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Laserschweißen von Keramik

Qualität der Schweissverbindungen

Die Qualität der Schweissverbindungen wird von folgenden Parametern beeinflusst:

Tab.1: Prozessparameter
Vorheizen Schweißen
Fokuslage  Betriebsart des Lasers
Scanbewegung des Laserstrahles  Strahlradius auf der Materialoberfläche
Vorheiztemperatur  Fokuslage
Aufheizrate   Strahlleistung
Abkühlrate   Schweissgeschwindigkeit

Die Optimierung der Bearbeitungsparameter zur Erlangung eines möglichst feinkristallinen und homogenen Erstarrungsgefüges geringer Porosität in der Schweissnaht unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte (minimale Bearbeitungszeit, minimaler Energiebedarf) führ zur Ausbildung der in den folgenden Abbildungen dargestellten Gefüge:

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Abb.1: OberflächeAbb.2: Querschliff
Abbildungen einer lasergeschweissten Verbindung an Al2O3- Keramik (96%):

In der Abbildung ist die Oberfläche und der Querschliff einer unter optimierten Bearbeitungsparametern hergestellten Schweissverbindung dargestellt. Die Erstarrung ist homogen und isotrop erfolgt. Es hat sich ein feinkristallines Gefüge ausgebildet. Das Kristallwachstum in der Schweissnaht ist auf den ca. dreifachen Wert der Ausgangsgröße beschränkt.

Die im Querschliff erkennbare Porosität im Übergangsbereich erstarrte Schmelze/ Ausgangsmaterial beruht auf Agglomeration von im Material vorhandenen Poren (und damit zur Verdichtung der Schmelzzone) bzw. auf Verdampfung von Additiven. Eine Ausbildung von stengelförmigen Kristalliten mit Orientierung zum Nahtzentrum ist nicht nachweisbar.

Die Schweissverbindungen sind rissfrei und gasdicht. Die Festigkeit der Schweissverbindungen wurde mit Hilfe der Vier- Punkt- Biegeprüfmethode an jeweils zwanzig stirnseitig miteinander verschweissten Proben der Maße 30 x 7 x 0,75 mm³ ermittelt. Als Referenz wurden ungeschweisste Stäbe der Maße 60 x 7 x 0,75 mm³ genutzt. Die ermittelte Festigkeit der Verbindungen liegt bei 85 % der Ausgangsfestigkeit des Materials.

Es konnte festgestellt werden, dass die Ergebnisse der Messung der Schweissverbindungen zu einem erhöhten Weibull-Modul führen, d.h., dass die Streubreite der Festigkeitswerte minimiert ist. Der Grund dafür wird in der durch die am Nahtrand befindliche erhöhte Porosität gesehen, die als eine Art "Sollbruchstelle" fungiert. Die damit verbundene Begrenzung des Versagensbereiches der Verbindungen kann für den industriellen Einsatz bedeutsam sein.

Die aufgeführte hohe Qualität der Schweissverbindungen, die soweit aus der Literatur bekannt, einzigartig in Europa ist, lässt eine hohe Beständigkeit auch bei hohen Temperaturen und in korrosiver Atmosphäre erwarten und entsprechen damit den die Haupteinsatzgebiete des Materials bestimmenden Eigenschaften.

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Erstellt: 07.02.2012 15:48:25 | Letzte Änderung: 27.09.2001 09:54:14 | Autor: Anne Nagel
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