Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

82 4 Nutzen und Grenzen guter Fokussierbarkeit
sierbarkeit der verwendeten Strahlquelle (lampengepumpter Stablaser, diodengepumpter
Scheiben- und Faserlaser), der Vorschubgeschwindigkeit, sowie der Laserleistung
ist. Ferner zeigt [34], dass sich bei gleicher Fokussierbedingung und Laserleistung eine
identische Nahtform unter Verwendung eines Scheiben- und eines Faserlasers erzielen
lässt. In [35] werden die gleichen Resultate bezüglich werkstoffabhängigem Aspektverhältnis
sowie spezifischem Schmelzvolumen gezeigt, welche über einen Zeitraum
von 20 Jahren im Bereich des CO2-Laserstrahlschweißens zusammengetragen wurden.
In diesem Kapitel konnte basierend auf empirisch ermittelten Zusammenhängen der
wesentliche Nutzen aber auch die Grenzen von Strahlquellen mit guter Fokussierbarkeit
aufgezeigt werden. Demnach lässt sich die gute Fokussierbarkeit neuentwickelter
Laserstrahlquellen zu einer Verkleinerung des Fokusdurchmessers nutzen, um bei konstanter
Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit eine größere Einschweißtiefe zu
erzielen. Tiefergehende Betrachtungen haben überdies gezeigt, dass die Gültigkeit der
Skalierung t ~ 1/df bei Fokusdurchmessern kleiner 200 μm nur aufrecht erhalten werden
kann, wenn der Divergenzwinkel des fokussierten Laserstrahls ebenfalls verringert
wird, weil sich damit einhergehend die Rayleighlänge des für die Materialbearbeitung
genutzten Laserstrahls vergrößert. Somit kann das Prozessfenster, in dem sich sowohl
Schwankungen der Fokuslage durch Toleranzen der Handhabungstechnik, als auch
Ungenauigkeiten bei der Spanntechnik nur bedingt auf das Schweißergebnis auswirken,
deutlich vergrößert werden. Allerdings ist es offenkundig, dass eine fortwährende
Weiterentwicklung von Laserstrahlquellen mit guter Fokussierbarkeit keinen Nutzen
bezüglich der erzielbaren Prozesseffizienz mit sich bringt. Zwar emittieren die in dieser
Arbeit untersuchten Laserstrahlquellen ausschließlich eine Wellenlänge im Bereich
von �� 1 μm, jedoch zeigen vergleichbare Untersuchungen mit CO2-Strahlquellen
(� = 10,6 μm) identische Resultate bezüglich ihrer Prozesseffizienz beim Laserstrahlschweißen.
Somit ist gezeigt, dass die Prozesseffizienz nicht durch eine bessere Fokussierbarkeit
als auch durch die Wahl einer anderen Bearbeitungswellenlänge gesteigert
werden kann.