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Helmut Hügel, Thomas Graf
Laser in der Fertigung
Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren
2. Auflage, 404 Seiten, 400 schw.-w. Abb., Paperback
Teubner B.G. GmbH | ISBN: 383510005x
| |  | 39.90 EUR |  | | |
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Vorwort"Einhergehend mit der zunehmenden Verbreitung und Bedeutung des Lasers in der industriellen Fertigung steigt auch der Bedarf an qualifizierten Mitarbeitern, die den Einsatz dieses Werkzeugs bereits bei der Konstruktion eines Werkstücks und der Planung des Fertigungsablaufs in Betracht ziehen können. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, entsprechende Studienangebote auf dem Gebiet des Maschinenbaus zu schaffen, um insbesondere Konstrukteure und Fertigungstechniker mit der Lasertechnik ver...
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Laser in der Fertigung Dieses Lehrbuch führt zum einen in die Lasertechnik und die Erzeugung von Laserstrahlung ein, legt jedoch den Schwerpunkt deutlich auf die Anwendung von Laserstrahlung in der Fertigungstechnik. Ausgehend von den Eigenschaften des Laserlichtes und den verschiedenen Strahlquellen, Lasertypen und Systemen werden einzelne Fertigungsverfahren wie Schneiden, Bohren, Schweißen, Härten oder auch Beschichten unter dem Blickwinkel betrachtet, wie dabei Laserstrahlung ... [weiter lesen] |
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Die Autoren Prof. Dr.-Ing habil. Helmut Hügel, Emeritus und ehem. Direktor des Instituts für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart. Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf ist Direktor des Instituts für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart. [weiter lesen] |
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Inhalt
1 Einführung: Strahlwerkzeug Laser 1
2 Das Werkzeug 8
2.1 Ausbreitung und Charakterisierung von Laserstrahlen 8
2.1.1 Die Energie des elektromagnetischen Feldes 9
2.1.2 Elektromagnetische Wellen 10
2.1.3 Die Intensität elektromagnetischer Wellen 14
2.1.4 Die Kohärenz 15
2.1.5 Paraxiale Wellen 16
2.1.6 Durchmesser und Divergenz von Laserstrahlen 22
2.1.7 Die Beugungsmaßzahl 24
2.1.8 Berechnung der Strahlausbreitung mit Hilfe der Strahlmatrizen 26
2.1.9 Die Fokussierung von Laserstrahlen 33
2.1.10 Licht im absorbierenden Medium 39
2.2 Erzeugung von Laserstrahlung 40
2.2.1 Die Energiequantelung 41
2.2.2 Die diskreten Energiezustände atomarer Systeme 43
2.2.3 Absorption und Emission von Licht 45
2.2.4 Erzeugung der Laseraktivität 48
2.2.5 Der Laser-Resonator 55
2.2.6 Betriebsarten von Lasern 57
2.3 Strahlquellen für die Fertigung 58
2.3.1 Festkörperlaser 58
2.3.2 Gaslaser 73
2.4 Systemtechnik 81
2.4.1 Optische Komponenten zur Strahlfuhrung und Strahlformung 81
2.4.2 Gasdynamische Komponenten 99
2.4.3 Bearbeitungsstationen 105
2.4.4 Laserintegration in Werkzeugmaschinen 110
3 Grundlagen der Wechselwirkung Laserstrahl/Werkstück 114
3.1 Energieeinkopplung 116
3.1.1 Energiebilanz in der Wechselwirkungszone, Wirkungsgrade 116
3.1.2 Energiedeposition im Werkstück 119
3.1.3 Fresnelabsorption 121
3.2 Wärmewirkungen im Werkstück 137
3.2.1 Wärmeleitungseffekte 138
3.2.2 Phasenübergänge 148
3.3 Modifikation der Energieeinkopplung durch laserinduzierte Plasmen 152
3.3.1 Entstehung und optische Eigenschaften laserinduzierter Plasmen 152
3.3.2 Dynamische Effekte 158
3.4 Streu-und Absorptionsvorgänge an Partikeln 164
3.4.1 Extinktion von Laserstrahlung 167
3.4.2 Auswirkungen auf die Energieeinkopplung 167
3.5 Absorption an Molekülen 169
3.6 Abschätzung erzielbarer Prozessergebnisse aus der Energiebilanz 171
4 Verfahren 174
4.1 Schneiden 174
4.1.1 Verfahren 175
4.1.2 Energiebilanz und daraus ableitbare Prozessergebnisse 178
4.1.3 Einfluss der Laserstrahleigenschaften 187
4.1.4 Schmelzeaustrieb 196
4.1.5 Qualitätsaspekte 208
4.2 Schweißen 213
4.2.1 Schwelle: Wärmeleitungs/ Tiefschweißen 214
4.2.2 Verfahrensprinzip 220
4.2.3 Energieeinkopplung an der Kapillarwand 223
4.2.4 Fluidmechanische Effekte im Schmelzbad 230
4.2.5 Einfluss der Umgebungsatmosphäre 242
4.2.6 Prozessergebnisse 247
4.2.7 Prozessinstabilitäten 262
4.2.8 Modifikationen des Schweißprozesses 266
4.3 Laserstrahlverfahren zur Oberflächenmodifikation 274
4.3.1 Martensitisches Randschichthärten 277
4.3.2 Beschichten 306
4.4 Bohren und Abtragen 329
4.4.1 Thermische Ablation 331
4.4.2 Bohren 352
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| REGISTER | öffnen |
6 Sachwortverzeichnis
AABCD-Gesetz 33
Abdampfmodell 337
Aberration 87
Absorption. .2, 46, 83, 153, 154, 164, 169, 286, 314
Absorptionsgrad 116, 126, 183
Absorptionsindex 40, 120
Absorptionskoeffizient 39, 119, 154, 165
Absorptionslänge 120, 131, 331
Abtragen 329, 370, 378
Abtragsrate 336, 338
aerodynamisches Fenster 100
Anregung 50
Apertur numerische 69, 97
Astigmatismus 88
Auswurf 264
Axicon 293
BBearbeitungskopf 104
Bearbeitungsstation 81, 105
Beersches Gesetz 39, 119, 165
Beschichten 274, 306
Besetzungsinversion 48
Beugungsmaßzahl 24, 170, 193, 255
Bohren 329, 352
Brechungsindex 11, 40, 120, 156, 165
Brennschneiden 177, 179, 209
Brewsterwinkel 123, 127
CC 02 -Laser 74
cw Betrieb 57, 63
DDampfdruck 336
Dampfkapillare 134, 214, 269
Dauerstrichbetrieb 57
Defokussierung 157, 244, 290
Diffusionskühlung 53
Diffusionslänge thermische 140
Diodenlaser 71
Dispergieren 277
Dispersionsrelation 10
Divergenz 16, 22, 24, 36
Doppelfokustechnik 267
Drei-Niveaux-Laser 52, 59, 65
Durchbruch 163, 350
Düse 99, 196, 197, 198, 309
Düsenabstand 200, 212
EEindringtiefe optische 120
- thermische 140, 330, 331
Einfallsebene 122
Einfallswinkel 67, 123
Einhärtetiefe 289, 292
Einkoppelgrad.... 116, 132, 185, 194, 214, 225, 315
Einzelpulsbohren 353, 354
Elektromagnetische Kraft 265, 270
Elektromagnetische Wellen 10
Elektronendichte.. 152, 153, 160, 346
Elektronentemperatur 153
Emission 45
- spontane 47
- stimulierte 47
Energieeinkopplung 116, 152, 167, 179, 223, 228, 285, 313
Energieflussdichte 9, 226
energiespezifisches Volumen 172, 185, 248, 319, 345
energiespezifsiches Volumen 282
Energiezustand 43
Excimerlaser 79
Extinktion 165, 167, 313, 363
Extinktionskoeffizient 165
FFacettenspiegel 292
Faserlaser 67
Festkörperlaser 58
Fokuslage 35, 87, 92, 191, 196, 212, 259, 357
Fokussierung 33, 84, 157, 243, 254
Fokussierzahl 36, 219, 256, 258
Fresnelabsorption 121, 220, 225
GGasentladung 50, 73
Gaslaser 73
Gasstrahl 175, 375
Gaußstrahl 16, 20, 22, 33
Glasfaser 67, 97
Glasieren 275, 277
Glimmentladung 76, 79
Güteschaltung 57
HHärten 275, 276, 277
Hochgeschwindigkeitsschneiden Siehe Kapillarschneiden
Humping 264, 265, 266, 267, 268, 271, 394
Hybridschweißen 267
IIntensität 2, 14, 16, 38, 116
Isophoten 38
KKaleidoskop 292
Kapillare Siehe Dampfkapillare
Kapillarkollaps 263, 268, 271
Kapillarschneiden 178, 194
Kohärenz 15
Kolbenmodell 337
Kollaps Siehe Kapillarkollaps
Konvektionskühlung 54
Krater Siehe Schmelzekrater
LLaserspanen 378
Lavaldüse 103, 197, 202
Legieren 275, 277
Leistungsdichte 2, 116, 338
Lichtgeschwindigkeit 11
Linse 82
- dünne 33
- thermische 53, 85
LSA-Wellen 158
LSC-Wellen 159
LSD-Wellen 159
MMarangoni-Effekt 235, 237
Marangoniströmung 214, 312
Maskenabbildungsverfahren 371
Materialabtrag Siehe Abtragen
Maxwell'sche Gleichungen 9
Metalldampfplasma Siehe Plasma
Moden 15
- Hermite-Gauß 17
- Laguerre-Gauß 18
Modenkopplung 57
Moment zweites 22
NNahtgeometrie 254
OOberflächenspannung 150, 207, 220, 226, 235, 267, 312, 342
Oxidation 128, 177, 179, 221, 288, 310, 375
Oxidschicht 177, 181, 237, 287, 379
PParaxiale Wellen 16
Perkussionsbohren 353, 361
Phasendeformation 84, 91, 156
Photon 43
Plasma 152, 160, 221, 228, 242, 243, 272, 331, 346, 362, 366
Polarisation 5, 12, 121, 133, 189, 226, 260, 288, 350, 352
- lineare 13
- radiale 192
- zirkulär 14
- zirkuläre 191
Poren 263, 268, 271, 308
Poynting-Vektor 9
Prozessinstabilität 262
Prozesswirkungsgrad. .118, 161, 172, 185, 248, 293, 302, 319
Pulverdüse 309, 314
Pulverförderrate 316
Pumpen 50
QQualität 6, 115, 208, 262, 327, 330, 353
RRayleigh-Länge 21
Reflexionsgrad 83, 116, 124, 131
Reflexionskoeffizient 122
Resonator 55
Rubinlaser 58
SScanner-Optik 95, 107, 368
Scheibenlaser 64
Schmelzeaustrieb 180, 196, 340
Schmelzefilm 179, 207, 233, 330, 331, 340, 353
Schmelzekrater 343, 348, 353
Schmelzkrater 330
Schmelzschneiden 177, 184
Schneiddüse Siehe Düse
Schneiden 174
Schneidgeschwindigkeit 174, 189
Schnittfront 133, 175, 179, 190, 192, 204
Schnittfuge 175, 209
Schnittqualität 177, 208
Schnittspalt Siehe Schnittfuge
Schockhärten 275, 276
Schrägeinfall 117, 288
Schweißen 213
Schweißgeschwindigkeit 232, 258, 262
Schwelle 183, 214, 375
Schwellintensität 164
Schwingspiegel Siehe Scanner-Optik
Selbstabschreckung 276
Selbstfokussierung 226, 243
Slablaser 60
Spanendes Abtragen 378
Spiking 224
Stablaser 60
Strahlaufweitung 90, 243
Strahlausbreitung 20, 26, 88, 157, 242
Strahldivergenz Siehe Divergenz
Strahldurchmesser 22
Strahlformung 81
Strahlfuhrung 81
Strahlmatrizen 26
- Brechung 29, 31
- dünne Linse 32
- geradlinige Propagation 29
- GRIN-Linse 31
- Reflexion 29, 30
Strahlparameter komplexer 21
Strahlparameterprodukt. .24, 36, 170, 187, 195, 219, 256
Strahlpropagation Siehe Strahlausbreitung
Strahlqualität Siehe Beugungsmaßzahl
Strahlqualitätszahl 89
Streckenenergie 147, 173, 247, 253, 318
Strukturieren 370, 378
Sublimierschneiden 177
TTeleskop 90
Tiefschweißen 214
Totalreflexion 67
Transmissionsgrad 116, 131, 313
Transmissionskoeffizient 122
Trepanierbohren 353, 368
UUmschmelzen 275, 277
VVerdampfung 149, 158, 185, 214, 331, 336, 366
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