Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

90 5 Schweißnahtqualität
ein starkes Aufblähen der Kapillare durch Verdrängungen der Schmelze ermöglicht,
ist die Folge. Überlagert wird das Schmelzbad von Schmelzströmungen, welche die
Kapillarwand zusätzlich destabilisieren und ein Abschnüren der Kapillare begünstigen.
Erst mit einer Laserleistung von PL � 4 kW können einkoppelbedingte und thermische
Verluste weitestgehend ausgeschlossen werden, weshalb dieser Bereich das Verlassen
des Übergangsbereiches kennzeichnet. Neben der weiteren Abnahme des spezifischen
Schmelzvolumen bei konstanter Einschweißtiefe (t = 4,5 mm) und damit einhergehend
einer gerichteten Schmelzbewegung kann die dazu notwendige Vorschubgeschwindigkeit
gesteigert werden. Eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit wirkt sich
direkt auf den dynamischen Druck des abströmenden Metalldampfes aus, welcher den
Verdampfungsprozess beschreibt (vgl. Ausbildung der Dampfkapillare in Kapitel 3.3
sowie [60]). Damit nimmt der Verdampfungsdruck zu und wirkt den Schließungskräften
und somit der Oberflächenspannung an der Grenzfläche von schmelzflüssigem zu
gasförmigem Aggregatzustand an der Kapillarrückwand entgegen. So führt neben der
höheren Verdampfungsrate die aufgezogene Dampfkapillare zu einer Steigerung der
Prozessstabilität und somit zu einer Abnahme der Prozessporen.
5.1.2 Einfluss der Fokuslage
Der Einfluss der Fokuslage auf die sich ausprägende Naht bei der Laserleistung
PL = 6 kW wurde in Kapitel 4.1.4 eingehend behandelt. Durch die Verschiebung der
Fokuslage in Strahlpropagationsrichtung ändern sich der Verlauf der Isophoten und
gleichermaßen die Form der Dampfkapillare. Kapitel 5.1.1 hat gezeigt, dass bei Fokusdurchmessern
df � 200 μm die Prozessstabilität maßgeblich durch den Divergenzwinkel
und damit durch die Kapillargeometrie bestimmt wird. Vor diesem Hintergrund
zeigt Bild 5.6 die Auswirkung der Fokuslagenverschiebung bei den Fokusdurchmessern
df = 200 μm und 100 μm auf die Prozessporenanzahl je Schweißnahtlänge (Maß
für die Prozessstabilität) und die dabei erzielte Einschweißtiefe.
Bei beiden Fokusdurchmessern führt eine negative Fokuslage bei nahezu unveränderter
Einschweißtiefe zu einer reduzierten Anzahl der Prozessporen (jeweils bezogen auf
z = 0 mm). Während sich dieses Verhalten bei dem Fokusdurchmesser df = 200 μm bis
zu einer Fokuslage von z = -3 mm fortsetzt, ist bei df = 100 μm ab z < -1,5 mm eine
Zunahme der Porenanzahl bezüglich der Fokusnulllage zu beobachten. Während die
Einschweißtiefe mit zunehmend negativer Fokuslage stetig abnimmt, zeigt sich bei der
Porenanzahl zunächst eine deutliche Zunahme bevor diese ab z < -2,75 mm ebenfalls
abnimmt. Dagegen führt eine positive Fokuslage bei beiden Fokusdurchmessern zu