8. September 2021 /

Röntgen-Videografie von Lasermaterialbearbeitungs-prozessen am Deutschen Elektronen-Synchrotron

Hochgeschwindigkeits-Röntgendiagnostik gewährt Einblicke in verborgene Vorgänge bei Lasermaterialbearbeitungsprozessen
[Bild: IFSW]

Im Herbst 2020 wurde den Wissenschaftlern vom Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) und vom Lehrstuhl für Lasertechnik (LLT) in Aachen eine Woche Versuchszeit am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg zur Verfügung gestellt. 

Der qualitativ hochwertige Röntgenstrahl sorgte für spektakuläre Einblicke in die verschiedenen Lasermaterialbearbeitungsprozesse vom Schweißen und Schneiden bis zum selektiven Laserstrahlschmelzen. Durch den monochromen Röntgenstrahl ist nicht nur der Unterschied zwischen dem gasförmigen und dem festen Werkstoff anhand des Dichteunterschieds sichtbar. Die unterschiedlichen optischen Eigenschaften der Aggregatzustände führen zu einem Phasenkontrast der es erlaubt, den Übergangsbereich zwischen flüssigem und festem Werkstoff zu identifizieren. Hierdurch können die Abmessungen von Schmelzebädern beim Schweißen und Schmelzefilmen beim Schneiden während des Bearbeitungsprozesses im Werkstoff festgehalten werden. 

Zwei exemplarische Ergebnisse dieser Untersuchung stehen über die DaRUS Datenbank der Universität Stuttgart jetzt frei zugänglich zur Verfügung und sind über die entsprechende doi ordnungsgemäß zitierbar. Das erste Video (https://doi.org/10.18419/darus-2078) zeigt die beiden unterschiedlichen Laserstrahlschweißmodi Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen. Im Video zeigt sich das Wärmeleitungsschweißen als stabiler Prozess mit geringer Einschweißtiefe aber hoher Nahtqualität, während die Dampfkapillare beim Tiefschweißen zwar eine hohe Einschweißtiefe ermöglicht, aber mit starken Fluktuationen und Porenbildung einhergeht. Das zweite Video (https://doi.org/10.18419/darus-1824) zeigt den Prozess des Laserstrahlschmelzschneidens. Zum ersten Mal konnte mit diesen Aufnahmen die Dicke des Schmelzefilmes während eines Laserstrahlschneidprozesses unmittelbar gemessen werden. 

In einer weiteren Veröffentlichung (https://doi.org/10.3390/met11050797) wird anhand solcher Röntgenvideos gezeigt, wie sich beim Schweißen von Aluminiumlegierungen das Verdampfen flüchtiger Legierungselemente auf die Kapillarform auswirkt.

Sehen Sie die Videos gerne auch in unserem YouTube-Kanal unter:
https://www.youtube.com/watch?v=_p0uvyWdUr0
https://www.youtube.com/watch?v=I4DK9O4exzg

Kontakt: Dr. Christian Hagenlocher

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