Laserstrahlschweissen Leseprobe

Einschweißtiefe t [m m ]
s
Die Strahlpolarisation kann auch einen direkten Einfluß auf die Nahtausbildung ausüben,
Abbildung 1-4. Ist der Strahl senkrecht zur Vorschubrichtung polarisiert, wird er an den Kapillarseitenwänden
verstärkt absorbiert und an der Verdampfungsfront reflektiert. Die Schweißnähte
sind daher durch eine charakteristische Abnahme der Schweißtiefe und eine größere Nahtbreite
gekennzeichnet. Ist dagegen der Strahl durch Polarisation parallel zur Vorschubrichtung gekennzeichnet,
wird er an der Verdampfungsfront verstärkt absorbiert, so daß die Strahlungsenergie wirkungsvoll
in Prozeßenergie umgesetzt werden kann. Die Nahtgeometrie zeichnet sich in diesem
Fall durch ein großes Tiefe-zu-Breite-Verhältnis aus.
1.2.2 Einfluß von Arbeitsgasen auf den Schweißprozeß
Die beim Laserstrahlschweißen eingesetzten Arbeitsgase dienen der Beeinflussung des Plasmas
und damit der Energieeinkopplung. Ursache hierfür ist die Beeinflussung der Elektronendichte im
Plasma durch Rekombination von Elektronen und Ionen. Leichte Gase mit hohen Ionisierungsenergien
(Helium) können die Rekombinationsrate im Plasma erhöhen. Dies führt zu einer Verringerung
der Elektronendichte im Plasma und somit zu einer geringeren Absorption bzw. Abschirmung.
In gleicher Weise sind die zugeführten Teilchenströme (Gasflüsse) von Bedeutung. Dieser Effekt
ist u. a. der Grund für die Abhängigkeit des Schweißergebnisses vom Arbeitsgas, wie er in
Abbildung 1-5 deutlich wird. Insbesondere bei hohen Plasmadichten bzw. Verdampfungsraten,
verursacht durch hohe Intensitäten oder geringe Vorschubgeschwindigkeiten, wird der Einfluß des
Arbeitsgases deutlich. Wird das Arbeitsgas nicht auf den Prozeß abgestimmt, so kann dies zu einer
erhöhten Absorption im Plasma über dem Werkstück und somit zur Abschirmung führen. Neben
der Beeinflussung des Plasmas ist die Wirkung des verwendeten Arbeitsgases auf das Schmelzbad
hinsichtlich Viskosität und Oberflächenspannung zu beachten, zwei Einflußgrößen, die im Hinblick
auf eine mögliche Rißbildung von besonderer Bedeutung sind.
6
4
6 -2
I=4x10 W cm
Stahl: 16MnCr5
P L = 2kW
s = 6mm
2
0
Arbeitsgas:
He 20l/min
N2 “
Ar “
1 2 3 4
Schweißgeschwindigkeit v
S[m/min]
Abbildung 1-5 Einfluß des Arbeitsgases auf das Schweißergebnis (CO 2 -Laser) [1-1]
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