Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

72 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
Der Einkoppelgrad liegt für den Edelstahl CrNi18-10 aufgrund des höheren Absorptionsgrads
im untersuchten Parameterbereich nahe der vollständigen Einkopplung. Hingegen
kann bei der Aluminiumlegierung AlMgSi1 bereits eine geringe Fluktuation von
beispielsweise der Laserleistung oder der Vorschubgeschwindigkeit im Leistungsbereich
bis PL = 3 kW zu einem starken Ansteigen/Abfallen der Einschweißtiefe führen.
Damit einhergehend verändert sich das Aspektverhältnis und somit der Einkoppelgrad.
Da das Aspektverhältnis nach Gleichung (4.11) ebenso vom Fokusdurchmesser bestimmt
wird, kann mit einem kleineren Fokusdurchmesser (höhere Fokussierbarkeit)
ein größerer Einkoppelgrad erreicht werden, siehe Bild 4.24 (s. Pfeile). Während zudem
bei df = 100 μm der Einfluss des Divergenzwinkels auf die Einschweißtiefe nicht
unberücksichtigt bleiben darf, führt der Fokusdurchmesser 600 μm in Bild 4.16 zu einer
deutlichen Abnahme der Einschweißtiefe und somit des Einkoppelgrads.
Einkoppelgrad in %
100
80
60
40
20
d f = 100 μm
d f = 600 μm
d f ��
�
100
80
60
40
20
d f = 100 μm
AlMgSi1 d f = 600 μm
CrNi18-10
0
0
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
Aspektverhältnis
Aspektverhältnis
Bild 4.24: Einfluss vom Fokusdurchmesser auf den nach Gleichung (4.10) ermittelten
Einkoppelgrad als Funktion des Aspektverhältnisses bei variierender Laserleistung
PL = 1 kW - 6 kW und Vorschubgeschwindigkeit v = 2 - 10 m/min.
Anhand der gewonnen Erkenntnisse aus Bild 4.23 und Bild 4.24 lassen sich die in Kapitel
4.1 eingeführten Prozessbereiche Wärmeleitungsschweißen (WLS), Übergangsbereich
(Ü) und Tiefschweißen (TS) durch den Einkoppelgrad näher beschreiben, siehe
Bild 4.25. Wenn bei der Aluminiumlegierung AlMgSi1 die Prozesstemperatur gerade
unterhalb der Verdampfungsgrenze liegt, beträgt der Absorptionsgrad nach [30] beim
Wärmeleitungsschweißen etwa 15%. Mit dem Überschreiten der werkstoffspezifischen
Schwelle findet nach Bild 4.14 ein sprunghafter Anstieg der Einschweißtiefe auf etwa
t = 1,5 mm statt, was zu einem Aspektverhältnisses von AF � 2,5 führt. Dabei steigt
der Einkoppelgrad von 15% auf etwa 55% an. Insbesondere bei großen Fokusdurchmessern
reicht der Strahlparameterquotient nicht aus, um die maximale Nahtfläche
nach Bild 4.3 aufzuschmelzen. Der in diesem Bereich noch vergleichsweise stark zu-
d f ��
�