Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

4.1 Einfluss der Fokussierbarkeit 69
Somit kann das Prozessfenster, in dem sich Toleranzen der Handhabungstechnik weniger
stark auswirken und die Einschweißtiefe nicht maßgeblich reduziert wird, um
einen Faktor von ungefähr drei für den jeweiligen Fokusdurchmesser vergrößert werden.
Allerdings wird, wie bereits in Bild 4.19 diskutiert, der Kurvenverlauf bei der
Aluminiumlegierung durch das Erreichen der Schwelle beeinflusst. Bei einer Fokuslage
von z > 2,5 mm reicht der Strahlparameterquotient bei PL = 6 kW für den Fokusdurchmesser
df = 100 μm nicht mehr aus, um eine Dampfkapillare auszubilden.
Anlässlich der Leistungserhöhung um den Faktor zwei verdoppelt sich gemäß Gleichung
(4.9) die aufgeschmolzene Nahtfläche für die beiden Werkstoffe AlMgSi1 und
CrNi18-10 in Bild 4.21 im Bereich der Fokusnulllage (gestrichelte Linien in Bild
4.21). Ein Absinken der Nahtfläche infolge der Fokuslagenvariation sowohl in positiver
als auch negativer Richtung kennzeichnet den Übergangsbereich (Ü), welcher bei
Edelstahl erst deutlich später erreicht wird. Somit zeigt sich, dass die Lage der Schwelle
für die Aluminiumlegierung AlMgSi1 und den Edelstahl CrNi18-10 in Bild 4.21 bei
konstanter Vorschubgeschwindigkeit mit dem Strahlparameterquotienten korreliert.
Unter Berücksichtigung von Bild 4.15 liegt die Schwelle für die Aluminiumlegierung
AlMgSi1 bei PL/d(z) � 4,3 kW/mm. Edelstahl hat hingegen einen höheren Absorptionsgrad
und eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Aluminiumlegierung, weshalb
die Schwelle bei einem niedrigeren Strahlparameterquotienten (PL/d(z) � 1-2 kW/mm)
liegt.
Nahtfläche in mm²
10
8
6
4
AlMgSi1
2
WLS
0
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage in mm
5
4
3
2
1
CrNi18-10
P L = 3 kW P L = 6 kW
d f = 100 μm d f = 100 μm
d f = 200 μm d f = 200 μm
d f = 600 μm d f = 600 μm
Ü
Ü
0
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage in mm
Bild 4.21: Einfluss der Laserleistung auf die Nahtfläche als Funktion der Fokuslage für
die Werkstoffe AlMgSi1 und CrNi18-10(v = 5 m/min).