Robuste Prozessführung beim Laserstrahl-Mikroschweißen mit hochbrillanten Strahlquellen

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Entwicklung eines neuartigen, scannerbasierten Schweißverfahrens, welches als Mikroring-Schweißen bezeichnet wird, beschrieben. Dieses Verfahren, das vor allem durch die gute Fokussierbarkeit hochbrillanter Strahlquellen ermöglicht wird, stellt eine Alternative zu konventionellen Punktschweißverfahren mit stehendem Strahl dar und verspricht eine deutlich verbesserte Prozessbeherrschbarkeit. Beim Mikroring-Schweißen wird eine kreisförmige Schweißkontur mehrfach umfahren, wobei durch einen steuerbaren Wärmestau ein in Tiefe und Durchmesser sehr gut kontrollierbares Schmelzbad erzeugt wird. Innerhalb der Verfahrensgrenzen kann die Schmelzbadform so frei skaliert werden. Der nahezu zylindrische Schmelzbadquerschnitt ist dabei insbesondere für Überlapp-Verbindungen vorteilhaft. Um das Verfahren für die Anwendung in der Mikrotechnik zu qualifizieren, werden die Randbedingungen, unter denen die verbesserte Prozessbeherrschbarkeit erreicht wird, eingehend untersucht. Als Grundlage dazu werden zunächst verschiedene Methoden zur Prozessdiagnostik dargestellt. Im Folgenden werden charakteristische Verfahrensparameter und Verfahrensgrenzen ermittelt, wobei die dargestellten Methoden der Prozessdiagnostik im Zusammenhang mit Simulationsmodellen zur Prozessanalyse genutzt werden. Anhand eines Fallbeispiels wird des Weitern demonstriert, wie durch Einsatz des Mikroring-Schweißens ein robuster, beherrschbarer Schweißprozess ermöglicht wird und wie charakteristische Prozessmerkmale, die über bekannte Zusammenhänge mit dem Prozessergebnis korrelieren, zur Ergebniskontrolle genutzt werden können. Abschließend werden weitere Möglichkeiten, die sich durch Kombination der zyklischen Strahlbewegung mit einer linearen Vorschubbewegung ergeben, behandelt.