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Erschienen in: Production Engineering 6/2011

01.12.2011 | Quality Assurance

Characteristic line emissions of the metal vapour during laser beam welding

verfasst von: Michael F. Zaeh, Sonja Huber

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 6/2011

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Abstract

This article provides an insight into the origin of the radiation emissions during laser beam welding of aluminium and steel alloys. It is the fundamental basis for the development of a system monitoring the welding process of challenging alloys with respect to their chemical composition in the melt pool. To reduce welding faults, e.g. cracks, brittle phases or other metallurgical based defects, a high degree of process knowledge is necessary. This manuscript presents novel spectroscopic investigations used to analyse laser beam welding setups to gain a better understanding of the emission formation. Therefore, also the spatial origin of the emitted radiation of the deep penetration welding process was examined. These empirical results are accompanied by theoretical considerations about the excitation degree of different alloying elements. Together they are a progressive step to develop a system to control the chemical composition of the melt pool during the active welding process. Knowing the composition of the melt allows to control e.g. a filler unit to change the melt composition. The empirical results were conducted by processing common alloys of today’s manufacturing applications.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Kou S (2003) Welding metallurgy. Wiley, New Jersey Kou S (2003) Welding metallurgy. Wiley, New Jersey
2.
Zurück zum Zitat Huber S, Merzkirch M, Zaeh MF, Schulze V (2009) Applications of high-power diode lasers for aluminum welding. SPIE—LASE 2009. High-power diode laser technology and applications VII. SPIE Digital Library, San Jose Huber S, Merzkirch M, Zaeh MF, Schulze V (2009) Applications of high-power diode lasers for aluminum welding. SPIE—LASE 2009. High-power diode laser technology and applications VII. SPIE Digital Library, San Jose
3.
Zurück zum Zitat Geiger M, Leitz KH, Koch H, Otto A (2009) A 3D transient model of keyhole and melt pool dynamics in laser beam welding applied to the joining of zinc coated sheets. Prod Eng 3(2):127–136CrossRef Geiger M, Leitz KH, Koch H, Otto A (2009) A 3D transient model of keyhole and melt pool dynamics in laser beam welding applied to the joining of zinc coated sheets. Prod Eng 3(2):127–136CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Hügel H, Dausinger F (2004) Fundamentals of laser-induced processes. In: Poprawe R, Weber H, Herziger G (eds) Laser applications. Springer, Berlin Hügel H, Dausinger F (2004) Fundamentals of laser-induced processes. In: Poprawe R, Weber H, Herziger G (eds) Laser applications. Springer, Berlin
5.
Zurück zum Zitat Katayama S (2009) Fundamentals of fiber laser welding. In: Gumenyuk A (ed) International colloquium high power laser welding 2009. Bundesanstalt für Materialprüfung und –forschung, Berlin Katayama S (2009) Fundamentals of fiber laser welding. In: Gumenyuk A (ed) International colloquium high power laser welding 2009. Bundesanstalt für Materialprüfung und –forschung, Berlin
6.
Zurück zum Zitat Zaeh MF, Huber S (2010) In situ-Legierungsanpassung beim Laser-Tiefschweißprozess. wt Werkstatttechnik Online 6:447–453 Zaeh MF, Huber S (2010) In situ-Legierungsanpassung beim Laser-Tiefschweißprozess. wt Werkstatttechnik Online 6:447–453
7.
Zurück zum Zitat Palanco S, Klassen M, Skupin J, Hansen K, Schubert E, Sepold G, Laserna JJ (2001) Spectroscopic diagnostics on CW-laser welding plasmas of aluminum alloys. Spectrochim Acta Part B At Spectrosc 56(6):651–659CrossRef Palanco S, Klassen M, Skupin J, Hansen K, Schubert E, Sepold G, Laserna JJ (2001) Spectroscopic diagnostics on CW-laser welding plasmas of aluminum alloys. Spectrochim Acta Part B At Spectrosc 56(6):651–659CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Bogaerts A, Gijbels R (1998) Fundamental aspects and applications of glow discharge spectrometric technique. Spectrochem Acta Part B 53(1):1–42CrossRef Bogaerts A, Gijbels R (1998) Fundamental aspects and applications of glow discharge spectrometric technique. Spectrochem Acta Part B 53(1):1–42CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Cremers DA, Radziemski LJ (2006) Handbook of laser-induced breakdown spectroscopy. Wiley, West SussexCrossRef Cremers DA, Radziemski LJ (2006) Handbook of laser-induced breakdown spectroscopy. Wiley, West SussexCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Tendero C, Tixier C, Tristant P, Desmaison J, Leprince P (2005) Atmospheric pressure plasmas: a review. Spectrochem Acta Part B At Spectrosc 61(1):2–30CrossRef Tendero C, Tixier C, Tristant P, Desmaison J, Leprince P (2005) Atmospheric pressure plasmas: a review. Spectrochem Acta Part B At Spectrosc 61(1):2–30CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Dilthey U, Goumeniouk A, Lopota V, Turichin G (2000) Kinetic description of keyhole plasma in laser welding. J Appl Phys D 33:2747–2753CrossRef Dilthey U, Goumeniouk A, Lopota V, Turichin G (2000) Kinetic description of keyhole plasma in laser welding. J Appl Phys D 33:2747–2753CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Lieberman MA, Lichtenberg AJ (1994) Principles of plasma discharges and materials processing. Wiley, New York Lieberman MA, Lichtenberg AJ (1994) Principles of plasma discharges and materials processing. Wiley, New York
13.
Zurück zum Zitat McNaught AD, Wilkinson A (1997) Compendium of chemical terminology: IUPAC recommendations. Blackwell, Oxford McNaught AD, Wilkinson A (1997) Compendium of chemical terminology: IUPAC recommendations. Blackwell, Oxford
14.
Zurück zum Zitat NIST (2008) NIST atomic spectra database. National Institute of Standards and Technology NIST (2008) NIST atomic spectra database. National Institute of Standards and Technology
15.
Zurück zum Zitat Zaeh MF, Braunreuther S, Daub R, Stadler T (2010) Reflected laser radiation—relevance for laser safety? In: Schmidt M, Vollertsen F, Geiger M (eds) Proceedings of 6th international conference on laser assisted net shape engineering. Elsevier, Erlangen Zaeh MF, Braunreuther S, Daub R, Stadler T (2010) Reflected laser radiation—relevance for laser safety? In: Schmidt M, Vollertsen F, Geiger M (eds) Proceedings of 6th international conference on laser assisted net shape engineering. Elsevier, Erlangen
16.
Zurück zum Zitat Dudeck S, Rieger D, Puente Leôn F (2007) Direct observation of a laser melt pool surface. In: Proceedings of 13th International SENSOR conference Nuremberg. International Frequency Sensor Association Dudeck S, Rieger D, Puente Leôn F (2007) Direct observation of a laser melt pool surface. In: Proceedings of 13th International SENSOR conference Nuremberg. International Frequency Sensor Association
17.
Zurück zum Zitat Trautmann A, Zaeh MF (2008) Novel Insights into porosity formation mechansims in laser beam welding of aluminium. International congress on applications of lasers and electro-optics (ICALEO) 2008. Laser Institute of America, Temecula, CA, USA Trautmann A, Zaeh MF (2008) Novel Insights into porosity formation mechansims in laser beam welding of aluminium. International congress on applications of lasers and electro-optics (ICALEO) 2008. Laser Institute of America, Temecula, CA, USA
18.
Zurück zum Zitat Peter L, Claas H, Kurucz R (2010) Kurucz database. Universität Hannover Peter L, Claas H, Kurucz R (2010) Kurucz database. Universität Hannover
19.
Zurück zum Zitat Beyer E (1985) Einfluss des laserinduzierten Plasmas beim Schweissen mit CO2-Lasern, Darmstadt, Technische Hochschule Darmstadt Beyer E (1985) Einfluss des laserinduzierten Plasmas beim Schweissen mit CO2-Lasern, Darmstadt, Technische Hochschule Darmstadt
20.
Zurück zum Zitat Aden M (1994) Plasmadynamik beim laserinduzierten Verdampfungsprozess einer ebenen Metalloberfläche. Fakultät für Maschinenwesen. Aachen, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Aden M (1994) Plasmadynamik beim laserinduzierten Verdampfungsprozess einer ebenen Metalloberfläche. Fakultät für Maschinenwesen. Aachen, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
21.
Zurück zum Zitat Vas’kovskii YM, Gordeeva IA, Rovinskii RE, Shirkova IP (1991) Experimental determination of the parameters of a laser jet and verification of ionisation equilibrium. Sov J Quantum Electron 21:984–986CrossRef Vas’kovskii YM, Gordeeva IA, Rovinskii RE, Shirkova IP (1991) Experimental determination of the parameters of a laser jet and verification of ionisation equilibrium. Sov J Quantum Electron 21:984–986CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Griem HR (1997) Principals of plasma spectroscopy. Cambridge University Press, CambridgeCrossRef Griem HR (1997) Principals of plasma spectroscopy. Cambridge University Press, CambridgeCrossRef
23.
Zurück zum Zitat Zaeh MF, Huber S, Daub R (2010) In situ melt identification during laser beam welding. International congress on applications of lasers & electro-optics (ICALEO) 2010. CRC Press, Anaheim, USA Zaeh MF, Huber S, Daub R (2010) In situ melt identification during laser beam welding. International congress on applications of lasers & electro-optics (ICALEO) 2010. CRC Press, Anaheim, USA
24.
Zurück zum Zitat Schaeffler A (1949) Constitution diagram for stainless steel weld metal. Metal Prog 56(11):680B Schaeffler A (1949) Constitution diagram for stainless steel weld metal. Metal Prog 56(11):680B
25.
Zurück zum Zitat Sibillano T, Ancona A, Berardi V, Schingaro E, Basile G, Lugara PM (2006) A study of shielding gas influence on the laser beam welding of AA5083 aluminium alloys by in-process spectroscopic investigation. Opt Lasers Eng 44:1039–1051CrossRef Sibillano T, Ancona A, Berardi V, Schingaro E, Basile G, Lugara PM (2006) A study of shielding gas influence on the laser beam welding of AA5083 aluminium alloys by in-process spectroscopic investigation. Opt Lasers Eng 44:1039–1051CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Dudeck S, Rieger D, Puente León F (2006) Zeitlich und raeumlich aufgeloeste Spektroskopie gepulster Laserschweißprozesse. 13te ITG/GMA-Fachtagung: Sensoren und Messsysteme. Freiburg, VDE Dudeck S, Rieger D, Puente León F (2006) Zeitlich und raeumlich aufgeloeste Spektroskopie gepulster Laserschweißprozesse. 13te ITG/GMA-Fachtagung: Sensoren und Messsysteme. Freiburg, VDE
27.
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Metadaten
Titel
Characteristic line emissions of the metal vapour during laser beam welding
verfasst von
Michael F. Zaeh
Sonja Huber
Publikationsdatum
01.12.2011
Verlag
Springer-Verlag
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 6/2011
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-011-0337-7

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