DIN 32532-2009 Welding - Laser beam process for material treatment - Terms for processes and equipment《焊接 材料处理用激光束加工方法 加工设备术语》.pdf

1、August 2009DEUTSCHE NORM Normenausschuss Schweitechnik (NAS) im DINPreisgruppe 15DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.ICS 01.040.25; 25.160.10!$Vr“1517988www.din.deDDI

2、N 32532Schweien Laserstrahlverfahren zur Materialbearbeitung Begriffe fr Prozesse und GerteWelding Laser beam process for material treatment Terms for processes and equipmentSoudage Procd par faisceau laser pour le traitement de matriaux Termes pour procds et matrielsAlleinverkauf der Normen durch B

3、euth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 35 SeitenDIN 32532:2009-08 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen4 3 Einteilung und Kurzzeichen4 4 Verfahrensprinzip 4 5 Begriffe fr Laserstrahlprozesse und -gerte.4 5.1 Laseranlagentechnik .4 5.1.1 Laserstrahl

4、quelle .5 5.1.2 Strahlfhrung/Strahlformung 10 5.1.3 Sonstige Anlagenkomponenten 12 5.2 Laserstrahl. 13 5.3 Allgemeine Begriffe fr Lasermaterialbearbeitungsprozesse . 18 5.4 Begriffe fr spezifische Lasermaterialbearbeitungsprozesse . 20 5.4.1 Laserstrahlabtragen . 20 5.4.2 Laserstrahlauftragschweien

5、20 5.4.3 Laserstrahlbeschriften . 20 5.4.4 Laserstrahlbohren 21 5.4.5 Laserstrahlgenerieren 21 5.4.6 Laserstrahlhrten 23 5.4.7 Laserstrahl-Lichtbogen-Hybridschweien. 23 5.4.8 Laserstrahlschneiden. 23 5.4.9 Laserstrahlschweien 24 Literaturhinweise . 33 Stichwortverzeichnis. 34 Bilder Bild 1 Komponent

6、en einer Laseranlage zur Materialbearbeitung 4 Bild 2 Schematischer Aufbau einer CO2-Laseranlage zur Materialbearbeitung 25 Bild 3 Nd:YAG-Laser mit Stahlteiler und Lichtleitkabel. 26 Bild 4 Arbeitsabstand und Fokusdurchmesser am Beispiel von Laser-Schweibearbeitungskpfen 27 Bild 5a Dauerstrichbetrie

7、b . 28 Bild 5b Pulsbetrieb 28 Bild 6 Divergenzwinkel und Bereich der Strahlkaustik. 28 Bild 7 Beispiele Defokussierung . 29 Bild 8 Beispiel eines Laserstrahlabtragprozesses 29 Bild 9 Einzelpuls-, Perkussions- und Trepanierbohren 30 Bild 10 Prozess des Laserstrahlgenerierens aus dem Pulverbett. 30 Bi

8、ld 11 Benennungen beim Laserstrahlgenerierprozess . 31 Bild 12 Wrmeleit- und Tiefschweien 31 Bild 13 Mabuchstaben an einer Schweinaht 32 DIN 32532:2009-08 3 Vorwort Diese Norm wurde vom Gemeinschaftsausschuss NA 092-00-21 AA Laserstrahlschweien und -schneiden (DVS AG V 9.2)“ im Normenausschuss Schwe

9、itechnik (NAS) erstellt. DIN 32532:2009-08 4 1 Anwendungsbereich Diese Norm legt prozess- und gertetechnische Begriffe verschiedener Materialbearbeitungsverfahren mit dem Laserstrahl fest. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich.

10、 Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 11145:2006-07, Optik und Photonik Laser und Laseranlagen Begriffe und Formelzeichen (ISO 11145:2006)

11、; Deutsche Fassung EN ISO 11145:2008 DIN ISO 857-1, Schweien und verwandte Prozesse Begriffe Teil 1: Metallschweiprozesse 3 Einteilung und Kurzzeichen Fr den Laserstrahl ist nach DIN ISO 857-1 das Kurzzeichen LB (Laser Beam) festgelegt. Zur Unterschei-dung der einzelnen Materialbearbeitungsverfahren

12、 ist folgende Schreibweise anzuwenden: Laserstrahlschweien LB-Schweien Laserstrahlschneiden LB-Schneiden Laserstrahlbohren LB-Bohren Laserstrahlabtragen LB-Abtragen 4 Verfahrensprinzip Die zur Materialbearbeitung erforderliche Wrme entsteht in der Regel durch Umwandlung der optischen Energie eines L

13、aserstrahles bei dessen Auftreffen auf und beim Eindringen in das Werkstck. Zustzliche Prozesswrme kann durch Oxidationsvorgnge entstehen. 5 Begriffe fr Laserstrahlprozesse und -gerte 5.1 Laseranlagentechnik Bild 1 Komponenten einer Laseranlage zur Materialbearbeitung DIN 32532:2009-08 5 5.1.1 Laser

14、strahlquelle 5.1.1.1 aerodynamisches Fenster (en: aerodynamic window) Strahldurchtrittsffnung, ausgebildet als Gasstrahleinrichtung, durch welche die Druckdifferenz zwischen dem laseraktiven Medium (Gas) und der umgebenden Normalatmosphre stabilisiert wird 5.1.1.2 Anregung (en: excitation, pumping)

15、Pumpen Energiebertragung auf das aktive Medium im Laser 5.1.1.3 Auskoppelfenster (en: outcoupling window) fr die Wellenlnge der Laserstrahlung durchlssiges Fenster zum Trennen des Resonatorraumes gegen Atmosphre (Gaslaser) 5.1.1.4 Auskoppelspiegel (en: outcoupling mirror) teildurchlssiger Resonators

16、piegel, durch welchen der Laserstrahl aus dem Resonator austritt 5.1.1.5 Betriebsart (en: operation mode) Arbeitsweise des Lasers ANMERKUNG Betriebsarten sind z. B. Pulsbetrieb oder Dauerstrichbetrieb (siehe Bild 5). 5.1.1.6 Blitzlampe (en: flash lamp) Gasentladungslampe, bei der die Gasentladung im

17、pulsfrmig abluft und die Lichtemission ebenfalls nur kurzzeitig whrend weniger Millisekunden erfolgt 5.1.1.7 Bogenlampe (en: arc lamp) Lampe, deren kontinuierlich brennender Lichtbogen durch Plasma oder durch zur Weiglut erhitzte Elek-troden erzeugt wird 5.1.1.8 CO2-Laser (en: CO2laser) Gaslaser, de

18、r Kohlendioxid als aktives Medium verwendet 5.1.1.9 Dauerstrichbetrieb (en: continious wave operation) cw kontinuierlicher Betrieb von Dauerstrichlasern, als cw (en: continuous wave) bezeichnet DIN 32532:2009-08 6 5.1.1.10 Dauerstrichlaser (en: continious wave laser) Laser, der Strahlung ber Zeitdau

19、ern grer oder gleich 0,25 s kontinuierlich emittiert DIN EN ISO 11145:2006-07, 3.26 5.1.1.11 Dauerstrichleistung (en: continuous wave power) Ausgangsleistung eines Dauerstrichlasers DIN EN ISO 11145:2006-07, 3.45 5.1.1.12 Diodenbarren (en: diode bar) lineare Anordnung von mehreren Laserdioden zwecks

20、 Leistungsskalierung 5.1.1.13 diodengepumpter Festkrperlaser (en: diode-pumped solid-state laser, DPSSL) optisch gepumpter Festkrperlaser, bei dem Laserdioden als Energiequelle zum Pumpen dienen 5.1.1.14 Diodenlaser (en: diode laser) Laserprinzip mit p-n bergang als aktivem Medium ANMERKUNG Zwecks L

21、eistungsskalierung werden die Dioden zu Diodenbarren nebeneinander angeordnet und die Diodenbarren zu Stacks zweidimensional gestapelt. 5.1.1.15 Diodenstack (en: diode laser stack) zweidimensionale Stapelung mehrerer Diodenbarren 5.1.1.16 Excimerlaser (en: excimer laser) Laser mit Edelgas-Halogenide

22、n in angeregtem Zustand als aktives Medium ANMERKUNG Edelgas-Halogenide sind z. B. ArF, KrF, XeCl, XeF. 5.1.1.17 Faserlaser (en: fiber laser) Festkrperlaser, dessen aktives Medium in einer Lichtleitfaser eingelagert ist ANMERKUNG Ein aktives Medium ist z. B. Ytterbium. 5.1.1.18 Festkrperlaser (en: s

23、olid-state laser) Laser, bei dem das laseraktive Medium aus einem Festkrper besteht DIN 32532:2009-08 7 5.1.1.19 Gaslaser (en: gas laser) Laser, bei dem das laseraktive Medium aus einem Gas besteht 5.1.1.20 Gteschalter (en: Q-switch) schnell schaltende elektrooptische Einrichtung innerhalb des Reson

24、ators, um die Verstrkung des Resonators zu verndern ANMERKUNG Wird eingesetzt zur Erzeugung von Pulsen hchster Intensitt. 5.1.1.21 Helium-Neon-Laser (en: helium-neon laser) Gaslaser, dessen aktives Medium aus einem Gemisch der Edelgase Helium und Neon besteht ANMERKUNG Durch Vernderung des Gas-Misch

25、ungsverhltnisses sind die emittierten Wellenlngen einstellbar. 5.1.1.22 Hochfrequenzanregung (en: RF excitation) Energieeinbringungsprinzip (Pumpen) beim CO2-Laser mit auerhalb des Resonators angebrachten Elek-troden ANMERKUNG Die elektrische Energie wird kapazitiv eingekoppelt. 5.1.1.23 instabiler

26、Resonator (en: unstable resonator) durch zwei Spiegel begrenzter Resonator, bei dem die Wege der achsnahen Strahlen nach endlich vielen Umlufen den Resonator verlassen DIN EN ISO 11145:2006-07, 3.58 5.1.1.24 lngsgestrmter Laser (en: axial flow laser) Laser, bei dem die Strmung des aktiven Mediums ln

27、gs zur optischen Achse des Resonators und damit parallel zum Laserstrahl verluft BEISPIEL Zum Beispiel Gaslaser. 5.1.1.25 Laser Lichtverstrkungsprozess in einer Laserstrahlquelle durch stimulierte Emission von Strahlung ANMERKUNG 1 Wird auch als Synonym fr Laserstrahlquelle verwandt. ANMERKUNG 2 Las

28、er ist ein Akronym fr Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. 5.1.1.26 laseraktives Medium (en: laser active material) Gase, Festkrper, Flssigkeiten, in denen Laserstrahlung erzeugt wird DIN 32532:2009-08 8 5.1.1.27 Lasergas (en: laser gas) Gas oder Gasgemisch, das das aktive Mediu

29、m in einem Gaslaser bildet 5.1.1.28 Laserstrahlquelle (en: laser source, laser beam source) Strahlerzeuger technisches Gert zur Erzeugung von Laserstrahlung ANMERKUNG In der Regel bestehend aus einem Resonator mit laseraktivem Medium und peripherer Gertetechnik zur Anregung und Khlung. 5.1.1.29 Mehr

30、modenbetrieb (en: multimode operation) Erzeugung verschiedener Moden im Laser-Resonator 5.1.1.30 Mode (en: mode) longitudinale bzw. transversale Schwingungsform der Laserstrahlung 5.1.1.31 Nd:Glas (en: Nd:glass) laseraktives Medium, bestehend aus in Glas eingebetteten Neodym-Ionen ANMERKUNG Die Well

31、enlnge der Laserstrahlung betrgt etwa 1,06 m. 5.1.1.32 Nd:YAG (en: Nd:YAG) laseraktives Medium, das aus mit Neodym-Ionen dotiertem Yttrium-Aluminium-Granat besteht ANMERKUNG Die Wellenlnge der Laserstrahlung betrgt etwa 1,06 m. 5.1.1.33 Pulsbetrieb (en: pulse mode) pw diskontinuierliche Leistungsabg

32、abe der Laserstrahlung ANMERKUNG 1 Auch als pw (en: pulse wave) bezeichnet. ANMERKUNG 2 Siehe Bild 5b. 5.1.1.34 Pulsformung (en: pulse shaping) Anpassung der Pulsform an den Bearbeitungsprozess 5.1.1.35 quergestrmter Laser (en: cross-flow laser) Laser, bei dem der Gasdurchfluss senkrecht zur Resonat

33、orachse ist DIN 32532:2009-08 9 5.1.1.36 optischer Resonator (en: optical resonator) System mit mindestens zwei Spiegeln zwischen denen sich das laseraktive Medium befindet ANMERKUNG 1 Der Resonator beeinflusst u. a. Mode, Wellenlnge und Ausgangsleistung. ANMERKUNG 2 Siehe Bild 2 und Bild 3. 5.1.1.3

34、7 Resonatorspiegel (en: laser mirror) End- und Auskopplungsspiegel, ggf. auch Umlenkspiegel im Resonator 5.1.1.38 Scheibenlaser (en: disc laser) Laser mit einem scheibenfrmigen laseraktiven Medium 5.1.1.39 Shutter (en: shutter) mechanischer Schalter, der den Strahl unterbricht 5.1.1.40 Slablaser (en

35、: slab laser) Laser mit einem plattenfrmigen laseraktiven Medium 5.1.1.41 stabiler Resonator (en: stable resonator) durch zwei Spiegel begrenzter Resonator, bei dem die Wege der achsnahen Strahlen den Resonator nach einer unendlichen Zahl von Umlufen nicht verlassen DIN EN ISO 11145:2006-07, 3.57 5.

36、1.1.42 Stablaser (en: rod laser) Laser mit zylindrischem, stabfrmigen laseraktiven Medium 5.1.1.43 Strahlabsorber (en: beam absorber) Strahlfalle Gert, das in der Lage ist, die auftreffende Laserstrahlung vollstndig zu absorbieren ANMERKUNG Siehe Bild 2 und Bild 3. 5.1.1.44 Strahlleistungsmodulation

37、 (en: beam modulation) gezielte zeitliche Vernderung der Ausgangsleistung DIN 32532:2009-08 10 5.1.1.45 Gerte-Wirkungsgrad (en: system effiency) Verhltnis der gesamten Leistung (Energie) im Laserstrahl zu der gesamten Eingangsleistung(-energie) inklusive aller Untersysteme DIN EN ISO 11145:2006-07,

38、3.18 5.1.2 Strahlfhrung/Strahlformung 5.1.2.1 Ablenksystem (en: deflection system) Anordnung feststehender oder beweglicher Optiken (Linsen, Spiegel) zum Ablenken des Laserstrahles BEISPIEL Galvanometerspiegel 5.1.2.2 Aperturblende (en: aperture diaphragm) Blende zur Querschnittsbegrenzung des in ei

39、n optisches System eintretenden Strahlenbndels ANMERKUNG Vorteile sind eine Reduktion von Abbildungsfehlern und eine Optimierung des Lichtstromes. 5.1.2.3 Bearbeitungskopf (en: processing head) letzte technische Baugruppe im Strahlenverlauf vom Laser zum Bearbeitungsort bei der Laser-Material-bearbe

40、itung ANMERKUNG Im Bearbeitungskopf werden notwendige optische, elektrische und mechanische Konstruktionselemente (z. B. Fokussieroptik, Prozessgasdse und Abstandsregelung) zusammengefasst, die als letztes Element zum Material als kompakte Vorrichtung bewegt werden knnen. 5.1.2.4 Brennweite (en: foc

41、al length) Abstand Hauptebene Fokussieroptik bis Fokuspunkt ANMERKUNG Siehe Bild 4. 5.1.2.5 fliegende Optik (en: flying optic) Strahlfhrung durch die Bewegung des Bearbeitungskopfes in einem kartesischen System bei blicherweise feststehendem Werkstck 5.1.2.6 Fokussieroptik (en: focusing optics (AE),

42、 focussing optics (BE) Anordnung von optischen Elementen (Linsen, Spiegel) zur Bndelung von Laserstrahlung ANMERKUNG Siehe Bild 2. DIN 32532:2009-08 11 5.1.2.7 Fokussierzahl (en: F-number) F-Zahl F Quotient aus Brennweite der Optik und Durchmesser des einfallenden Strahles 5.1.2.8 Kollimator (en: co

43、llimator) optisches System, das ein divergierendes Strahlenbndel annhernd parallel macht 5.1.2.9 Lichtleitkabel (en: fiber) LLK Kabel zur flexiblen bertragung von Laserstrahlung, inkl. Sicherheitseinrichtung 5.1.2.10 Schutzglas (en: laser protective glass) Glas, das fr die Wellenlnge eines bestimmte

44、n Lasers durchlssig ist und als Schutz vor Verschmutzung der fokussierenden Optik eingesetzt wird 5.1.2.11 Strahlaufweitsystem (en: beam expander) optisches System, bestehend aus Linsen oder Spiegeln, welches den Durchmesser des durchtretenden Licht-strahls vergrert 5.1.2.12 Strahlfhrung/Strahlformu

45、ng (en: beam guiding, beam delivery/beam forming) optische und mechanische Komponenten (Spiegel, Linsen, Strahlteiler usw.), die den Laserstrahl vom Auskoppelfenster des Lasers zur Bearbeitungsstelle fhren und fr den Bearbeitungsprozess geeignet formen ANMERKUNG Siehe Bild 2 und Bild 3. 5.1.2.13 Str

46、ahllage (en: pointing stability) Abweichung der Strahlachse relativ zur festen mechanischen Achse des optischen Systems in einer festgelegten Ebene senkrecht zur mechanischen Achse des optischen Systems DIN EN ISO 11145:2006-07, 3.8 5.1.2.14 Strahlteiler (en: beam splitter) Optik, welche den Laserst

47、rahl in Teilstrahlen aufteilt 5.1.2.15 Strahlweiche (en: beam deflector) optische Anordnung, mit der der Strahl gesteuert umgelenkt wird DIN 32532:2009-08 12 5.1.2.16 Strahlschalter (en: beam switch) Vorrichtung zum Ein- und Ausschalten des Laserstrahls 5.1.2.17 Teleskop optisches System, welches de

48、n Durchmesser des Laserstrahles an die Anforderungen der Laseranlage anpasst ANMERKUNG Siehe auch Strahlaufweitsystem. 5.1.2.18 Wirkungsgrad der Strahlfhrung und -formung (en: efficiency of beam delivery and beam forming) Verhltnis der Leistung des auf das Werkstck auftreffenden Strahles zur Leistun

49、g des aus der Strahlquelle austretenden Strahles ANMERKUNG In Anlehnung an DIN 32511:2007-03. 5.1.3 Sonstige Anlagenkomponenten 5.1.3.1 Cross Jet (en: cross jet) Einrichtung zur Erzeugung einer quer zum Laserstrahl verlaufenden Gasstrmung, welche die Aufgabe hat, bei der Lasermaterialbearbeitung entstehende Spritzer vom Fokussierelement fernzuhalten 5.1.3.2 Nahtfolgesystem (en: seam tracking) Sy