Bremen 2017 – wissenschaftliches Programm

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K: Fachverband Kurzzeitphysik

K 2: Laseranwendungen und Laserstrahlwechselwirkung I

K 2.2: Vortrag

Dienstag, 14. März 2017, 09:05–09:25, GW2 B2890

Numerische Simulation des Wärmetransportes in Laser-bestrahlten Metallproben — •Marcel Goesmann — Fraunhofer Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI, Eckerstraße 4, 79104 Freiburg, Germany

Der Wärmetransport spielt eine wichtige Rolle bei der Wirkung intensiver Laserstrahlung auf Metallproben. Es wird ein numerisches Modell vorgestellt, welches die Temperaturverteilung in der Probe auf Grundlage der Wärmeleitung in Abhängigkeit von der auftreffenden Laserleistung, dem Strahlprofil sowie einer effektiven Absorptivität der Oberfläche beschreibt. Mit Hilfe dieses Simulationsmodells wurden experimentelle Daten analysiert bei denen Stahlplatten mit continuous-wave (cw) Laserleistungen im Kilowattbereich bei einer Wellenlänge von 1070 nm und einem Laserstrahlradius im Bereich von wenigen Millimetern bis einigen Zentimetern bestrahlt wurden. Es wird gezeigt, dass durch Vergleich von den berechneten Temperaturprofilen aus dem Modell mit den experimentell ermittelten Daten die effektive Absorptivität der Probe bestimmt werden kann. Die Untersuchungen zeigen auch, dass bei hohen Intensitäten eine Verminderung der effektiven Absorptivität auftritt. Diese Beobachtung wird durch die einsetzende Bildung einer Dampf- bzw. Plasmawolke an der Oberfläche erklärt und motiviert eine Erweiterung des Modells hinsichtlich weiterer Phänomene, insbesondere der Gas- und Plasmaeffekte sowie der ebenfalls prozessrelevanten Schmelzbaddynamik in der Simulationsumgebung.