Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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3.3 Bestimmung <strong>der</strong> Kapillarneigung 29<br />
Für die Bestimmung <strong>der</strong> geometrischen Abmaße <strong>der</strong> Kapillare steht e<strong>in</strong> diodengepumpter<br />
Scheibenlaser (DSL) mit e<strong>in</strong>er maximalen Ausgangsleistung von PL = 6 kW<br />
zur Verfügung. Um den E<strong>in</strong>fluss von Fokusdurchmesser, Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
und <strong>Laser</strong>leistung auf die Kapillarausbildung zu untersuchen, werden die <strong>in</strong> Tabelle<br />
3.1 aufgeführten optischen Komponenten e<strong>in</strong>gesetzt. Die Intensitätsverteilung im Fokus<br />
wurde mit e<strong>in</strong>em PRIMES-FocusMonitor analysiert und hat die für den Versuch<br />
erfor<strong>der</strong>liche TopHat-Verteilung gezeigt. Des Weiteren haben ausgiebige Schutzgasuntersuchungen<br />
ke<strong>in</strong>en signifikanten E<strong>in</strong>fluss auf die Kapillarausbildung gezeigt, weshalb<br />
die Untersuchungen ohne Schutzgasatmosphäre durchgeführt werden.<br />
dk<br />
[μm]<br />
fk<br />
[mm]<br />
ff<br />
[mm]<br />
� df<br />
[μm]<br />
PL<br />
[kW]<br />
200 200 200 1:1 200 4<br />
200 200 200 1:1 200 6<br />
200 100 200 1:0,5 400 6<br />
600 200 200 1:1 600 3<br />
600 200 200 1:1 600 4<br />
Tabelle 3.1: Übersicht über die verwendeten optischen Komponenten und die daraus resultierenden<br />
Fokusdurchmesser.<br />
Für die Untersuchungen <strong>der</strong> sich ausbildenden Kapillare und explizit <strong>der</strong> Kapillarvor<strong>der</strong>seite<br />
bei e<strong>in</strong>er Durchschweißung werden Edelstahlproben (1.4301) <strong>der</strong> Materialdicke<br />
e = 2 mm verwendet. Diese haben e<strong>in</strong>e Länge von 100 mm und werden mit Hilfe<br />
e<strong>in</strong>er Bearbeitungsmasch<strong>in</strong>e unter <strong>der</strong> stationären Bearbeitungsoptik verfahren. Darüber<br />
h<strong>in</strong>aus kann die Dynamik <strong>der</strong> Kapillargeometrie mit e<strong>in</strong>er CMOS-Kamera bei<br />
e<strong>in</strong>er Aufnahmerate von 1 kHz untersucht werden. Dabei ermöglicht <strong>der</strong> koaxiale<br />
Aufbau <strong>der</strong> Kamera e<strong>in</strong>en Blick <strong>in</strong> das Kapillar<strong>in</strong>nere, siehe Bild 3.2. Dafür wird die<br />
Fokussierl<strong>in</strong>se <strong>der</strong> Bearbeitungsoptik und e<strong>in</strong>e nach dem Strahlteiler externe L<strong>in</strong>se zur<br />
Abbildung <strong>der</strong> Fokusebene benutzt, wobei <strong>der</strong> Fokus auf <strong>der</strong> Werkstückoberfläche<br />
liegt. Durch e<strong>in</strong>en zusätzlichen Filter vor <strong>der</strong> Kamera werden lediglich stark erhitzte<br />
Oberflächen aufgrund ihres Eigenleuchtens sichtbar. Infolge <strong>des</strong>sen können die geometrischen<br />
Abmaße <strong>der</strong> Kapillare, <strong>in</strong>sbeson<strong>der</strong>e die Kapillarvor<strong>der</strong>seite und die Kapillaraustrittsöffnung,<br />
detektiert und ausgemessen werden.<br />
3.3 Bestimmung <strong>der</strong> Kapillarneigung<br />
Bild 3.3 zeigt die Ausbildung <strong>der</strong> Kapillargeometrie <strong>in</strong> Abhängigkeit <strong>der</strong> Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit<br />
anhand <strong>der</strong> koaxialen Aufnahmen mit <strong>der</strong> CMOS-Kamera. Da die Kapillarfront<br />
direkt von dem e<strong>in</strong>fallenden <strong>Laser</strong>strahl bestrahlt wird, ist diese aufgrund
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