Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

3.1 Grundlagen 27
Zusammenhänge aufgegriffen und Annahmen getroffen werden. Wie eingangs erwähnt,
ist die Ausbildung der Dampfkapillare im Werkstück einem dem Kolbenmodell
entsprechenden Laserbohrprozess sehr ähnlich. Unter der Prämisse, dass sich die geneigte
Kapillare mit der Bohrgeschwindigkeit vD senkrecht zur Kapillaroberfläche in
das feste Material bohrt, bildet sich die Eindringgeschwindigkeit vE parallel zur Kapillaroberfläche
aus. Da das an der Kapillarfront aufgeschmolzene Material in diesem
2D-Modell senkrecht zur Betrachtungsebene strömt, handelt es sich bei den Geschwindigkeitsvektoren
vD und vE um Geschwindigkeiten der Phasengrenze gasförmig/flüssig.
Schlussendlich beschreibt der Vektor der Bohrgeschwindigkeit vD in Verbindung
mit der Vorschubgeschwindigkeit v den Neigungswinkel � der Kapillarfront.
Detail A A
v D
v
v E
��
v D
d f
1 2 3 4
L Kf
P L
L Kö
v
2� 2�
43 2 1
Bild 3.1: Modell zur Ausbildung der Dampfkapillare als Drauf- und Seitenansicht bei
einer Durchschweißung der Materialdicke e [16].
Ein weiterer grundlegend wichtiger Punkt ist, dass für die Untersuchungen eine
„TopHat“-Verteilung der Intensität im Fokus vorliegt. Als Folge der gleichmäßig einfallenden
Intensität bildet sich nach [16] eine, über die gesamte Bestrahlungsfläche
konstante, Neigung der Kapillare aus. Der an dieser Fläche reflektierte Laserstrahl
wird gemäß dem Reflexionsgesetz in eine völlig eindeutige Richtung zurückgeworfen.
Dieser Effekt ist mitunter für die Verformung der Kapillarrückwand im Bereich des
Strahlaustritts verantwortlich (Teilstrahl 1 in Bild 3.1). Dagegen bleibt der obere Anteil
der Kapillarrückwand nahezu senkrecht. Somit wird die Kapillarrückwand in diesem
Modell nur durch den einfallenden bzw. reflektierten Laserstrahl geformt. Überla-
e