Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

5.2 Spritzerentstehung beim Schweißen von Stahl 117
senkrechten Strahleinfall impulsiv nach hinten gedrückt und hat eine große Schmelzbadwelle
zur Folge. Vergleichbar mit dem Antriebsmechanismus zur Spritzerentstehung
aus Bild 5.14 (Vorschubgeschwindigkeiten zwischen v = 6 - 8 m/min), findet
deren gerichtete Ablösung am oberen Rand der Schmelzbadwelle statt. Angetrieben
durch den abströmenden Metalldampf oszilliert diese vor und zurück und wird in periodischen
Abständen nach hinten ausgeworfen. Im Moment der Spritzerablösung wird
die Kapillarrückwand nach hinten gedrückt und damit die Schmelzbadwelle abgebaut,
allerdings baut sie sich bei ihrer Vorwärtsbewegung in Richtung der Kapillare erneut
auf. Der permanent von der Kapillarfront abströmende Metalldampf wirkt der
Schmelzbadwelle entgegen und resultiert in einer erneuten Spritzerablösung. Durch
eine stetige Steigerung des Anstellwinkels in schleppender Richtung nehmen die Größe
der Schmelzbadwelle und der Spritzerauswurf zusehends zu. Bei zu großem Anstellwinkel
(� 0°)
Entgegen dem richtet sich die geneigte Kapillarfront mit zunehmend stechendem
Strahleinfall und konstanten Prozessparametern nach Gleichung (3.7) auf, bis diese
senkrecht steht. Eine weitere Steigerung des Anstellwinkels hat eine in Vorschubrichtung
nach vorn ausgebildete Kapillare (� < 0°) zur Folge. Analog zum senkrechten
Strahleinfall zeigt die Kapillareintrittsöffnung eine deutliche Verlängerung. Der senkrecht
von der Kapillarfront abströmende Metalldampf unterstützt mit zunehmend stechender
Strahlanstellung die Aufweitung der Kapillareintrittsöffnung und hat eine erhöhte
Stabilität der Kapillarrückwand zur Folge, sodass diese keinen signifikanten
Fluktuationen unterliegt. Dies wirkt sich gleichermaßen auf das angrenzende
Schmelzbad aus, welches weitestgehend frei von auftretenden Oszillationen ist. Eine
damit beachtliche Reduktion der Spritzerablösung an der Kapillarrückwand ist die Folge,
wie sie bereits in Bild 5.24 zu sehen ist.
Diskussion
Vergleichbar zu dem Antriebsmechanismus der Spritzerentstehung in Abhängigkeit
der Vorschubgeschwindigkeit lässt sich gleichermaßen aus der Umorientierung der
Bearbeitungsoptik ein Szenario ableiten, bei dem der senkrecht von der Kapillarfront
abströmende Metalldampf eine entscheidende Rolle spielt. Der dynamische Druck des
Metalldampfjets übt dann einen vergleichbaren Druck auf die Kapillarrückwand aus
und kann sie leicht verformen, wenn sich hinter dieser ein flüssiges Volumen wie das
Schmelzbad befindet. Obwohl sich die Kapillare bezüglich der Vertikalen �(�) im un-