Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

3.5 Kapillarausbildung bei einer Einschweißung 39
Die Überlagerung der Kapillarneigung durch den Anstellwinkel � hat neben der Manipulation
der Kapillarfront einen signifikanten Einfluss auf die Kapillarrückwand. Zunächst
treffen die Teilstrahlen unabhängig vom Anstellwinkel unter einem identischen
Einfallswinkel � auf die geneigte Kapillarfront und werden gemäß dem Reflexionsgesetz
gleichermaßen zurückgeworfen. Geometrisch betrachtet neigt sich neben der Kapillarfront
auch die Kapillarrückwand analog dem Anstellwinkel der Bearbeitungsoptik.
Somit treffen je nach Anstellwinkel die reflektierten Teilstrahl in verschiedenen
Abständen auf die Kapillarrückwand im Bereich der entstehenden Austrittsöffnung.
Überlagernde Einflüsse wie etwa die des abströmenden Metalldampfes finden vorerst
keine Berücksichtigung. Bei schleppendem Strahleinfall treffen die reflektierten Teilstrahlen
1 und 2 auf die geneigte Kapillarrückwand und können zu einer deutlichen
Aufweitung der Austrittsöffnung führen. Lediglich Teilstrahl 3 wird an der geneigten
Kapillarfront reflektiert und tritt mit dem ihm verbleiben Restanteil an Intensität gemäß
R�I0,3 nach unten aus. Einzig Teilstrahl 4 wird direkt durch die freie Kapillaröffnung
ohne Intensitätsverluste transmittiert. Hingegen zeigt sich bei positivem Anstellwinkel,
dass Teilstrahl 1 gerade noch die Kapillarrückwand streift und somit im Vergleich
zur schleppenden Einstrahlrichtung wenig Intensität im Bereich der Austrittsöffnung
deponiert wird. Während die Teilstrahlen 2 und 3 die Kapillare nach einmaliger
Reflexion verlassen, wird Teilstrahl 4 aufgrund der in Bild 3.8 identischen Kapillargeometrie
(bezüglich der Strahlachse) wiederum transmittiert.
Welchen Einfluss die im oberen Kapillarbereich geneigte Rückwand sowie die deformierte
Austrittsöffnung auf die Stabilität des Schweißprozesses haben, wird in Kapitel
5.2 ausführlich diskutiert. Darüber hinaus wird dort die Auswirkung des dynamischen
Drucks vom abströmenden Metalldampf berücksichtigt, der durch die Verdampfung an
der geneigten Kapillarfront entsteht.
3.5 Kapillarausbildung bei einer Einschweißung
Ist das Probenmaterial zu dick (e wird größer) und/oder die Vorschubgeschwindigkeit
v zu groß (vgl. Bild 3.3), wird die Schwelle zu einer Durchschweißung mit offener
Kapillaraustrittsöffnung nicht mehr erreicht, was zu einer Einschweißung führt. Basierend
auf modellhaft vereinfachten Zusammenhängen zur Kapillarausbildung und der
Hypothese, dass bei einer großen Oberflächenabsorption die Kapillargeometrie und
vielmehr die Kapillarfront durch das erste Auftreffen der Laserstrahlung maßgeblich
ausgebildet wird [16], ist die Energieeinbringung beim zweiten Auftreffen des Laserstrahls
demnach deutlich geringer und damit einhergehend seine Auswirkung auf die