Controlling the weld penetration depth of laser beam micro welding by using an iterative learning approach

• Published in: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 2024-04, Vol.55 (4), p.533-543
• Main Authors: Spurk, C., Hollatz, S., Lipnicki, W., Hummel, M., Gillner, A., Häfner, C.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Interferometry; Joining; Laser beam welding; Learning; Penetration depth; Seam welds
• ISSN: 0933-5137; 1521-4052
• DOI: 10.1002/mawe.202300154

In order to meet the increasing demand for high‐speed joining processes, laser beam micro welding is used to reproducibly weld metallic joining partners such as steel. Long weld seams or high cycle speeds, however, remain a challenge to achieve a constant welding depth throughout the entire welding process without major fluctuations. This paper shows the development and evaluation of a weld penetration depth control system based on interferometric measurement of the depth of the vapor capillary. High path speeds and small weld depths are challenging for real‐time depth control. Therefore, the offline data of the interferometric measurements are used to implement an iterative learning control of the weld penetration depth. The quality of the control is verified by welding with and without spatial power modulation on 1.4301 steel while following a linear and sinusoidal trajectory. Um der steigenden Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits‐Fügeverfahren gerecht zu werden, wird das Laserstrahl‐Mikroschweißen eingesetzt, um metallische Fügepartner wie Stahl reproduzierbar miteinander zu verschweißen. Bei langen Schweißnähten oder hohen Taktgeschwindigkeiten bleibt jedoch die Herausforderung bestehen, eine konstante Einschweißtiefe über den gesamten Schweißprozess ohne größere Schwankungen zu erreichen. Dieser Artikel zeigt die Entwicklung und Evaluierung einer Einschweißtiefenregelung, die auf der interferometrischen Messung der Tiefe der Dampfkapillare basiert. Hohe Bahngeschwindigkeiten und kleine Einschweißtiefen stellen eine Herausforderung für die Tiefenkontrolle in Echtzeit dar. Daher werden die Offline‐Daten der interferometrischen Messungen verwendet, um eine iterativ lernende Regelung der Einschweißtiefe zu implementieren. Die Qualität der Regelung wird durch Schweißen mit und ohne örtliche Leistungsmodulation auf Stahl 1.4301 verifiziert, wobei eine lineare und sinusförmige Trajektorie verfolgt wird.