Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

4.1 Einfluss der Fokussierbarkeit 55
Verhältnisse ergeben sich für die Fokusdurchmesser 450 μm und 300 μm und sind
anhand der u-förmigen Nahtquerschnitte aus Bild 4.4 nachzuvollziehen.
r in mm
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
Faserlaser Scheibenlaser Stablaser
50 μm
100 μm
100 μm
200 μm
600 μm
I/I 0 = 0,3
0,00
0 2 4 6
z in mm
8 10
Bild 4.7: Veränderung der Isophoten durch Variation der Fokussierbedingungen bei konstantem
Quotient I/I0 = 0,3.
Für die mit dem Faser- bzw. Scheibenlaser abgebildeten Fokusdurchmesser zeigen
sich untereinander vergleichbare Verhältnisse. Bei jeweils konstantem Verhältnis
I/I0 = 0,3 nimmt bei stärkerer Fokussierung (df = 50 μm @ FL bzw. df = 100 μm @
DSL) der Divergenzwinkel �f (vgl. Tabelle 4.2) und somit die Ausbauchung der
Isophoten, an der gerade Verdampfungstemperatur erreicht wird, zu. Damit einhergehend
wird ihre Ausdehnung entlang der Strahlachse reduziert. Wie aus Bild 4.4 ersichtlich
ist, ergibt sich für Stahl bei einem Fokusdurchmesser von 100 μm (DSL) ein
tropfenförmiger Nahtquerschnitt. Dabei ist auffällig, dass sich die Nahtform dem Divergenzwinkel
des fokussierten Laserstrahls annähert. Dieses Verhalten ist auch bei
df = 200 μm (DSL) zu beobachten. Aufgrund des im Vergleich zum Fokusdurchmesser
100 μm halb so großen Divergenzwinkel ergibt sich eine schlankere und zugleich tiefere
Naht mit einer geringfügigen Verbreiterung im Nahtgrund. Infolge der besseren
Strahlqualität des Faserlasers kann der Divergenzwinkel und somit die Ausbauchung
der Verdampfungsisophote verringert werden. Dies führt zu einer Naht mit sehr großem
Aspektverhältnis bei dem Fokusdurchmesser df = 100 μm. Zusammenfassend
lässt sich sagen, dass die Nahtausbildung bei Fokusdurchmessern df � 200 μm im Wesentlichen
vom Divergenzwinkel bestimmt wird, da dieser den Verlauf der Isophoten
maßgeblich beeinflusst.