Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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4.2 Wirkungsgrade beim <strong>Laser</strong>strahlschweißen 81<br />
unterschiedlichen Aspektverhältnissen beim Überschreiten <strong>der</strong> Schwelle. Somit kann<br />
nicht alle<strong>in</strong> aufgrund e<strong>in</strong>er bestimmten Größe <strong>des</strong> Aspektverhältnisses auf e<strong>in</strong> Tiefschweißen<br />
mit ausgebildeter Dampfkapillare geschlossen werden. Vielmehr sollte für<br />
e<strong>in</strong>en stabilen und prozesssicheren Schweißprozess die Schwelle und <strong>der</strong> Übergangsbereich<br />
überschritten se<strong>in</strong>, was nur anhand <strong>des</strong> spezifische Schmelzvolumens und damit<br />
<strong>des</strong> Prozesswirkungsgrads e<strong>in</strong>deutig zu erkennen ist. Dar<strong>in</strong> wird unterschieden, <strong>in</strong><br />
welchem Bereich – Tiefschweißen im o<strong>der</strong> oberhalb <strong>des</strong> Übergangsbereichs – <strong>der</strong><br />
Schweißprozess stattf<strong>in</strong>det. Beim Schweißen <strong>in</strong>nerhalb <strong>des</strong> Übergangsbereichs hat sich<br />
herausgestellt, dass sich bereits e<strong>in</strong>e ger<strong>in</strong>ge Verän<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> Prozessparameter (z. B.<br />
von Vorschub und/o<strong>der</strong> <strong>Laser</strong>leistung) deutlich bemerkbar macht. E<strong>in</strong> sicherer und<br />
stabiler Schweißprozess weit oberhalb <strong>des</strong> Übergangsbereichs ist demnach neben <strong>der</strong><br />
Erhöhung <strong>der</strong> <strong>Laser</strong>leistung mit e<strong>in</strong>er Reduktion Fokusdurchmessers (höhere Fokussierbarkeit)<br />
gleichzusetzen.<br />
In Bild 4.32 ist abschließend <strong>der</strong> E<strong>in</strong>fluss <strong>der</strong> <strong>Laser</strong>leistung bei verschiedenen Fokusdurchmessern<br />
auf das erreichbare spezifische Schmelzvolumen für die Alum<strong>in</strong>iumlegierung<br />
AlMgSi1 und den Edelstahl CrNi18-10 dargestellt. Wie bereits zu Bild 4.29<br />
erläutert, ist durch e<strong>in</strong>e Erhöhung <strong>der</strong> <strong>Laser</strong>leistung ke<strong>in</strong>e Effizienzsteigerung zu erreichen,<br />
da das spezifische Schmelzvolumen proportional zum Verhältnis aus Nahtfläche<br />
und <strong>Laser</strong>leistung ist. Jedoch helfen sowohl die <strong>Laser</strong>leistung wie die Fokussierbarkeit<br />
den Übergangsbereich zu verlassen und das maximale spezifische Schmelzvolumen zu<br />
erreichen.<br />
spez. Schmelzvolumen <strong>in</strong> mm³/kJ<br />
150<br />
120<br />
90<br />
Ü<br />
TS<br />
60<br />
AlMgSi1<br />
P L = 3 kW P L = 6 kW<br />
30<br />
0<br />
WLS<br />
d f = 200 μm<br />
df = 300 μm<br />
d f = 600 μm<br />
d f = 200 μm<br />
d f = 300 μm<br />
d f = 600 μm<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Aspektverhältnis<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
Ü<br />
TS<br />
d f = 200 μm<br />
df = 300 μm<br />
d f = 600 μm<br />
CrNi18-10<br />
P L = 3 kW P L = 6 kW<br />
d f = 200 μm<br />
d f = 300 μm<br />
d f = 600 μm<br />
0<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Aspektverhältnis<br />
Bild 4.32: Spezifisches Schmelzvolumen als Funktion <strong>des</strong> Aspektverhältnisses für verschiedene<br />
Fokusdurchmesser und Leistungen für AlMgSi1 und CrNi18-10.<br />
Die Ergebnisse aus Kapitel 4.2.3 zeigen, dass das maximale spezifische Schmelzvolumen<br />
und damit die Effizienz beim <strong>Laser</strong>strahlschweißen unabhängig von <strong>der</strong> Fokus-
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