Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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104 5 Schweißnahtqualität<br />
ausgegangen werden muss [64]. Damit e<strong>in</strong>hergehend steigt dort <strong>der</strong> nach oben wirkende<br />
Impuls <strong>der</strong> Schmelze pPG, welcher die kapillarnahe Schmelze <strong>in</strong> Richtung <strong>der</strong> Oberfläche<br />
beschleunigt [65, 66, 67]. Trifft im oberflächennahen Bereich die senkrecht von<br />
<strong>der</strong> Kapillarfront strömende Metalldampfjet auf die nach oben strömende Schmelzschicht<br />
an <strong>der</strong> Kapillarrückwand (vgl. Bild 3.15), addieren sich die E<strong>in</strong>zelimpulse und<br />
resultieren bei <strong>der</strong> Überw<strong>in</strong>dung <strong>der</strong> Oberflächenspannung <strong>des</strong> Schmelzba<strong>des</strong> im beobachteten<br />
maximalen Ablösew<strong>in</strong>kel <strong>der</strong> Spritzer, siehe Bild 5.16. Bild 5.17 zeigt<br />
schematisch den beschriebenen E<strong>in</strong>fluss <strong>des</strong> abströmenden Metalldampfes auf den<br />
Materialfluss an <strong>der</strong> Phasengrenze.<br />
Schmelzbad<br />
Materialfluss<br />
an <strong>der</strong> Phasengrenze<br />
gasförmig/flüssig<br />
Kapillarfront<br />
Spritzer<br />
abströmen<strong>der</strong><br />
Metalldampf<br />
Bild 5.17: Auswirkung <strong>des</strong> abströmenden Metalldampfes auf den Materialfluss an <strong>der</strong><br />
Phasengrenze gasförmig/flüssig <strong>der</strong> Kapillarrückwand und den davon abhängigen<br />
Ablösemechanismus <strong>der</strong> Spritzer.<br />
Der während <strong>des</strong> Bearbeitungsprozesses erzeugte Metalldampfjet, welcher auf die Kapillarrückwand<br />
trifft, diese verformt und den nach oben wirkenden Impuls <strong>der</strong><br />
Schmelze pPG an <strong>der</strong> Phasengrenze bee<strong>in</strong>flusst, muss e<strong>in</strong>en dynamischen Druck haben.<br />
Dieser liegt ungefähr bei dem gleichen Wert wie <strong>der</strong> Verdampfungsdruck, wenn <strong>des</strong>sen<br />
seitliche Ausbreitungsrichtung begrenzt ist, beispielsweise bei ger<strong>in</strong>gen Abständen<br />
von <strong>der</strong> Verdampfungsfläche. In [18] ist e<strong>in</strong> Versuchsaufbau gezeigt, mit welchem<br />
sich dieser bei e<strong>in</strong>er stationären Probe (ohne Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit) ermitteln lässt.<br />
Beschreibt die e<strong>in</strong>fallende Intensität e<strong>in</strong>e TopHat-Verteilung, verteilt sich <strong>der</strong> anliegende<br />
Verdampfungsdruck gleichmäßig über die gesamte Fokusfläche. Dieser steht<br />
senkrecht zur Probenoberfläche und wird von e<strong>in</strong>em seitlich anliegenden Gasstrom<br />
abgelenkt, <strong>des</strong>sen Impulskraft bekannt ist. Durch die Messung <strong>des</strong> geme<strong>in</strong>samen Ablenkungsw<strong>in</strong>kels<br />
<strong>der</strong> beiden Gasströme, lässt sich schließlich <strong>der</strong> dynamische Druck<br />
<strong>des</strong> Dampfjets berechnen. Dieser ist für e<strong>in</strong>en Fokusdurchmesser von df = 600 μm <strong>in</strong><br />
Abhängigkeit <strong>der</strong> <strong>Laser</strong>leistung <strong>in</strong> Bild 5.18 (l<strong>in</strong>ks) dargestellt.
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