Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW
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5 Schweißnahtqualität<br />
5.1 Prozessporen beim Schweißen von Alum<strong>in</strong>ium<br />
Prozessporen s<strong>in</strong>d typische Nahtimperfektionen für das <strong>Laser</strong>strahlschweißen von<br />
Alum<strong>in</strong>ium und <strong>des</strong>sen Legierungen. Sie werden durch Prozess<strong>in</strong>stabilitäten beim<br />
Tiefschweißen verursacht, die e<strong>in</strong> gestörtes Abströmen <strong>des</strong> Metalldampfes aus <strong>der</strong><br />
Dampfkapillare hervorrufen [36, 37]. Die Ursachen dieser Nahtfehler s<strong>in</strong>d noch nicht<br />
vollständig geklärt, es gibt jedoch zahlreiche Untersuchungen, welche die Entstehungsmechanismen<br />
e<strong>in</strong>gehend behandeln. In [37] wird mit Hilfe von Hochgeschw<strong>in</strong>digkeitsröntgenaufnahmen<br />
das Schmelzbad beim <strong>Laser</strong>schweißen von Alum<strong>in</strong>iumlegierungen<br />
visualisiert, um somit die zur Entstehung von Prozessporen führenden Phänomene<br />
zu erklären. Vergleichbare experimentelle Untersuchungen für das Schweißen<br />
von Stahl s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> [38, 39, 40, 41] gezeigt. F<strong>in</strong>den für beide Werkstoffe die Beobachtungen<br />
überwiegend bei hohen <strong>Laser</strong>leistungen und ger<strong>in</strong>gen Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeiten<br />
und demnach bei großen E<strong>in</strong>schweißtiefen statt, zeigt sich e<strong>in</strong> vergleichbarer<br />
Entstehungsmechanismus zur Porenbildung. Dieser erfolgt typischerweise durch das<br />
Abschnüren e<strong>in</strong>er aufgeblähten Dampfkapillare <strong>in</strong> ihrem unteren Teil. Grund hierfür<br />
ist das E<strong>in</strong>dr<strong>in</strong>gen von Schmelze an <strong>der</strong> Kapillarrückwand tief unten im Schmelzbad,<br />
woraus e<strong>in</strong> mit Metalldampf und Umgebungsgasen gefüllter Hohlraum resultiert, <strong>der</strong><br />
im weiteren Verlauf von <strong>der</strong> Erstarrungsfront e<strong>in</strong>geholt wird. Erstarrt das Schmelzbad<br />
dabei schneller als <strong>der</strong> Dampf kondensieren kann, bleibt e<strong>in</strong>e unregelmäßig geformte<br />
Prozesspore <strong>in</strong> <strong>der</strong> Schweißnaht zurück. Als Entstehungsursache von Prozessporen<br />
können demnach alle Effekte gesehen werden, welche die Stabilität <strong>der</strong> Kapillarrückwand<br />
herabsetzen und das Abschnüren <strong>der</strong> Dampfkapillare hervorrufen bzw. erleichtern.<br />
So führt beispielsweise die höhere Wärmeleitfähigkeit von Alum<strong>in</strong>ium im Vergleich<br />
zu Stahl zu sehr großen und zugleich dünnflüssigeren Schmelzbä<strong>der</strong>n, die anfälliger<br />
auf die Bildung von Prozessporen reagieren [8, 37, 42].<br />
Überwiegend bei ger<strong>in</strong>gen Vorschubgeschw<strong>in</strong>digkeiten hat sich gezeigt, dass die Kapillare<br />
sehr stark fluktuiert. Zudem werden durch Rückstoßkräfte <strong>in</strong>folge <strong>der</strong> lokalen<br />
Verdampfung sowie Oberflächenspannungen Schmelzströmungen im aufgeschmolzenen<br />
Material hervorgerufen. Diese Schmelzströmungen und die dadurch resultierende
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