Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

80 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
Bei der Aluminiumlegierung in Bild 4.31 gelten im Wesentlichen dieselben Zusammenhänge
zwischen dem spezifischen Schmelzvolumen und der Vorschubgeschwindigkeit
bzw. dem Aspektverhältnis. Allerdings führen die unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften
zu anderen Aspektverhältnissen, die die Bereiche voneinander abgrenzen.
Für die Fokusdurchmesser df � 200 μm verläuft das spezifische Schmelzvolumen
konstant bei einem Wert von 120 mm³/kJ. Der Übergangsbereich beginnt bei
dem Fokusdurchmesser 300 μm (Stablaser) bei einer Vorschubgeschwindigkeit von
12 m/min, für df = 450 μm (Stablaser) bereits bei v = 3 m/min. Ein linsenförmiger
Nahtquerschnitt wird bei dem Fokusdurchmesser 450 μm noch nicht erreicht (ohne
Abbildung), sodass sich der Übergangsbereich bis v = 20 m/min erstreckt. Demzufolge
beginnt der Übergangsbereich mit dem Unterschreiten eines Aspektverhältnisses von
AF = 8 (vgl. Bild 4.25). Für den Fokusdurchmesser 600 μm (Stablaser) ist bei der Vorschubgeschwindigkeit
v = 10 m/min ein weiterer Knick im Verlauf des spez.
Schmelzvolumens vorhanden, mit weiter steigendem Vorschub ergibt sich ein waagrechter
Verlauf. Dieser Knick kennzeichnet die Schwelle, ab welcher mit steigender
Vorschubgeschwindigkeit der Bereich des Wärmeleitungsschweißens erreicht ist. In
diesem Bereich ist das Aspektverhältnis konstant bei AF = 0,5, weshalb sich die Daten
in der rechten Darstellungsweise auf einen gemeinsamen Punkt reduzieren.
spez. Schmelzvolumen in mm³/kJ
150
120
150
120
Faserlaser
d f = 50 μm
d f = 75 μm
d f = 100 μm
Scheibenlaser
Ü
TS
90
60
Ü
90
60
d f = 75 μm
d f = 100 μm
d f = 150 μm
d f = 200 μm
Stablaser
30
30
d f = 300 μm
d f = 450 μm
d f = 600 μm
WLS
WLS
AlMgSi1
0
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 1 10 100
Vorschubgeschwindigkeit in m/min
Aspektverhältnis
Bild 4.31: Spezifisches Schmelzvolumen von AlMgSi1 als Funktion von Vorschubgeschwindigkeit
und Aspektverhältnis für Strahlquellen unterschiedlicher Fokussierbarkeit
bei PL = 3 kW (WLS: Wärmeleitungsschweißen, Ü: Übergangsbereich,
TS: Tiefschweißen).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ab einer Laserleistung von PL = 3 kW die
thermischen Verluste mehr oder weniger vernachlässigt werden können, sodass die
Schwelle sowie das Bearbeitungsergebnis maßgeblich vom Einkoppelgrad beeinflusst
werden. Wie bereits angesprochen, führen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften zu