermüdungsfestigkeit
    • Erhöhte Abriebsfestigkeit
    • Erhöhte Korrosionsbeständigkeit
    • Geringerer Verzug, geringe therm. Spannungen
    • Geringere geometrische Einschränkungen, lokales Härten möglich
  98. Wodurch kann die Absorption der Laserstrahlung beim CO2-Laser erhöht werden?
    • Vorwärmen
    • Oxidieren der Oberfläche
    • Aufrauhen der Oberfläche
    • Beschichten der Oberfläche (sog. Coatings)
  99. Nenne Auswirkungen des Oxidierens von Oberflächen!
    • mit zunehmender Oxidschichtdicke steigt der Absorptionskoeffizient
    • Geschwindigkeit der Oxidschichtbildung und deren Enddicke nimmt mit steigender Oxidationstemperatur zu
    • degressiver Kurvenverlauf durch zunehmende Isolationswirkung der Oxidationsschicht ab ca. 20mm
    • bei sehr hoher Schichtdicke Gefahr des Abplatzens
  100. Nenne Anforderungen an Coatings (4)!
    • leicht und gleichmäßig aufzutragen
    • einfach und möglichst rückstandslos zu entfernen
    • keine schädlichen Bestandteile für Härtungprozeß und Umwelt
    • ausreichende Wärmeleitung
  101. Nenne in der Praxis eingesetzte Coatings (3)!
    Welche Absorptionsgraderöhungen sind möglich?
    • Metalloxidpulver (Cu-Oxid, Fe-Oxid)
    • Kohlenstoff, Graphit (wird z.B. in alkoholischer Suspension aufgespritzt)
    • Phosphatierungen
    • Erhöhung des Absorptionsgrades auf 70-80%
  102. Wie kommt Konvektion in einem Schmelzbad zustande (auch Skizze)?
    • Konvektion durch Temperatur- und Konzentrationsgradienten verursacht, da Temperatur- bzw. konzentrationsabhängige Oberflächenspannung
    • Temperatur an Oberfläche proportional zur eingestrahlten Intensitätsverteilung => Temperaturverteilung => Oberflächenspannungsgradient
    • Oberfläche in Mitte auseinandergezogen => Teilchen vom Zentrum strömen nach außen; Teilchen von unten Strömen nach Oben
  103. Zeige in einem Diagramm, in dem der logarithmierte Temperaturgradient über der Erstarrungsgeschwindigkeit aufgetragen ist, welche Erstarrungsformen auftreten können!
  104. Was bewirkt eine immer schnellere Abkühlung?
    immer feinere Gefügestruktur bis amorphes Gefüge entsteht
  105. In welche beiden Gruppen lassen sich die Schmelzverfahren der Randschichtbehandlung weiter unterteilen?
    • Verfahren ohne Zusatzwerkstoffe
    • Verfahren mit Zusatzstoffen
  106. Was sind die Ziele des Laserstrahlumschmelzens (3)?
    • hohe Härte
    • ausreichende Zähigkeit
    • geringe mittlere Rauhtiefe
  107. In welchen beiden Varianten kann das Laserstrahlumschmelzen durchgeführt werden?
    mit und ohne gezielte Härtesteigerung
  108. Erkläre die Vorgänge beim Laserstrahlumschmelzen (beide Varianten)!
    • Aufschmelzen dünner Randschicht des Werkstoffs
    • gezieltes Abkühlen
    • Erzeugung des gewünschten Gefüges
    • ohne gezielte Härtesteigerung:
    • Verbesserung der Gebrauchseigenschaften durch Auflösung oder Verdampfung nichtmetallischer Einschlüsse (Oxide, Nitride, Sulfide)
    • Homogenisierung oder Kornfeinung des Gefüges
    • mit gezielter Härtesteigerung:
    • insbesondere bei Gusseisen, da Randgefüge aufgrund hoher Abkühlrate als Ledeburit mit hohen Härtewerten und ausreichender Zähigkeit erstarrt
    • hohe Oberflächenspannungen der Schmelze führen zu geringen mittleren Rauhigkeiten
  109. Mit welchen nichtbeschichtenden laser-oberflächenbehandelnden Verfahren können Gusseisen, Stahlwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle bearbeitet werden?
    • Gusseisen:
    • Härten
    • Umschmelzen
    • Stahlwerkstoffe:
    • Härten
    • Nicht-Eisen-Metalle:
    • Gasnitrieren
    • Umschmelzen
  110. Welche Schmelzverfahren mit Zusatzwerkstoffen kennst du in der Oberflächenbehandlung?
    Woran orientiert sich die Unterteilung?
    • Legieren
    • Beschichten
    • Dispergieren
    • Art der Verteilung der eingebrachten Stoffteilchen in der behandelten Randschicht dient Unterteilung
  111. Beschreibe typische zugehörige Konzentrationsverläufe von Zusatz- und Grundwerkstoff, sowie typische Querschliffe von Legierten Werksücken!
  112. Beschreibe typische zugehörige Konzentrationsverläufe von Zusatz- und
    Grundwerkstoff, sowie typische Querschliffe von beschichteten Werksücken!
  113. Beschreibe typische zugehörige Konzentrationsverläufe von Zusatz- und Grundwerkstoff, sowie typische Querschliffe von dispergierten Werksücken!
  114. Stelle kurz die Prizipien von Legieren, Beschichten und Dispergieren gegenüber!
    • Legieren: Grund- und Legierungswerkstoff aufgeschmolzen und vollständig durchmischt
    • Beschichten: möglichst reine Schicht aufgebracht, mit anderen Gebrauchseigenschaften als Grundwerkstoff. Aufmischungsgrad soll minimal sein und metallurgische Verbindung hergestellt werden
    • Dispergieren: Zusatzwerkstoffe in das Schmelzbad eingebracht; homogene Verteilung; Zusatzwerkstoffe nicht zersetzen oder auflösen; Korngröße und Kornform wichtige Eigenschaften des Zusatzwerkstoffs
  115. Wie werden die Randschichtverfahren mit Zusatzstoff hinsichtlich der Stoffeinbringung unterschieden?
    ein- und zweistufige Materialeinbringung
  116. Erkläre den Prozess der einstufigen Materialeinbringung beim Beschichten mit Laserstrahlung (beispielhaft am Zusatzstoff Pulver)! Auch mit Skizze!
    In welcher Form kann Zusatzmaterial vorliegen?
    • Zusatzmaterial direkt in die Bearbeitungszone geführt
    • Zusatz gas-, pulver-, draht- oder pastenförmig
    • Zusatz mit Pulverdüse in Bearbeitungszone eingebracht
    • vom Laserstrahl mit dünner Randschicht des Grundmaterial verschmolzen
    • Bildung schmelzmetallurgischer Verbindung
    • Transport des Pulvers übernimmt inerter Trägergasstrom, der Oxidation während der Beschichtung verhindert
  117. Erkläre den Prozess der zweistufigen Randschichtverfahren mit Laserstrahlung!
    • erst Zusatzwerkstoff mit konventionellen Techniken aufgetragen (meist therm. Spritzverfahren wie Flamm- und Plasmaspritzen)
    • dann verdichten der aufgetragenen Schichten mit Laserstrahlung
  118. Beschreibe Prinzipskizze des Beschichtens von Ventilen!
    Welche Strahlquellen werden genutzt?
    • CO2- oder Diodenlaser
    • Diodenlaser möglich, da WEZ nicht sehr begrenzt sein muss
  119. Welches Ziel hat der Entwurf der Düse beim Pulvergasstrahl?
    • gleichmäßige und kontinuierliche Förderung
    • genaue Dosierung des Pulvers
  120. Welche Pulverdüsenkonzepte haben sich durchgesetzt und wie funktionieren sie?
    • außeraxial (off-axis) bzw. koaxial zum Laserstrahl angeordnete Pulverzufuhr
    • (Mehrfachdüse besteht aus drei off-axis Düsen)
    • off-axis: Freistrahl; möglichst großer Anteil des Pulverstrahls im Laserfokus auf die Werkstückoberfläche
    • koaxial: eine engste Stelle im Pulverstrahl (Pulverstrahltaille); Pulverstrahltaille genau im vom Laserstrahl erzeugten Schmelzbad positioniert => möglichst hoher Pulverwirkungsgrad
  121. Warum ist das Laserstrahlbeschichten für Reperaturarbeiten besonders gut geeignet?
    Schichten bestimmter Dicker aufgrund exakt einstellbarer Fokusabmessungen und Intensitäten herstellbar
  122. Was ist das Ziel des Legierens?
    Aufbringen von Zusatzstoffen auf preiswerte Grundwerkstoffe zur räumlich begrenzten Veredelung
  123. Was sind die Vorteile des Laserstrahl-Legierens gegenüber konventionellen Verfahren?
    • kürzere Prozesszeiten
    • Möglichkeit der lokalen Bearbeitung beanspruchter Bereiche
  124. Welche Verfahrensvarianten des Legierens mittels Laserstrahlung werden nach welchem Aspekt unterschieden?
    • Je nach Aggregatzustand:
    • Einschmelzlegieren
    • Gaslegieren
  125. Nenne Eigenschaften vom Gaslegieren!
    • gute Durchmischung von Grundwerkstoff und festem bzw. flüssigem Legierungszusatz
    • Konzentration und Zusammensetztung in Abhängigkeit von Legierungstiefe einstellbar
  126. Welche Gaslegierungen kennst du?
    Welche Stoffe werden hierfür genutzt?
    • Karburieren (C, Methan)
    • Nitrieren (N, Ammoniak)
  127. Was ist das Problem beim konventionellen Gaslegieren von Titan-Nitrid?
    Welche Vorteile bietet das Laserstrahl-Legieren und aufgrund welches Vorganges?
    • Problem konv.:
    • Große Bildungszeiten von Titannitrid aufgrund langsamer Massendiffusion
    • Vorteile Laser:
    • Aufschmelzen der Oberfläche
    • Reaktion in der Schmelze in stickstoffhaltiger Atmossphäre zu TiN
    • TiN entsteht innerhalb kurzer Zeit aufgrund der schnellen Konvektion in Schmelze
    • Stufenlose Einstellung der Härte
  128. Welche allgemeine Anforderung wird an Strahlquellen zur Oberflächenbehandlung gestellt und warum?
    • hohe Ausgangsleistung
    • Grund: Bearbeitung von Flächen => großer Brennfleck erforderlich um Wirtschaftlichkeit zu erreichen
  129. Welche Strahlquellen werden zur Oberflächenbehandlung eingesetzt? Nenne auch Eigenschaften (Leistung, Einsatz, andere Charakteristika)!
    • Nd:YAG:
    • Leistung von 500W... 5kW
    • aufgrund höher Leistungsklassen auch zunehmend für Härten und Beschichten
    • keine absorbierende Deckschicht erforderlich
    • aufgrund wellenlängenbasierter Einkopplung auch Al und Cu
    • CO2-Laser:
    • 2,5k... 25kW
    • meist quergeströmt, da höhere Leistung als längsgeströmt
    • (dadurch zwar geringere Fokussierbarkeit, aber für Oberflächenbehandlung egal)
  130. Trage in einem Leistungsdichte-Wechselwirkungszeit-Diagram die Verfahren Flächenabtrag/Reinigen, Formabtrag/Strukturieren, Bohren, Schneiden, Schweißen, Härten!
  131. Was für Laser sollten warum fürs Abtragen und Reinigen genutzt werden?
    • sogenannte Kurzpulslaser, da höhere Leistungsdichten und wesentlich kleinere Wirkzeiten als bei anderen Verfahren
    • => gütegeschaltete Nd:YAG-, TEA-CO2- und Excimer-Laser
  132. Wann werden welche Laserstrahlquellen fürs Abtragen und Reinigen benutzt?
    • CO2-Laser: hohe Abtragraten, hauptsächlich stationäre Anlagen
    • Festkörperlaser: mobile und kompakte Geräte, insbesondere in Verbindung mit Lichtwellenleitern
    • Excimer-Laser: Spezialanwendungen, Mikrotechnik
  133. Welche Vorteile bietet Laserabtragen gegenüber konventionellen Reinigungsverfahren?
    • zu entfernende Schichten (z.B. Farbe) nicht angelöst, sondern abgehoben => kein Verschmieren
    • keine Chemikalien oder abrasive Partikel
    • einzige Abfallprodukt ist abgetragene Schicht, die durch Filtersystem aufgefangen wird
    • berührungsfrei => für empfindliche Gegenstände geeignet
    • für schlecht zugängliche Orte geeignet
  134. Wofür steht LIPS? Erkläre!
    • Spektralanalyse des Plasmadampfens während der Reinigung
    • Schichterkennung durch Abgleich des aktuellen Spektrums mit zuvor aufgenommenen Referenzspektren
    • genaue Positionsbestimmung und somit Prozessregelung möglich
  135. Erkläre den prinzipiellen Aufbau des LIPS-Verfahrens (Skizze)!
  136. Definiere Laserstrahlumformen!
    flexibles, werkzeugloses Fertigungsverfahren, das ohne Verwendung äußerer Kräfte zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe eingesetzt werden kann
  137. Nenne Haupteinsatzgebiete des Laserstrahlumformens (3)!
    • exakte räumliche Formgebung von Blechen und Profilen
    • maßgetreues Richten von verzogenen geschweißten Konstruktionen
    • hochgenaues Justieren sehr klein dimensionierter Aktoren in Mikroelektronik
  138. Welche Lasertypen werden fürs Laserstrahlumformen eingesetzt?
    • im Prinzip alle gängigen Lasertypen und Lasersysteme
    • zur Zeit der CO2-Laser am häufigsten (hohe Strahlleistung und sehr hoherWärmeeintrag => Umformeffektivität
    • gleiche Anlagen wie für Laserstrahlschweißen und -schneiden
  139. Nenne mögliche Bauteillängen und -dicken beim Laserstrahlumformen!
    Bereich mehrerer Zentimeter bis etwa 1 Meter Bauteillänge bei Blechdicken von 0.5 bis 5 mm
  140. Welche drei Mechanismen werden beim Laserstrahlumformen unterschieden (auch Skizze der Temperaturgradienten)?
    • Temperatur-Gradienten-Mechanismus (TGM)
    • Knickmechanismus (KM)
    • Stauchmechanismus (SM)
  141. Erkläre den Temperatur-Gradienten-Mechanismus (TGM)!
    • hohe Vorschubgeschwindigkeiten => inhomogenes Temperaturfeld (Temp. an Oberseite wesentlich höher als an Unterseit
    • Gradient der plastischen Dehnung über die Blechdicke: an Oberseite deutlich mehr gestaucht als an Unterseite)
  142. Erkläre den Knickmechanismus!
    • Strahldurchmesser des Lasers etwa um Faktor 5 bis 10 größer als Blechdicke
    • wenn sich bei geringen Vorschubgeschwindigkeiten
    • homogenes Temperaturfeld einstellt und laterale Ausdehnung der erwärmten Zone deutlich größer ist als Blechdicke
    • aufgeheizte Bereich wird hierdurch instabil => Knicken
    • Ausknickrichtung durch Vorkrümmung des Blechs festgelegt (also sowohl zum Laser hin als auch von ihm weg)
  143. Erkläre den Stauchmechanismus (SM)!
    • Behinderung der Ausdehnung in Längsrichtung
    • beruht auf möglichst homogenen Temperaturfeld
    • laterale Ausdehnung der erwärmten Zone in Größenordnung der Blechdicke
    • In Umformzone zeigt sich homogene Verteilung der plastischen Dehnung Blechdicke
    • => keine Winkelausbildung sondern Verkürzung des Bleches
  144. In wiefern sind die Laserumformverfahren zum Knicken konventionellen Verfahren überlegen?
    kein Rückfedern
  145. Beschreibe die einzelnen Stadien des TGM (auch Skizze)!
    • Stadium A: Erwärmung an Einstrahlseite bedingt thermische Expansion der oberen Seite => Gegenbiegung des Bleches
    • Stadium B: zunehmende Temperatur => sinken der Fließspannung an Einstrahlseite => weitere thermische Expansion direkt in eine plastische Stauchung des Werkstoffes umgewandelt (auch Gegenbiegung wird abgebau)
    • Stadium C: Bestrahlungsende => Ablühlen => Kontrahieren => da thermischen Dehnungen an Oberseite zum Großteil in plastische Stauchungen überführt wurden, verkürzt sich Oberseite des Bleches beim Abkühlen stärker als Unterseite
    • => Der Biegewinkel beginnt sich auszubilden.
    • Stadium D: Endbeigewinkel bei Umgebungstemperatur
  146. Nenne die drei Hauptgruppen der Paramenter, die beim Laserstahlumformen den größten Einfluss haben!
    • Werkstoffparameter
    • Lasersystem Parameter
    • Parameter der Bauteilgeometrie
  147. Erkläre das Rapid Prototyping von umgeformten Blechkontruktionen!
    • NC-Daten zum Konturschneiden sowie die Biege- und Maßroutinen aus den CAD-/CAM-Daten generiert
    • Kontur des Prototyps lasergeschnitten
    • Kanten nacheinander mit integrierten Biege- und Messregelungen gebogen
    • Abstand und somit Winkelzuwachs mittels eines Lasertriangulationssensors gemessen
  148. Welche Biegeradien sind mit dem Laserstrahlumformen realisierbar? Welche Biegewinkel?
    Wie werden große Radien hergestellt?
    • Biegungen bis 180° möglich
    • minimaler Biegeradius etwa zweifaches der Blechdicke
    • paralleler Versatz der Laserstrahlüberfahrten => beliebige Radien möglich
  149. Was ist Laserstrahljustierung?
    Wann verwendet?
    • sehr genau zu positionierende Bauelemente werden nicht direkt sondern mit zwischengeschaltetem Aktor montiert
    • Montage erfordert keine hohe Genauigkeit
    • Nach Montage wird Aktor durch Laserbestrahlung so umgeformt, dass das daran befestigete Bauelement genau positioniert wird
  150. Nenne einige Umformverfahren, die laserstrahlunterstützt bessere Ergebnisse liefern! Erkläre je die Vorgehensweise der Laserstrahlunterstützung!
    • Ziehringloses Drahtziehen: Erwärmen des Drahtes unter Zugspannung
    • Tiefziehen: Lokale Erwärmung bestimmter Bereiche (besseres Nachfließen)
    • Kragziehen: Direkte Erwärmung desm Bauteils im geschlossenen Werkzeug
    • Stanzen: Erwärmung so lokal, schnell und maximal wie möglich
    • Napf-Rückwärts-Fließpressen
    • Drücken: Erwärmung ermöglich höhere Umformgrade
    • Biegen, Walzprofilieren: Erwärmng zur reduzierung der Fließspannung
  151. Wie geht man beim laserstrahlunterstütztem Tiefziehen vor?
    • Einsatz transparenter Werkzeuge (Saphir)
  152. Wie geht man beim laserstrahlunterstütztem Kragenziehen vor?
    • Verringern stark belasteter Bereiche um Umformgrad zu erhöhen
  153. Durch welches Optische Mittel kann ein Ringförmiger Fokus erstellt werden? (auch Prinzipskizze)
    • Axikon
  154. Erkläre die besondere Wignung des Lasers zur Unterstützung beim Walzprofilieren!
    • Umformung nur in begrenztem Bereich
    • Laser bringt nur lokalen Wärmeeintrag
    • Reduzierung der Fließspannung
    • Unterstützung durch Laser ermöglicht Umformen hochfester und auch spröder Werkstoffe

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