Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

3.3 Bestimmung der Kapillarneigung 33
Bohrgeschwindigkeit in m/min
12
10
8
6
4
2
0
v = 8 m/min
(d f = 200 μm; P L = 4 kW)
v = 3 m/min
(d f = 600 μm; P L = 4 kW)
v = 11 m/min
(d f = 200 μm; P L = 6 kW)
v = 4 m/min
(d f = 400 μm; P L = 6 kW)
� � = konst �� 7°
0 40 80 120 160 200
Intensität in kW/mm²
Bild 3.6: Bohrgeschwindigkeit vD als Funktion der Intensität bei angepasster Vorschubgeschwindigkeit
zum Erreichen einer konstanten Kapillarneigung.
In [4] ist die Bohrgeschwindigkeit durch Gleichsetzen der je Zeiteinheit in der bestrahlten
Fläche absorbierten Energie und der für die Verdampfung des darunterliegenden
Materials erforderlichen Energie beschrieben
dz I
vD � �
� � � I
dt �
abs
abs
�cT�h�h� p
s
v
mit I abs � A��
��cos � � I 0 . (3.2)
Die Fresnelabsorption, die nur vom Einfallswinkel � der Laserstrahlung abhängt, ist in
[12] angenähert durch
k
���� A � . (3.3)
A cos
0 �
A0 ist der Absorptionsgrad bei senkrechtem Strahleinfall. Für den Exponent wird in
[12] k = 0,2 gewählt, um die Winkelabhängigkeit des Absorptionsgrades nahe der für
Stahl experimentell ermittelten Werte zu gewährleisten. Durch Gleichsetzen von Gleichung
(3.1) und (3.2) und unter Berücksichtigung von Gleichung (3.3) sowie der trigonometrischen
Beziehung � + � = �/2 folgt
� � � � 1
k �1
k �
� � � � I � A � sin�
� v � sin . (3.4)
v � cos
�
0
0
In Gleichung (3.4) kennzeichnet vD0 die Bohrgeschwindigkeit, welche sich bei senkrechtem
Strahleinfall (� = 0°) ausbildet. Somit ist vD0 eine Konstante, die lediglich von
der einfallenden Intensität I0 abhängt. Ist die Neigung der Kapillare � gering, lässt sich
Gleichung (3.4) vereinfacht darstellen
D0