Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

4.1 Einfluss der Fokussierbarkeit 57
Der bedeutungsvolle Einfluss des Divergenzwinkels auf die Nahtform wird bei der
Betrachtung der dazugehörigen Nahtquerschliffe in Bild 4.9 erkennbar. Im Falle von
Aluminium geht die Schweißnahtform bei Verringerung des Divergenzwinkels zunächst
von einer u-Form in eine Amphoren-Form über, die derart bei dem Fokusdurchmesser
150 μm bzw. 200 μm vorhanden ist (vgl. Bild 4.5). Durch eine weitere
Reduktion der Divergenz des fokussierten Laserstrahls zeichnet sich eine tiefe
Schweißnaht mit parallelen Flanken ab. Beim Stahlwerkstoff DC04 nimmt infolge des
kleineren Divergenzwinkels die Ausbauchung der Verdampfungsisophote ab, so dass
der tropfenförmige Nahtquerschnitt in eine zunehmend tiefere und zugleich schlankere
Naht übergeht. Auch hier erfolgt bei hoher Vorschubgeschwindigkeit eine Annäherung
der Nahtform an den Divergenzwinkel.
v = 5 m/min
v = 10 m/min
1 mm
�� �� f = 2,9°
AlMgSi1
�� �� f = 8,6° �� �� f = 11,4°
1 mm
�� �� f = 2,9°
DC04
�� �� f = 8,6° �� �� f = 11,4°
Bild 4.9: Vergleich der Schliffbilder von AlMgSi1 und DC04 bei verschiedenen Divergenzwinkeln
(df = 100 μm; PL = 3 kW).
Der offensichtliche Zusammenhang zwischen zunehmender Einschweißtiefe und abnehmender
Nahtbreite infolge der Verkleinerung des Divergenzwinkels resultiert nach
Bild 4.10 in einer konstanten Nahtfläche. Ist bei konstanter Streckenenergie der Divergenzwinkel
der alleinige Einflussfaktor, umschließt die sich ergebende Verdampfungsisophote
dasselbe aufzuschmelzende Materialvolumen. Da bei Stahlwerkstoffen die
Begrenzung des Schmelzbades aufgrund der kleinen Diffusionslänge mit der Dampfkapillare
einhergeht, hat der Divergenzwinkel bei konstantem Fokusdurchmesser keinen
Einfluss auf das erzeugte Schmelzvolumen. Bei der Aluminiumlegierung ist trotz
der vom Stahlwerkstoff abweichenden Nahtformen kein Einfluss vom Divergenzwinkel
auf die Nahtquerschnittsfläche zu beobachten.