Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

122 5 Schweißnahtqualität
nehmen sowohl der Ablösewinkel als auch ihre Anzahl ausgehend von z = 0 mm mit
zunehmender positiver Fokuslage deutlich zu. Dagegen ist bei der Fokuslage
z � -1,5 mm die geringste Anzahl an Spritzern zu beobachten, wobei ein verhältnismäßig
größerer Anteil beim Einstechen des Laserstrahls am Nahtanfang entsteht. Während
des Schweißprozesses findet die vereinzelte Spritzerablösung unter einem sehr
geringen Ablösewinkel statt. Wird die Fokuslage weiter ins Bauteil verlagert, nehmen
damit einhergehend der Ablösewinkel und die Anzahl der Spritzer wieder zu.
Bei einer Variation von Fokusdurchmesser und/oder den Prozessparametern lässt sich
das beschriebene Verhalten der Spritzerablösung gleichermaßen beobachten und ist in
Abhängigkeit von der Fokuslage in Bild 5.32 dargestellt. Überdies spielt bei einer Variation
der Fokuslage neben dem Fokusdurchmesser die Rayleighlänge eine essentielle
Rolle. Für die gewählten Fokussierbedingungen beträgt diese bei dem Fokusdurchmesser
df = 200 μm zRf = 1,0 mm, während sie sich bei df = 400 μm auf zRf = 4,0 mm
ausdehnt. Für den Fokusdurchmesser df = 200 μm zeigt sich ein durchaus bekanntes
Verhalten. Der parabelförmige Verlauf vom Ablösewinkel der Spritzer mit Tiefpunkt
bei z � -0,75 mm wird mit steigender Laserleistung (ausgefüllte Datenpunkte) zu kleineren
Ablösewinkeln verschoben. Gleichzeitig führt eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit
wiederum zu dessen Zunahme, unabhängig von der gewählten Fokuslage.
Eine Vergrößerung des Fokusdurchmesser auf df = 400 μm verschiebt die Kurven
zu einem größeren Ablösewinkel, weshalb der formelle Zusammenhang aus Gleichung
(5.1) für z = konst (-2 mm � z � 2 mm) seine Gültigkeit beibehält. Außerdem zeigen
die Kurven bei df = 400 μm aufgrund der um Faktor 4 größeren Rayleighlänge einen
flacheren Verlauf, weshalb der Bereich eines gleichbleibenden Ablösewinkels im Vergleich
zu df = 200 μm nahezu verdoppelt wird (gestrichelte Linien in Bild 5.32).
Ablösewinkel der Spritzer in °
80
70
60
50
40
v = 7 m/min
30
P L = 6 kW
P L = 4 kW
20
v = 11 m/min
10
0
d f = 200 μm
P L = 6 kW
P L = 4 kW
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage Fokuslage in mm
80
70
60
50
40
30
20
10
0
d f = 400 μm
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage Fokuslage in mm
v = 7 m/min
P L = 6 kW
P L = 4 kW
v = 11 m/min
P L = 6 kW
P L = 4 kW
Bild 5.32: Ablösewinkel der Spritzer als Funktion von Fokuslage, Vorschubgeschwindigkeit
und Laserleistung bei df = 200 μm (links) und df = 400 μm (rechts).