Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

4.2 Wirkungsgrade beim Laserstrahlschweißen 77
gleichsgeraden zu erkennen. Diese kann mit einer Leistungserhöhung auf PL = 3 kW
gesteigert werden, erreicht aber dennoch nicht den maximal möglichen Wert von
120 mm³/kJ. Eine sukzessive Erhöhung der Leistung PL > 3 kW ermöglicht letztlich
das Erreichen des maximalen spezifischen Schmelzvolumens (gestrichelte Linie). Für
den Edelstahl sind aufgrund des im Vergleich zur Aluminiumlegierung größeren Absorptionsgrads
und der geringen Temperaturleitfähigkeit die auftretenden Effekte weniger
zu erkennen.
Nahtfläche in mm²
25
20
15
10
P L = 1 kW P L = 4 kW
P L = 2 kW P L = 5 kW
P L = 3 kW P L = 6 kW
F ��
v
��
120 mm ³ / kJ
P
L
5
AlMgSi1
d f = 200 μm
0
0,00 0,05 0,10
P L /v in kJ/mm
0,15 0,20
10
8
6
4
2
P L = 1 kW P L = 4 kW
P L = 2 kW P L = 5 kW
P L = 3 kW P L = 6 kW
F ��
v
��
45 mm ³ / kJ
P
L
CrNi18-10
d f = 200 μm
0
0,00 0,05 0,10
P L /v in kJ/mm
0,15 0,20
Bild 4.28: Nahtfläche als Funktion der Streckenergie (PL = konst) bei dem Fokusdurchmesser
df = 200 μm für AlMgSi1 und CrNi18-10. Das spezifische Schmelzvolumen
ist durch die Neigung der Gerade gegeben.
Die Neigung der Gerade in Bild 4.28 entspricht demzufolge dem spezifischen
Schmelzvolumen, vgl. Gleichung (4.17). Dabei gilt, je größer die Neigung der Gerade
ist, desto höher ist das aufgeschmolzene spezifische Schmelzvolumen und damit der
Prozesswirkungsgrad. Mit Hilfe der gewonnen Erkenntnisse über den Einfluss von
Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit auf den Einkoppelgrad (Kapitel 4.2.1)
und den thermischen Wirkungsrad (Kapitel 4.2.2) lässt sich ein davon abweichender
Verlauf am Beispiel der Aluminiumlegierung erklären.
Es lässt sich festhalten, dass mit steigender Laserleistung der Einkoppelgrad und damit
das spezifische Schmelzvolumen gesteigert werden kann (siehe Bild 4.23). Dennoch
ist bei Laserleistungen PL > 3 kW mit zunehmender Streckenergie (gleichzusetzen mit
einer Abnahme der Vorschubgeschwindigkeit) ein Abspalten der Gerade vom gemeinsamen
Verlauf zu erkennen, vgl. Bild 4.28. Dieser Effekt prägt sich bei geringen Laserleistungen
PL � 3 kW vermehrt aus. In diesem Leistungsbereich hat eine Variation
der Vorschubgeschwindigkeit einen essentiellen Einfluss auf den thermischen Wirkungsgrad
(vgl. Bild 4.27). Demnach sind im untersuchten Vorschubbereich
(v = 2 - 10 m/min) die thermischen Verluste so groß, dass bei ebenfalls mäßigen Ein-