Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

5.1 Prozessporen beim Schweißen von Aluminium 85
Diese Ergebnisse konnten mit Nd:YAG-Lasern unterschiedlicher Fokussierbarkeit
bestätigt werden [54]. Durch den Einsatz derselben Bearbeitungsoptik (fk = 200 mm
und ff = 100 mm) konnten zwei Fokusdurchmesser (df = 300 μm bzw. df = 200 μm)
realisiert werden. Bild 5.1 zeigt den Zusammenhang zwischen der auf die Schweißnaht
bezogenen Laserleistung und der Porenanzahl bei unterschiedlicher Fokussierbarkeit.
Es ist zu erkennen, dass mit abnehmender Einschweißtiefe und damit größerem Verhältnis
Laserleistung/Einschweißtiefe die Porenanzahl abnimmt. Ebenso zeigt sich,
dass die bessere Fokussierbarkeit bei konstantem Wert PL/t zu einer Abnahme der Poren
und damit zu einer erhöhten Prozessstabilität führt. Entsprechend dieser Literaturhinweise
ist demnach eine erhöhte Schweißnahtqualität mit besserer Fokussierbarkeit
zu erreichen. Im Folgenden soll dieser Zusammenhang bei � = 1 μm diskutiert werden.
5.1.1 Einfluss von Fokussierbarkeit und Laserleistung
In Kapitel 4 sind die Vorteile höherer Fokussierbarkeit infolge der Weiterentwicklung
der Lasersysteme auf die sich ausbildende Schweißnaht eingehend beschrieben. Allerdings
spielt für einen industriellen Serieneinsatz neben den geometrischen Abmessungen
der Schweißnaht ebenso die Prozessstabilität eine essentielle Rolle. Basierend auf
Bild 5.1 soll der Einfluss der Fokussierbarkeit auf die als Maß für die Prozessstabilität
herangezogene Porenanzahl bei gleichzeitig höherer Laserleistung (Scheibenlaser mit
PL = 6 kW) näher diskutiert werden. Um die Fokussierbarkeit bei der Verwendung
eines Lasersystems zu verändern kommen Lichtleitkabel mit unterschiedlichem Kerndurchmesser
(dk = 600 μm und dk = 200 μm) zum Einsatz. Durch die anschließende
Kombination mit dem Abbildungsverhältnis der Bearbeitungsoptik lassen sich verschiedenen
Fokusdurchmesser mit zugehörigem Divergenzwinkel nach Tabelle 4.1
realisieren. Bild 5.2 zeigt für die Aluminiumlegierung AlMgSi1 den Einfluss der Fokussierbarkeit
auf die Porenanzahl je Schweißnahtlänge. Es zeigt sich ein analoges
Verhalten zu den Ergebnissen aus Bild 5.1. Für die Fokusdurchmesser df � 300 μm
(SPP = 30 mm*mrad) ist ein gemeinsamer Kurvenverlauf zu beobachten, bei dem mit
abnehmender Einschweißtiefe und damit größerem Verhältnis Laserleistung/Einschweißtiefe
die Porenanzahl abnimmt. Infolge der Verringerung des Faserkerndurchmessers
auf dk = 200 μm wird die Fokussierbarkeit um den Faktor 3 verbessert.
Zunächst nimmt die Porenanzahl bei konstantem Verhältnis Laserleistung/Einschweißtiefe
ab, was einer Verbesserung der Prozessstabilität gleichzusetzen
ist. Jedoch tritt hierbei ein unerwartetes Verhalten auf: Während bei dem Fokusdurchmesser
df = 200 μm die Porenanzahl deutlich reduziert werden kann, nimmt sie bei
df = 100 μm (konstantes Strahlparameterprodukt SPP = 10 mm*mrad) wieder zu [55].