Laser in der Materialbearbeitung Forschungsberichte des IFSW

5.2 Spritzerentstehung beim Schweißen von Stahl 97
schwindigkeit in Bild 5.11 dargestellt. Analog zur koaxial gemessenen Neigung der
Kapillarfront (vgl. Bild 3.5) zeigt sich, dass der maximale Ablösewinkel der Spritzer
im untersuchten Geschwindigkeitsbereich (v � 5 m/min) linear mit der Vorschubgeschwindigkeit
zunimmt. Ist die Vorschubgeschwindigkeit konstant, führt eine Vergrößerung
des Fokusdurchmessers zu einem größeren Ablösewinkel der Spritzer. Eine
Erhöhung der Laserleistung wirkt dem entgegen und hat eine Abnahme des Ablösewinkels
der Spritzer bezüglich der Horizontalen zur Folge [63].
Ablösewinkel der Spritzer in °
70
60
50
40
30
CrNi18-10
chaotische
chaotische
Spritzerablösung
Spritzerablösung
P L ��
d f ��
20
d f = 400 μm d f = 200 μm
10
P L = 6 kW P L = 4 kW
0
P L = 6 kW
0 2 4 6 8 10 12
Vorschubgeschwindigkeit in m/min
Bild 5.11: Entwicklung des maximalen Ablösewinkels der Spritzer als Funktion von Vorschubgeschwindigkeit,
Fokusdurchmesser und Laserleistung bei einer Materialdicke
von e = 8 mm (Fokuslage auf der Werkstückoberfläche bei senkrechtem
Strahleinfall).
Aufgrund der Analogie zwischen dem beschriebenen Verhalten der Spritzerablösung
und der Kapillarneigung aus Kapitel 3 lässt sich der formelle Zusammenhang aus
Gleichung (3.5) nach
2
v v � d f
� � � 0 ~ ~
(5.1)
I P
0
übertragen, wobei � den maximalen Ablösewinkel der Spritzer beschreibt. Vor diesem
Hintergrund stellt sich die Frage, in welchem Zusammenhang die beiden Winkelgrößen
stehen. Zunächst hat Kapitel 3 gezeigt, dass sowohl bei einer Durchschweißung
als auch bei einer Einschweißung (Fläche im oberen Kapillarbereich, die direkt vom
einfallenden Laserstrahl bestrahlt wird) die Neigung der Kapillarfront gleich groß ist.
Daher ist in Bild 5.12 der Ablösewinkel der Spritzer � als Funktion der koaxial gemessenen
Kapillarneigung � dargestellt. Die Gegenüberstellung verdeutlicht, dass unabhängig
von den relevanten Prozessparametern (Vorschubgeschwindigkeit, Laserleis-
L