Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

66 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
herleiten. Aus den Energiebetrachtungen in [4] lässt sich ein allgemein gültiger Zusammenhang
zwischen Laserleistung, Stoffwerten und erzielbaren Prozessdaten
L
�btv � f �Werkstoff , Pr ozss�
P �
P ~ �
(4.6)
angeben, wobei der Absorptionsgrad als stoff- und wellenlängenabhängiger Proportionalitätsfaktor
eingeht. Unter Berücksichtigung, dass sich die Diffusionslänge �
V
� � 2 � � t , (4.7)
wobei t die Wechselwirkungsdauer und � die Temperaturleitfähigkeit
�
th � � (4.8)
� � cp
sind, senkrecht zur Verdampfungsisophote auswirkt, wird die Schweißnaht im untersuchten
Vorschubbereich infolge einer Leistungserhöhung gleichermaßen tiefer und
breiter (ohne Abbildung). Steht beim Laserstrahlschweißen die Nahtbreite b und die
Einschweißtiefe t näherungsweise für die Nahtfläche F, folgt aus Gleichung (4.6) unter
Vernachlässigung von PV das hyperbolische Gesetz
PL ~ btv bzw. PL ~ Fv . (4.9)
Das bedeutet, dass die Querschnittsfläche F im Wesentlichen mit der Streckenenergie
(PL/v) skaliert, welche das erzeugte Schmelzvolumen bestimmt.
Wie eingangs zu diesem Kapitel beschrieben, wird bei einer Variation der Laserleistung
die sich ausbildende Nahtform einzig durch die Fokussierbedingungen bestimmt.
Während bei df � 300 μm der Fokusdurchmesser die bestimmende Einflussgröße für
die Nahtausbildung ist, wird diese bei Fokusdurchmessern df � 200 μm im Wesentlichen
vom Divergenzwinkel des fokussierten Laserstrahls festgelegt. Bild 4.18 zeigt für
die Aluminiumlegierung AlMgSi1 Schliffbilder der untersuchten Fokusdurchmesser
bei unterschiedlicher Laserleistung. Neben den auffällig ausgeprägten Nahtformen,
wie sie in Kapitel 4.1.1 bereits ausführlich diskutiert werden, wird die Verschiebung
des Übergangsbereichs zu größeren Fokusdurchmessern und/oder Vorschubgeschwindigkeiten
bei höherer Laserleistung sichtbar. Der Stahlwerkstoff DC04 und der Edelstahl
CrNi18-10 zeigen ein gleichartiges Verhalten (ohne Abbildung).