Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

5.1 Prozessporen beim Schweißen von Aluminium 91
einer sofortigen Abnahme der Einschweißtiefe bezüglich der Fokusnulllage. Die Anzahl
der Prozessporen zeigt dabei ein zur negativen Fokuslagenvariation vergleichbares
Verhalten. Ihre Anzahl nimmt anfangs deutlich zu, bevor nach dem Überschreiten
einer den Fokussierbedingungen entsprechenden Fokuslage die Porenanzahl wieder
abnimmt. Bei dem Fokusdurchmesser df = 100 μm wird überdies der Kurvenverlauf
durch das Erreichen der Schwelle zum Wärmeleitungsschweißen (WLS) beeinflusst.
Da sich mit dem Unterschreiten der Schwelle keine Dampfkapillare mehr ausbilden
kann, fällt in diesem Bereich die Porenanzahl auf Null ab.
Porenanzahl in 1/cm
5
4
3
2
1
stabiler
Prozess
AlMgSi1
d f = 100 μm
0
0
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage in mm
WLS
6
5
4
3
2
1
Einschweißtiefe in mm
Porenanzahl in 1/cm
5
4
3
2
1
stabiler Prozess
AlMgSi1
d f = 200 μm
0
0
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4
Fokuslage in mm
Bild 5.6: Einfluss der Fokuslage auf die Prozessstabilität beim Schweißen von AlMgSi1
für die Fokusdurchmesser df = 100 μm und df = 200 μm bei einer Leistung von
PL = 6 kW und einer Vorschubgeschwindigkeit von v = 5 m/min.
Mit dem Fokusdurchmesser 200 μm werden bei negativer Fokuslage die größten Einschweißtiefen
mit einem maximalen Tiefengewinn von 5% bezüglich der Fokuslage
z = 0 mm erzielt. Die dabei entstehenden Nahtformen zeigen eine nahezu identische
Nahtgeometrie. Gleichzeitig wird durch eine Fokuslagenvariation der Strahlradius auf
der Werkstückoberfläche größer. Demzufolge wird die Kapillaröffnung an der Werkstückoberfläche
durch den konvergierenden Laserstrahl aufgeweitet. Unterstützt durch
den geringen Divergenzwinkel wird ein sehr gutes Abströmverhalten des Metalldampfes
aus der Kapillare ermöglicht. Eine Reduktion der Porenanzahl im Vergleich zur
Fokusnulllage ist die Folge, weshalb dieser Bereich eine erhöhte Prozessstabilität aufweist
(gekennzeichnet durch die gestrichelten Linien). Analog zur Einschweißtiefe
bleibt in diesem Fokuslagenbereich die Nahtquerschnittsfläche unverändert, weshalb
dieser Bereich zum Tiefschweißen oberhalb des Übergangsbereichs zählt. Die Zunahme
der Prozessporen bei positiver Fokuslage ist auf das Erreichen des Übergangsbereiches
bei reduzierter Einschweißtiefe und gleichzeitig geringerer Nahtquerschnittsfläche
zurückzuführen.
6
5
4
3
2
1
Einschweißtiefe in mm