Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

5.2 Spritzerentstehung beim Schweißen von Stahl 115
schwindigkeit stärker abnimmt, als dies bei einer Einschweißung der Fall ist (Parallelverschiebung
der Ausgleichsgeraden bei v = 7 m/min).
Ablösewinkel der Spritzer in °
80
70
60
50
40
30
20
Durchschweißung
Einschweißung
CrNi18-10
P L = 6 kW
d f = 400 μm
10
0
v = 7 m/min v = 11 m/min
-15 -10 -5 0 5 10 15
Anstellwinkel in °
Bild 5.27: Vergleich des Ablösewinkels der Spritzer bei einer Einschweißung (leere Datenpunkte)
und einer Durchschweißung (volle Datenpunkte) in Abhängigkeit
vom Anstellwinkel der Bearbeitungsoptik und der Vorschubgeschwindigkeit.
Analog zum senkrechten Strahleinfall (� = 0°) wird bei einer direkten Durchschweißung
mit angestellter Bearbeitungsoptik unterhalb von v = 8 m/min (df = 400 μm) die
freie Kapillaraustrittsöffnung relativ zur Strahlachse mit abnehmender Vorschubgeschwindigkeit
größer. Dementsprechend wird die Wechselwirkungsfläche zwischen
Laserstrahl und der Kapillarfront sowie das Volumen des abströmenden Metalldampfjets
um den Wert e/tbe gemäß Bild 5.23 verringert. Folglich wird der nach oben gerichtete
Materialfluss in der Grenzschicht und damit einhergehend der Ablösewinkel der
Spritzer � bei einer Durchschweißung im Vergleich zur Einschweißung reduziert und
die Ausgleichsgerade mit der Steigung m = -1 parallel nach unten verschoben. Mit
steigender Vorschubgeschwindigkeit (v > 8 m/min) wird die Kapillaraustrittsöffnung
um mehr als einen Fokusdurchmesser bezüglich der Eintrittsöffnung nach hinten versetzt
bzw. verschwindet komplett, weshalb die direkte Durchschweißung in eine Einschweißung
übergeht. Demzufolge sind der senkrecht nach oben wirkende Impuls der
Schmelze pPG und damit der Ablösewinkel der Spritzer identisch (gemeinsame Ausgleichsgerade
bei v = 11 m/min).
Nachdem der Zusammenhang zwischen Anstellwinkel der Bearbeitungsoptik und Ablösewinkel
der Spritzer bei variierenden Prozessparametern ausführlich diskutiert ist,
wird im Folgenden das Hauptaugenmerk auf die Bedeutung des abströmenden Metalldampfes
für die Schmelzbaddynamik und die damit verbundene Spritzerentstehung bei
einer Einschweißung gerichtet. Mit Hilfe der Aufnahmen der Hochgeschwindigkeits-