Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

76 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
Die Nahtbreite und somit die Péclet-Zahl werden des Weiteren vom verwendeten Fokusdurchmesser
beeinflusst. Werden für beide Werkstoffe bei dem Fokusdurchmesser
100 μm noch vergleichbare Nahtbreiten zu df = 200 μm erzielt, so nehmen diese bei
dem Fokusdurchmesser 600 μm zu (ohne Abbildung). Beim Edelstahl haben aufgrund
der ohnehin hohen Péclet-Zahlen die Fokusdurchmesser keinen wesentlichen Einfluss
auf den thermischen Wirkungsgrad (asymptotische Annäherung an �th = 48%). Dagegen
nimmt bei der Aluminiumlegierung die Péclet-Zahl bei df = 600 μm aufgrund der
größeren Nahtbreite b nach Gleichung (4.14) derart zu, dass sich bei PL � 5 kW der
thermische Wirkungsgrad dem Wert von 48% asymptotisch annähert (ohne Abbildung).
4.2.3 Prozesswirkungsgrad
Der Prozesswirkungsgrad �Pr ergibt sich als Produkt aus Einkoppelgrad �A und ther-
mischen Wirkungsgrad �th
und mit Gleichung (4.13) zu
� �
Pr � � A �th
(4.15)
F � v � H
P
� Pr � . (4.16)
PL
Unter Berücksichtigung von Bild 4.22 und Bild 4.26 wird deutlich, dass selbst unter
den günstigsten Einkoppelbedingungen aufgrund von unvermeidbaren Wärmeleitungsverlusten
ein Prozesswirkungsgrad von 50% nicht überschritten werden kann.
Aus dem Zusammenhang in Gleichung (4.16) ist die Proportionalität zwischen Prozesswirkungsgrad
�Pr und spezifischem Schmelzbadvolumen Vspez zu erkennen. Das
spezifische Schmelzvolumen vermittelt den Eindruck davon, wie die bereitgestellte
Energie zum Aufschmelzen des Werkstoffes umgesetzt wird
V
spez.
F � v
� ~ � Pr . (4.17)
P
Der als Streckenergie bezeichnete Ausdruck PL/v wird für den Prozess des Aufschmelzens
als charakteristische Größe verwendet. Deren Einfluss auf die Nahtquerschnittsfläche
F ist in Bild 4.28 für die Werkstoffe AlMgSi1 und CrNi18-10 bei konstanten
Leistungswerten und variierender Vorschubgeschwindigkeit gezeigt. Bei der Aluminiumlegierung
ist für die Laserleistung PL = 1 kW eine sehr geringe Neigung der Aus-
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