Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

118 5 Schweißnahtqualität
tersuchten Anstellwinkelbereich der Bearbeitungsoptik bei konstanten Prozessparametern
um �2��� = 24° umorientieren kann, bleibt der dynamische Druck des von ihr abströmenden
Metalldampfes konstant. Dies liegt darin begründet, dass die relativ zur
Strahlachse resultierende Kapillarneigung �rel unabhängig vom Anstellwinkel � ist
(vgl. Bild 3.9).
Infolge der schleppenden Strahlauslenkung nimmt die Kapillarneigung bezüglich der
Vertikalen um den Anstellwinkel � zu. Gleichermaßen neigt sich die Kapillarrückwand
bezüglich der Vertikalen nach vorne, siehe Bild 3.11. Trifft der einfallende Laserstrahl
auf die derart geneigte Kapillarfont, findet die Materialverdampfung vornehmlich auf
der Wechselwirkungszone statt (v > 5 m/min), siehe Bild 5.29. Der senkrecht von der
Kapillarfront abströmende Metalldampfjet übt letztlich eine dem dynamischen Druck
entsprechende Kraft auf die ihm entgegen geneigte Kapillarrückwand aus. Geometrisch
bedingt wird die Kapillarrückwand geradezu aufgeblasen und bildet die anhand
der Hochgeschwindigkeitskamera beobachtete vor- und zurücklaufende Schmelzbadwelle
aus. Wird die Schmelzbadwelle aufgrund des abströmenden Dampfjets nach hinten
gedrückt, lösen sich, zusätzlich hervorgerufen durch die resultierende Reibungskraft
zwischen Schmelze und Metalldampf, die Spritzer an deren Oberkante ab. Somit
wird mit zunehmend schleppender Strahlanstellung die Schmelzbadstabilität an der
Kapillarrückwand sukzessive herabgesetzt und resultiert in einem vermehrten Spritzervorkommen.
schleppende Strahlanstellung
Dampfjet
Spritzer
Schmelzbadwelle
stechende Strahlanstellung
stabilisierte
Kapillarrückwand
Wechselwirkungszone
Dampfjet
Bild 5.29: Schema der Kapillar- und Schmelzbadgeometrie bei Vorschubgeschwindigkeiten
v > 5 m/min bei schleppender (links) und stechender (rechts) Strahlanstellung.