Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

88 5 Schweißnahtqualität
Bei Strahlquellen mit besserer Fokussierbarkeit kann die Einschweißtiefe bei konstantem
Fokusdurchmesser und gleicher Vorschubgeschwindigkeit durch eine Verringerung
des Divergenzwinkels deutlich gesteigert werden. Damit einhergehend nimmt die
zu einer konstanten Einschweißtiefe gehörende Vorschubgeschwindigkeit und somit
der Durchmesser der Kapillaröffnung in Vorschubrichtung zu. Der resultierende Einfluss
des geringeren Divergenzwinkels für die Fokusdurchmesser 100 μm und 200 μm
auf die Porenanzahl und damit auf die Prozessstabilität ist in Bild 5.4 gezeigt.
Porenzahl in 1/cm
5
4
3
2
�� � f = 8,59°
�� � f = 11,31°
1
0
AlMgSi1
P L = 3 kW
d f = 100 μm
500 1000 1500 2000
Laserleistung / Einschweißtiefe in W/mm
Porenzahl in 1/cm
�� f �� �� f ��
5
4
3
2
�� � f = 5,71°
�� � f = 11,31°
1
0
AlMgSi1
P L = 3 kW
d f = 200 μm
500 1000 1500 2000
Laserleistung / Einschweißtiefe in W/mm
Bild 5.4: Einfluss des Divergenzwinkels auf die Porenanzahl für die Fokusdurchmesser
df = 100 μm und df = 200 μm für AlMgSi1 bei einer Laserleistung von 3 kW.
Es zeigt sich, dass infolge des jeweils geringeren Divergenzwinkels das Abströmverhalten
des Metalldampfes aus der Kapillare aufgrund der reduzierten lokalen Einschnürung
nahe der Werkstückoberfläche verbessert wird. Gleichermaßen wird durch
die höhere Vorschubgeschwindigkeit bei konstantem Verhältnis PL/t die Dampfkapillare
entgegen der Vorschubrichtung aufgeweitet und explizit die Kapillarrückwand
stabilisiert und somit das Porenvorkommen reduziert. In derselben Weise verändert
sich aufgrund der angepassten Vorschubgeschwindigkeit zum Erzielen einer konstanten
Einschweißtiefe das spezifische Schmelzvolumen. Dieses nimmt mit höherer Fokussierbarkeit
ab, was zu einer weniger „turbulenten“ Schmelzbadbewegung und damit
ebenfalls zu einer stabileren Kapillarrückwand führt. Damit wird das Abschnüren
der Dampfkapillare und demzufolge die Bildung zu Prozessporen erschwert.
Bei der bisherigen Betrachtung der Prozessstabilität infolge einer verbesserten Fokussierbarkeit
hat der Einfluss der Laserleistung keine Berücksichtigung gefunden. Exemplarisch
für die untersuchten Fokusdurchmesser zeigt Bild 5.5 den Einfluss der Laserleistung
bei dem Fokusdurchmesser df = 200 μm. Es zeigt sich, dass sich infolge
einer sukzessiven Leistungserhöhung drei charakteristische Bereiche für die Prozess-