Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

64 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
Gleichzeitig nimmt mit zunehmender Aufweitung des Laserstrahls w(z) = d(z)/2 in
dessen Propagationsrichtung z der Strahlparameterquotient (PL/d(z)) laut Bild 4.15 ab.
Bei z � 1,75 mm unterschreiten die Kurven der betroffenen Fokusdurchmesser die materialspezifische
Schwelle von der Aluminiumlegierung bei PL/d(z) � 4,3 kW/mm und
der Tiefschweißprozess kommt zum Erliegen.
4.1.4 Variation der Laserleistung
Eine stetige Weiterentwicklung stark fokussierender Lasersysteme führte bei gleich
bleibender Fokussierbarkeit zu einer Leistungssteigerung auf PL = 6 kW. Die gewonnenen
Erkenntnisse aus den vorangegangenen Untersuchungen, insbesondere der essentielle
Einfluss des Divergenzwinkels auf die Nahtformung bei Fokusdurchmessern
df �200 μm, lassen sich gleichermaßen auf die Resultate bei doppelter Laserleistung
übertragen. Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, inwieweit sich die charakteristischen
Einschweißgrößen, wie Einschweißtiefe und Nahtfläche, mit der Laserleistung
skalieren lassen. Um eine entsprechende Übersicht bei den dargestellten Ergebnissen
zu wahren, werden die Skalierbarkeitsuntersuchungen auf drei repräsentative
Fokusdurchmesser nach Tabelle 4.4 beschränkt.
dk
fk
ff
� df
�f
[μm] [mm] [mm]
[μm] [°]
200 200 200 1:1 200 5,7
600 200 100 1:2 300 11,4
600 200 200 1:1 600 5,7
Tabelle 4.4: Übersicht über die verwendeten Fokusdurchmesser.
Der Einfluss der Laserleistung auf die resultierende Einschweißtiefe ist als Funktion
der Vorschubgeschwindigkeit für die Aluminiumlegierung AlMgSi1 und den Edelstahl
CrNi18-10 in Bild 4.16 dargestellt. Für alle Fokusdurchmesser zeigt sich infolge der
Leistungsverdopplung eine deutliche Zunahme der Einschweißtiefe. Unter der Voraussetzung,
dass der Schweißprozess oberhalb des Übergangsbereichs stattfindet, skaliert
die Einschweißtiefe bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit nicht proportional mit
der Laserleistung (gestrichelte Linie in Bild 4.16 für df = 200 μm bei CrNi18-10).
Vielmehr lässt sich für das Erreichen einer konstanten Einschweißtiefe durch die Verdopplung
der Laserleistung eine um den Faktor zwei höhere Vorschubgeschwindigkeit
erzielen. Dabei gilt es zu beachten, dass dieser Zusammenhang erst ab einer Vorschubgeschwindigkeit
von v � 5 m/min seine Gültigkeit zeigt.