Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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3.5 Kapillarausbildung bei e<strong>in</strong>er E<strong>in</strong>schweißung 43<br />
Diese Ergebnisse zeigen ganz deutlich, dass bei e<strong>in</strong>er E<strong>in</strong>schweißung die maximale<br />
E<strong>in</strong>schweißtiefe t nicht nur durch e<strong>in</strong>e e<strong>in</strong>zige Reflexion <strong>der</strong> e<strong>in</strong>fallenden <strong>Laser</strong>strahlung<br />
an <strong>der</strong> Kapillarvor<strong>der</strong>seite erzielt wird. Vielmehr werden die e<strong>in</strong>zelnen Teilstrahlen<br />
nach dem Pr<strong>in</strong>zip <strong>der</strong> Mehrfachreflexion <strong>in</strong> die Tiefe gelenkt und haben den <strong>in</strong> Bild<br />
3.14 gezeigten Tiefengew<strong>in</strong>n zur Folge. Dies wirkt sich <strong>in</strong>sbeson<strong>der</strong>e mit kle<strong>in</strong>er werdendem<br />
Fokusdurchmesser und/o<strong>der</strong> höherer <strong>Laser</strong>leistung aus. Das bedeutet wie<strong>der</strong>um,<br />
dass die Anzahl <strong>der</strong> kapillar<strong>in</strong>ternen Reflexionen mit abnehmen<strong>der</strong> E<strong>in</strong>schweißtiefe<br />
t und gleichzeitig breiterer Dampfkapillare (~ df) abnehmen, gleichzusetzen mit e<strong>in</strong>er<br />
Zunahme <strong>der</strong> Kapillarneigung � bzw. e<strong>in</strong>er Abnahme <strong>des</strong> Aspektverhältnis <strong>der</strong><br />
sich ausbildenden Dampfkapillare (t/df) bei konstanter Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit v.<br />
E<strong>in</strong>e sich aus diesem Zusammenhang ergebende Kapillargeometrie bei e<strong>in</strong>er E<strong>in</strong>schweißung<br />
ist <strong>in</strong> Bild 3.15 dargestellt. Im oberen Bereich <strong>der</strong> Kapillare s<strong>in</strong>d die Bed<strong>in</strong>gungen<br />
<strong>der</strong> sich ausbildenden Kapillarfront (tbe) denen bei e<strong>in</strong>er Durchschweißung<br />
vergleichbar. Demnach bestimmen die charakteristischen Strahlgrößen Fokusdurchmesser<br />
und <strong>Laser</strong>leistung beim ersten Auftreffen auf die Kapillarvor<strong>der</strong>seite <strong>in</strong> Überlagerung<br />
mit <strong>der</strong> Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeit den Neigungsw<strong>in</strong>kel �. Die gesamte E<strong>in</strong>schweißtiefe<br />
t wird schließlich durch den Tiefengew<strong>in</strong>n �t <strong>in</strong>folge <strong>der</strong> Mehrfachreflexion<br />
erreicht. Des Weiteren bestätigt Bild 3.15, dass e<strong>in</strong>e Berechnung <strong>der</strong> Kapillarneigung<br />
mittels <strong>der</strong> trigonometrischen Beziehung <strong>in</strong> Gleichung (3.8) immer e<strong>in</strong>en kle<strong>in</strong>eren<br />
W<strong>in</strong>kelwert �cal ergibt, solange die Mehrfachreflexion e<strong>in</strong>en Tiefengew<strong>in</strong>n �t zur<br />
Folge hat (vgl. Bild 3.14).<br />
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Schmelzbad<br />
Bild 3.15: Modell zur Ausbildung <strong>der</strong> Dampfkapillare bei e<strong>in</strong>er E<strong>in</strong>schweißung als Seitenansicht.<br />
Exemplarisch ist e<strong>in</strong> e<strong>in</strong>fallen<strong>der</strong> Teilstrahl e<strong>in</strong>gezeichnet, <strong>der</strong> durch<br />
die Mehrfachreflexion im Kapillar<strong>in</strong>neren wie<strong>der</strong> nach oben austritt.<br />
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