Schweißen und Löten mit Festkörperlasern

1 Einleitung.- 2 Laserstrahlerzeugung.- 2.1 Eigenschaften des Laserstrahles.- 2.1.1 Kohärenz.- 2.1.2 Gaußsche Optik.- 2.1.3 Modenstruktur.- 2.1.4 Zeitlicher Impulsverlauf.- 2.1.5 Einfluß des Strahlenganges auf die Leistungsdichte.- 2.1.6 Linsenfehler.- 2.2 Optische Schalter.- 3 Laserarten.- 3.1 Festkörperlaser.- 3.1.1 Rubinlaser.- 3.1.2 Nd-Laser.- 3.1.2.1 Thermische Einflüsse beim Nd-Laser.- 3.1.2.2 Aufbau von Nd-Laseranlagen.- 3.1.3 Weiterentwicklung der Festkörperlaser.- 3.1.3.1 Mehrfachresonatoren (Multi-rod-systems).- 3.1.3.2 Parallel angeordnete Laserstabsysteme.- 3.1.3.3 Slablaser.- 3.1.4 Diodenlaser und andere Festkörperlaser.- 3.2 Gaslaser.- 3.2.1 CO2-Laser.- 3.2.2 CO-Laser.- 3.2.3 Excimerlaser.- 4 Einsatz des Lasers zum Schweißen.- 4.1 Verfahrensmerkmale des Schweißens mit Festkörperlasern.- 4.2 Vergleich des Laserschweißens mit alternativen Fügeverfahren.- 4.2.1 Laserschweißen im Vergleich mit anderen Schweißverfahren.- 4.2.1.1 Widerstandsschweißen.- 4.2.1.2 Ultraschallschweißen.- 4.2.1.3 Thermokompressionsschweißen.- 4.2.1.4 Wolfram-Inertgas-Schweißen(WIG).- 4.2.1.5 Plasmaschweißen.- 4.2.1.6 Elektronenstrahlschweißen.- 4.2.1.7 Zusammenfassung des SchweißverfahrenVergleiches.- 4.2.2 Laserschweißen im Vergleich zur Löt- und Klebtechnik..- 4.2.2.1 Hart- und Hochtemperaturlöten.- 4.2.2.2 Weichlöten.- 4.2.2.3 Kleben.- 4.3 Anwendungsbeispiele des Laserschweißens.- 4.3.1 Laserpunktschweißen.- 4.3.2 Lasernahtschweißen.- 5 Prozeßyerlauf beim Laserschweißen.- 5.1 Verlauf der Absorption beim Laserpulsschweißen.- 5.1.1 Der Stichlocheffekt beim Schweißen mit Impulslasern.- 5.1.2 Plasmaausbildung bei kontinuierlichen CO2- und Nd-Lasern.- 5.1.3 Plasmaausbildung bei gepulsten Nd-Lasern.- 6 Einfluß der Prozeßparameter.- 6.1 Leistungsdichte.- 6.2 Impulsfolgefrequenz.- 6.3 Laserimpulsverlaufsteuerung.- 6.4 Einfluß der Modenstruktur.- 6.5 Defokussierung.- 6.6 Werkstoffparameter.- 6.6.1 Die Einfluß der Absorption.- 6.6.2 Wärmeabfuhr.- 6.6.2.1 Wärmestrahlung und -konvektion.- 6.6.2.2 Energien der Phasenübergänge.- 6.6.2.3 Energieabfuhr durch Wärmeleitung.- 6.6.3 Energieausnutzung.- 6.6.4 Temperaturfeld-Berechnung.- 6.7 Einfluß von Schutzgas bzw. Vakuum auf den Laserschweißprozeß.- 6.7.1 Einfluß von Schutzgas.- 6.7.2 Einfluß verminderten Druckes.- 6.8 Nahtschweißen.- 6.3.1 Schweißfehler.- 6.8.2 Dichtschweißen.- 6.8.3 Nahtschweißen mit HochleistungsFestkörperlasern.- 6.9 Laserauftragsschweißen.- 6.10 Einfluß der konstruktiven Gestaltung auf das Schweißergebnis.- 6.10.1 Blech und blechähnliche Verbindungen.- 6.10.1.1 Zulässige Stoßtoleranzen beim Punktschweißen von Blechen.- 6.10.2 Draht-Draht- und Draht-Blech-Verbindungen.- 6.10.2.1 Zulässige Toleranzen bei Drahtverbindungen.- 6.11 Zusammenstellung von Strahlparametern zum Laserpunkt- und -nahtschweißen.- 6.11.1 Laserschweißen von Blechen bzw. Bändern.- 6.11.2 Laser-Schweißen von Drahtverbindungen.- 7 Metallurgie des Lasersehweißens.- 7.1 Erstarrungsprozeß und Gefüge beim Laserstrahlpulsschweißen.- 7.1.1 Wärmezyklus beim Laserschweißen.- 7.1.2 Erstarrung und Gefüge.- 7.2 Schweißfehler - Ursachen und Vermeidung.- 7.2.1 Ursachen von Schweißfehlern.- 7.2.2 Heiß- und Kaltrisse.- 7.2.3 Versprödung und Porosität durch Gas.- 7.2.4 Mikroporosität infolge Phasenumwandlung.- 7.2.5 Verdampfung von Legierungskomponenten.- 7.2.6 Einflüsse von Überzügen auf das Aufschmelzverhalten.- 7.3 Laserschweißeignung der Werkstoffe.- 7.3.1 Laserschweißeignung von Metallen.- 7.3.2 Schweißeignung von Metallkombinationen.- 7.3.3 Schweißen von Nichtmetallen.- 7.3.3.1 Kunststoffe.- 7.3.3.2 Keramik und Glas.- 8 Laserlöten.- 8.2 Laserweichlöten.- 8.2.1 Löten von elektronischen Baugruppen.- 8.2.1.1 Herkömmliche Lötverfahren.- 8.2.3 Vor- und Nachteile des Laserlötens von elektronischen Bauelementen.- 8.3 Beispiele des Laserweichlötens.- 8.4 Laserhartlöten.- 8.5 Laserhochtemperaturlöten.- 9 Ermittlung der Laserstrahlparameter.- 9.1 Meßsysteme zur Erfassung der Strahlparameter.- 9.1.1 Messung der Leistung.- 9.1.2 Meßmethoden für den Fokusdurchmesser und die Energieverteilung.- 10 Qualitätssicherung von Lasersehweißverbmdungen.- 10.1 Qualitätsplanung.- 10.2 Qualitätssicherungsmaßnahmen vor dem Schweißen.- 10.3 Prozeßkontrolle und -regelung.- 10.3.1 Plasmadynamik und Strahlreflexion.- 10.3.2 Schallemission.- 10.4 Qualitätskontrollkarten.- 10.5 Prüfung von Schweißverbindungen.- 10.5.1 Metallographie.- 10.5.1.1 Präparation für metallographische Untersuchungen.- 10.5.1.2 Lichtmikroskopie.- 10.5.1.3 Elektronenmikroskopie.- 10.5.1.4 Röntgenographische Untersuchungen.- 10.5.1.5 Elektronenstrahlmikroanalyse (EMS-Analyse).- 10.5.2 Ultraschallprüfung.- 10.5.3 Visuelle Inspektion.- 10.5.4 Festigkeitsprüfungen.- 10.5.5 Härteprüfung.- 10.5.6 Elektrische und thermische Leitfähigkeitsprüfung.- 11 Strahlubertragung durch Lichtleitfaser.- 11.1 Wirkungsweise von Glasfasern.- 11.2 Justieren von Glasfasern 198.- 11.3 Verluste in der Faser.- 11.4 Strahlteiler.- 12 Lasersysteme in der Produktion.- 12.1 Positionier- und Führungssysteme.- 12.2 Robotereinsatz beim Schweißen.- 13 Strahlenschutz.- 13.1 Sicherheitsmaßnahmen.- 13.2 Berechnung der zulässigen Bestrahlung.- 14 Zukunfttendenzen.- 15 Tabellenverzeichnis.- 16 Literaturverzeichnis.- 17 Stichwortverzeichnis.