Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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5.2 Spritzerentstehung beim Schweißen von Stahl 111<br />
dynamische Druck <strong>des</strong> senkrecht von <strong>der</strong> Kapillarfront abströmenden Dampfjets aus<br />
Bild 5.18 unverän<strong>der</strong>t.<br />
Dampfvolumen <strong>in</strong> %<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
d f = 200 μm<br />
P L = 4 kW<br />
d f = 400 μm<br />
P L = 6 kW<br />
Durchschweißgrenze<br />
18<br />
15<br />
12<br />
9<br />
6<br />
3<br />
0<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10 12<br />
Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit <strong>in</strong> m/m<strong>in</strong><br />
Bild 5.23: Abnahme <strong>des</strong> nach oben abströmenden Metalldampfvolumens bei e<strong>in</strong>er direkten<br />
Durchschweißung bezogen auf e<strong>in</strong>e E<strong>in</strong>schweißung als Funktion von Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
und Intensität (volle Datenpunkte). Die leeren Datenpunkte<br />
zeigen den Verlauf <strong>der</strong> zugehörigen Kapillarneigung �.<br />
Für den Fokusdurchmesser df = 400 μm gilt, dass bei e<strong>in</strong>er Abnahme <strong>der</strong> Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
unterhalb von v = 8 m/m<strong>in</strong> die Kapillare <strong>der</strong>art geneigt (� < 12°) ist,<br />
dass das Volumen <strong>des</strong> abströmenden Metalldampfes aufgrund <strong>des</strong> transmittierten Intensitätsanteils<br />
sukzessive abnimmt. Dementsprechend wird die Wechselwirkungszone<br />
an <strong>der</strong> Kapillarrückwand um den Wert e/tbe verr<strong>in</strong>gert. Folglich wird <strong>der</strong> nach oben<br />
gerichtete Materialfluss <strong>in</strong> <strong>der</strong> Grenzschicht und damit e<strong>in</strong>hergehend <strong>der</strong> Ablösew<strong>in</strong>kel<br />
<strong>der</strong> Spritzer � bei e<strong>in</strong>er Durchschweißung im Vergleich zur E<strong>in</strong>schweißung reduziert.<br />
Nehmen die Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit (v > 8 m/m<strong>in</strong>) und damit die Kapillarneigung<br />
(� > 12°) zu, kann ke<strong>in</strong>e direkte Durchschweißung mehr erfolgen, sodass die e<strong>in</strong>fallende<br />
Intensität gänzlich für den Verdampfungsprozess auf <strong>der</strong> Kapillarfront genutzt<br />
wird. Ist demnach die Kapillaraustrittsöffnung um mehr als e<strong>in</strong> Fokusdurchmesser gegenüber<br />
<strong>der</strong> Kapillare<strong>in</strong>trittsöffnung nach h<strong>in</strong>ten verschoben o<strong>der</strong> gänzlich verschwunden,<br />
liegt e<strong>in</strong>e E<strong>in</strong>schweißung vor und das Verhältnis <strong>in</strong> Bild 5.23 bleibt unverän<strong>der</strong>t<br />
bei 100% (ke<strong>in</strong>e Volumenverluste <strong>des</strong> abströmenden Metalldampfes bei<br />
nach unten geschlossener Kapillare). Gleichzeitig zeigen die Ablösew<strong>in</strong>kel <strong>der</strong> Spritzer<br />
äquivalente Zahlenwerte (siehe geme<strong>in</strong>samer Verlauf <strong>in</strong> Bild 5.21). H<strong>in</strong>gegen wird<br />
bei dem Fokusdurchmesser df = 200 μm (PL = 4 kW) die Durchschweißgrenze bereits<br />
bei v = 6 m/m<strong>in</strong> erreicht (�� 6°). Folglich verschiebt sich <strong>der</strong> Bereich, bei dem das<br />
Volumen <strong>des</strong> abströmenden Metalldampfes reduziert wird, zu e<strong>in</strong>er ger<strong>in</strong>geren Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
als bei df = 400 μm.<br />
Kapillarneigung <strong>in</strong> °
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