Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit<br />
Die neuen Strahlwerkzeuge Scheiben- und Faserlaser bieten e<strong>in</strong>e weitaus bessere Fokussierbarkeit<br />
im Multikilowattbereich als konventionelle Festkörperlaser. Die höhere<br />
Strahlqualität br<strong>in</strong>gt für das <strong>Laser</strong>schweißen e<strong>in</strong>e Reihe prozesstechnischer Vorteile<br />
mit sich und ermöglicht somit e<strong>in</strong>e Erweiterung <strong>des</strong> Anwendungsfel<strong>des</strong>. In Kapitel 4.1<br />
wird <strong>der</strong> grundlegende E<strong>in</strong>fluss <strong>der</strong> Fokussierbarkeit auf die Nahtausbildung anhand<br />
von Bl<strong>in</strong>dschweißungen <strong>in</strong> den Stahlwerkstoff DC04, den Edelstahl CrNi18-10 und<br />
die Alum<strong>in</strong>iumlegierung AlMgSi1 diskutiert. Jedoch s<strong>in</strong>d diesem potenziellen Nutzen<br />
maßgebliche Grenzen gesetzt, auf die <strong>in</strong> diesem Kapitel e<strong>in</strong>gegangen werden soll. In<br />
Kapitel 4.2 wird die Effizienz <strong>des</strong> <strong>Laser</strong>schweißprozesses bei guter Fokussierbarkeit<br />
diskutiert.<br />
4.1 E<strong>in</strong>fluss <strong>der</strong> Fokussierbarkeit<br />
Unter Berücksichtung <strong>der</strong> Fokussierbarkeit kommen drei unterschiedliche <strong>Laser</strong>konzepte<br />
zum E<strong>in</strong>satz – e<strong>in</strong> lampengepumpter Stablaser (LSL) sowie e<strong>in</strong> diodengepumpter<br />
Scheiben- und Faserlaser. Aufgrund <strong>der</strong> direkten Abhängigkeit zwischen dem laser<strong>in</strong>ternen<br />
Strahlparameterprodukt (SPP) <strong>des</strong> verwendeten <strong>Laser</strong>systems und dem kle<strong>in</strong>sten<br />
nutzbaren Faserkerndurchmesser wird <strong>der</strong> Fokusdurchmesser <strong>in</strong> Komb<strong>in</strong>ation mit<br />
e<strong>in</strong>er Verän<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> Brennweite variiert. Das lampengepumpte System wird für die<br />
Abbildung <strong>der</strong> Fokusdurchmesser von 600 μm bis 300 μm verwendet. Mit dem<br />
Strahlparameterprodukt von 6 mm*mrad <strong>des</strong> Scheibenlaser (DSL), welches im Vergleich<br />
zum Stablaser e<strong>in</strong>e um den Faktor 4 bessere Fokussierbarkeit bedeutet, können<br />
Fokusdurchmesser bis m<strong>in</strong>imal 75 μm erzielt werden. Im Leistungsbereich bis 4 kW<br />
zeichnet sich <strong>der</strong> Faserlaser (FL) h<strong>in</strong>gegen mit e<strong>in</strong>er bis dato unerreichten Fokussierbarkeit<br />
aus, wodurch Lichtleitkabel mit e<strong>in</strong>em Kerndurchmesser von lediglich 50 μm<br />
e<strong>in</strong>gesetzt werden können. Tabelle 4.1 zeigt die Daten <strong>der</strong> zur Fokussierung e<strong>in</strong>gesetzten<br />
optischen Komponenten und die sich daraus ergebenden Fokusdurchmesser mit<br />
den dazugehörigen abbildungsbed<strong>in</strong>gten Divergenzw<strong>in</strong>keln. Als Divergenzw<strong>in</strong>kel<br />
wird <strong>der</strong> halbe Öffnungsw<strong>in</strong>kel <strong>des</strong> fokussierten <strong>Laser</strong>strahls verwendet. Im Rahmen<br />
<strong>der</strong> grundlegenden Untersuchung wird die <strong>Laser</strong>leistung konstant bei 3 kW gehalten.
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