DE10113471A1 - Welding materials using a laser beam used in hybrid welding processes comprises directing two laser focussing points in the welding point or in the region of the melt produced around the welding point - Google Patents

Welding materials using a laser beam used in hybrid welding processes comprises directing two laser focussing points in the welding point or in the region of the melt produced around the welding point

Info

Publication number
DE10113471A1
DE10113471A1 DE10113471A DE10113471A DE10113471A1 DE 10113471 A1 DE10113471 A1 DE 10113471A1 DE 10113471 A DE10113471 A DE 10113471A DE 10113471 A DE10113471 A DE 10113471A DE 10113471 A1 DE10113471 A1 DE 10113471A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding
laser
laser beam
points
welding point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10113471A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10113471B4 (en
Inventor
Bjoern Wedel
Roman Niedrig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Highyag Lasertechnologie GmbH
Original Assignee
Highyag Lasertechnologie GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Highyag Lasertechnologie GmbH filed Critical Highyag Lasertechnologie GmbH
Priority to DE10113471A priority Critical patent/DE10113471B4/en
Publication of DE10113471A1 publication Critical patent/DE10113471A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10113471B4 publication Critical patent/DE10113471B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/005Soldering by means of radiant energy
    • B23K1/0056Soldering by means of radiant energy soldering by means of beams, e.g. lasers, E.B.
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02Combined welding or cutting procedures or apparatus

Abstract

Welding materials using a laser beam comprises directing two laser focussing points (12, 13) in the welding point (20) or in the region of the melt produced around the welding point. Preferred Features: The distances of the focussing points relative to each other and to the welding point can be freely selected. The focussing points can be produced by a single laser beam which is split into two focussing points. The laser beam is produced using a CO2 laser, preferably an Nd: YAG laser, especially a high performance diode laser.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schweißen oder Löten von Materialien mittels mindestens zweier Laserfokussierungspunkte und einer ge­ koppelten Schweißvorrichtung oder einer gekoppelten Lötvorrichtung.The invention relates to a method and a device for welding or soldering of materials using at least two laser focusing points and one ge coupled welding device or a coupled soldering device.

Die Kopplung von unterschiedlichen Schweißprozessen, insbesondere mittels eines konventionellen Schweißverfahrens und eines Laserstrahls wird Laser- Hybridschweißverfahren genannt. Diese Verfahren werden vor allem in der Ferti­ gungstechnik verwendet, um die Vorteile der jeweiligen Verfahren zu kombinieren und auf spezifische Probleme anzuwenden. Bei einem Lichtbogenschweißverfahren wird die Schweißwärme durch einen hohen elektrischen Strom auf die Schweißoberfläche übertragen. Der Brennfleck des Lichtbogens erreicht jedoch keine große Einschweißtiefe in das Material. Auch Variationen bestimmter Schweißparameter, wie z. B. die zeitabhängige Veränderung des Schweißstromes (DE 198 08 383 A1), kann diese Schweißcharakteristik nicht wesentlich verändern.The coupling of different welding processes, in particular by means of a conventional welding process and a laser beam is laser Hybrid welding process called. These processes are mainly used in ferti technology used to combine the advantages of each method and apply it to specific problems. In an arc welding process is the heat of welding by a high electrical current on the Transfer welding surface. However, the focal spot of the arc reaches no great welding depth into the material. Also variations of certain Welding parameters such as B. the time-dependent change in the welding current (DE 198 08 383 A1), this welding characteristic cannot change significantly.

Die Verwendung eines hochenergetischen Laserstrahles zur Behandlung, insbe­ sondere Verschweißen, von Oberflächen ist Stand der Technik (z. B. DE 197 51 195 C1). Die wärmebeeinflusste Zone des hochenergetischen Laserstrahls ist im Ge­ gensatz hierzu mit einer herkömmlichen Lichtbogenschweißanordnung wesentlich geringer als die Fläche des Brennfleckes. Die Einschweißtiefen sind jedoch im Ver­ gleich zum konventionellen Schweißverfahren wesentlich tiefer. Die Kombination dieser beiden Verfahren führt zu einer kelchförmigen Schweißnaht, mit der auch Spalte, z. B. zwischen Materialien, verschweißt werden können.The use of a high-energy laser beam for treatment, esp special welding of surfaces is state of the art (e.g. DE 197 51 195 C1). The heat-affected zone of the high-energy laser beam is in the ge This is essential with a conventional arc welding arrangement less than the area of the focal spot. However, the welding depths are in the ver much deeper than the conventional welding process. The combination  of these two methods leads to a goblet-shaped weld, with which too Column, e.g. B. between materials can be welded.

In der DE 199 16 831 A1 wird ein Verfahren zum Laser-WIG-Schweißen beschichte­ ter Stahlbleche beschrieben. Die Kombination eines Wolfram-lnertgas-(WIG)- Schweißverfahrens in Verbindung mit einem Nd:YAG-Festkörperlaser ermöglicht durch eine höhere Schweißnahtqualität als herkömmliche Schweißverfahren das Verschweißen von beschichteten Stahlblechen. Diese Möglichkeit ist jedoch nur in einem sehr engen Konfigurationsbereich möglich, bei dem die Parameter der Schweiß- und Lasereigenschaften genau vorgegebenen sind.A method for laser TIG welding is coated in DE 199 16 831 A1 described steel sheets. The combination of a tungsten inert gas (TIG) Welding process in connection with a Nd: YAG solid-state laser enables due to a higher weld quality than conventional welding processes Welding coated steel sheets. However, this possibility is only in a very narrow configuration range, in which the parameters of the Welding and laser properties are precisely specified.

Aus der DE 198 49 117 A1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum gekoppelten La­ ser-MSG-Schweißen bekannt. Das Metallschutzgasschweißen (MSG) in Verbindung mit einem hochenergetischen Laser, wie z. B. ein CO2-Laser oder ein Nd:YAG- Laser, wird als herkömmlicher Hybridschweißprozess durch einen weiteren Schweißprozess erweitert. Durch einen zusätzlichen, gekoppelten MSG- Schweißprozess wird das Schweißverhalten des herkömmlichen Hybridverfahrens verbessert und die Nahtqualität, vor allem beim Schweißen von Spaltenzwischen­ räumen, gesteigert.From DE 198 49 117 A1 a method and device for coupled laser-MSG welding is known. Gas shielded metal arc welding (MSG) in conjunction with a high-energy laser, such as B. a CO 2 laser or an Nd: YAG laser, is expanded as a conventional hybrid welding process by a further welding process. An additional, coupled MSG welding process improves the welding behavior of the conventional hybrid process and increases the seam quality, especially when welding gaps between gaps.

Die Einzelschweißverfahren, wie Lichtbogen- oder Laserstrahlschweißenverfahren, bzw. deren Kombinationen als Hybridschweißverfahren haben die wesentlichen Nachteile, dass bestimmte Unzulänglichkeiten der Einzel- bzw. Hybridschweißverfahrens teilweise oder gar nicht berücksichtigt werden. In der Schmelze um den Schweißpunkt bildet sich aufgrund der hohen Temperaturen eine sogenannte Dampfkapillare aus. Erstarrt die Schmelze zu schnell, so bildet diese eingeschlossene Dampfkapillare Hohlräume und Poren, die die mechanische Fes­ tigkeit des Werkstückes und der Schweißnaht in einem hohen Maße negativ beeinflussen (z. B. "Online-Prozessüberwachnug bei Laserstrahltiefschweißen", G. Müller; Laser Magazin 6/2000, Seite 20ff.). In Verbindung mit einer nicht regulierten Laserstrahlung kann es bei einer größeren Ausdehnung der Schmelze zu einer Unterbrechung des elektrischen Stromes und damit des Lichtbogens kommen. Ein kontinuierliches, insbesondere automatisiertes, Verschweißen wird hierdurch verhindert und die Schweißqualität reduziert. Das Verschweißen von Spaltzwischenräumen mit nur einem Laserfokussierungspunkt führt zu einer asymmetrischen Temperaturverteilung über den Spalt hinweg und reduziert damit lung über den Spalt hinweg und reduziert damit die Schweißnahtqualität. Weiterhin kann die unkontrollierte Energieverteilung innerhalb der Schmelze bei heterogenen Werkstücken zu einem Herauslösen einzelner Bestandteile, wie z. B. Kohlenstoff­ verbindungen, führen, die die Materialeigenschaften einzelner Bereiche, z. B. einer Beschichtung, oder des gesamten Werkstückes negativ beeinflussen und unkontrol­ liert verändern können.The individual welding processes, such as arc or laser beam welding processes, or their combinations as hybrid welding processes, have the main disadvantages that certain inadequacies of the individual or hybrid welding processes are taken into account in part or not at all. A so-called steam capillary forms in the melt around the welding point due to the high temperatures. If the melt solidifies too quickly, this enclosed vapor capillary forms cavities and pores that have a high negative impact on the mechanical strength of the workpiece and the weld seam (e.g. "Online process monitoring for deep laser welding", G. Müller; Laser Magazin 6/2000, page 20 ff.). In connection with an unregulated laser radiation, the electrical current and thus the arc can be interrupted if the melt expands to a greater extent. This prevents continuous, in particular automated, welding and reduces the welding quality. The welding of gap spaces with only one laser focusing point leads to an asymmetrical temperature distribution across the gap and thus reduces lung across the gap and thus reduces the weld seam quality. Furthermore, the uncontrolled energy distribution within the melt in heterogeneous workpieces can cause individual components, such. B. carbon compounds, lead the material properties of individual areas, for. B. a coating, or negatively affect the entire workpiece and can change uncontrolled.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung die Qualität der Schweißnaht zu verbessern und beim Verschweißen von nichtschlüssigen Werkstücken eine asymmetrische Schweißnaht zu verhindern.Based on this prior art, it is the task of the present Er to improve the quality of the weld seam and when welding prevent asymmetrical workpieces from becoming asymmetrical.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Schmelze" bei einem homogenen Werkstück oder bei zwei schlüssig abschließenden Werkstücken die räumliche Ausdehnung der reduzierten Festigkeit der Werkstückoberflächen um den hochenergetischen Schweißpunkt verstanden. Für das Verschweißen von zwei Werkstücken über einen Spalt hinweg wird mit "Schmelze" das noch viskose Schweißgut im Spalt und die durch den Schweißvorgang unmittelbar thermisch be­ einflussten Kanten und Seiten der zu verschweißenden Werkstücke verstanden.For the purposes of the present invention, the term “melt” is used for one homogeneous workpiece or in the case of two conclusive final workpieces spatial expansion of the reduced strength of the workpiece surfaces around the understood high-energy welding spot. For welding two Workpieces across a gap become "viscous" with "melt" Weld metal in the gap and be thermally immediately by the welding process understood edges and sides of the workpieces to be welded.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist danach vorgesehen, dass der Laserstrahl mindestens zwei Fokussierungspunkte im Schweißpunkt oder im räumlich geringen Abstand zum Schweißpunkt besitzt. Durch die frei wählbare Veränderung der Abstände der Fokussierungspunkte zu einander oder zum Schweißpunkt und/oder der Intensitäten der jeweiligen Fokussie­ rungspunkte kann in Abhängigkeit vom Hybridschweißprozess die eingebrachte Energie in den Schweißpunkt und der Umgebung sehr genau beeinflusst werden. Hierdurch kann die Temperaturverteilung und -entwicklung der Schmelze im Schweißpunkt bzw. der Schweißnaht gesteuert werden.This object is achieved by the features of claim 1. According to the invention it is then provided that the laser beam has at least two focusing points in the welding spot or at a small distance from the welding spot. Through the freely selectable change in the distances between the focus points each other or to the welding point and / or the intensities of the respective focus depending on the hybrid welding process Energy in the welding spot and the surrounding area can be influenced very precisely. As a result, the temperature distribution and development of the melt in The welding point or the weld seam can be controlled.

Mit Hilfe einer ständigen Temperaturmessvorrichtung können, in Abhängigkeit von den Messdaten, die Einstellungsparameter des Lasers, wie z. B. Anzahl, Abstände und Intensitäten der Fokussierungspunkte, und der Schweißanordnung, wie. z. B. Drahtvorschub, so verändert werden, dass die oben genannten Nachteile nicht oder nur in einem sehr geringen Maße auftreten. Die Qualität der Schweißpunkte bzw. der Schweißnaht wird hierdurch erhöht und das umgebende Werkstück in seinen Materialeigenschaften durch den Schweißvorgang nur sehr gering verändert.With the help of a permanent temperature measuring device, depending on the measurement data, the setting parameters of the laser, such as B. number, distances and intensities of the focus points, and the welding arrangement, such as. z. B. Wire feed, so changed that the disadvantages mentioned above or not occur only to a very small extent. The quality of the welding spots or  This increases the weld seam and the surrounding workpiece in its Material properties changed very little by the welding process.

Dieses Verfahren bietet damit die Möglichkeit, die Temperaturverteilung und den Abkühlprozess der Schmelze durch die Fokussierungspunkte der Laserstrahlung so zu steuern, dass die Bildung von Hohlräumen und Poren aufgrund von schnell er­ starrten Dampfkapillaren stark reduziert und die Festigkeit der Schweißnaht bzw. des umgebenden Werkstückes nicht beeinflusst wird.This method thus offers the possibility of the temperature distribution and the Cooling process of the melt through the focal points of the laser radiation to control the formation of voids and pores due to rapid er stared steam capillaries greatly reduced and the strength of the weld or of the surrounding workpiece is not affected.

Auch die Laser-Hybridverschweißung von Materialien über einen Spalt hinweg, kann mit diesem Verfahren wesentlich besser durchgeführt werden und verhindert eine asymmetrische Ausbildung der Schweißnaht. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Fokussierungspunkt des Laserstrahls auf die Kante des ersten Werkstückes und der zweite Fokussierungspunkt auf die zu verschweißende Kante des zweiten Werkstückes gelegt werden. Dies führt, bei gleich gewählten Intensitä­ ten der Fokussierungspunkte, zu einer homogenen Erwärmung der gesamten Schweißzone und verbessert die Qualität der Schweißnaht, gewährleistet eine voll­ ständige Auffüllung des gesamten Spaltzwischenraumes mit der Schmelze und ver­ hindert ein einseitiges Aufschmelzen nur eines Werkstückes und damit die Ausbil­ dung einer asymmetrischen Schweißnaht.Laser hybrid welding of materials across a gap, can be performed and prevented much better with this method an asymmetrical formation of the weld seam. By the invention Method can be a focus point of the laser beam on the edge of the first Workpiece and the second focus point on the edge to be welded of the second workpiece. This leads, with the same chosen intensity ten of the focus points, for a homogeneous heating of the whole Welding zone and improves the quality of the weld, ensures a full constant filling of the entire gap between the melt and ver prevents one-sided melting of only one workpiece and thus the formation an asymmetrical weld.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und den nachfolgenden Figu­ ren näher beschrieben; es zeigt:Further advantageous measures are described in the remaining subclaims; the invention is based on exemplary embodiments and the following Figu ren described in more detail; it shows:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des erfin­ dungsgemäßen Hybridschweißverfahrens mit einem Laserdoppelfokus; Fig. 1 is a schematic side view of the hybrid welding process OF INVENTION to the invention with a double focus laser;

Fig. 2 eine Aufsicht auf zwei sich überlappende Laser­ fokussierungspunkte relativ zur Position des Schweißdrahtes entlang einer Schweißnaht; Figure 2 is a plan view of two overlapping laser focusing points relative to the position of the welding wire along a weld seam.

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Spalt zwischen zwei Blechen, wobei auf jeweils einem Blech ein Fokussierungspunkt positioniert ist und dieser relativ zur Posi­ tion des Schweißdrahtes entlang Spaltzwischenrau­ mes verschiebbar sind. Fig. 3 is a plan view of a gap between two sheets, a focal point is positioned on each sheet and this can be shifted relative to the posi tion of the welding wire along Spalt Zwischenrau mes.

In der Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht des Hybridschweißverfahrens mit einem Laserdoppelfokus dargestellt. In Verbindung mit einem konventionellen Schweißbrenner 15 wird der Schweißdraht 14 direkt auf das zu verschweißende Werkstück (Blech) 10 geführt. Die dabei entstehende Schmelze 20 wird direkt oder im Bereich der entstehenden Schmelze durch einen Laserstrahl bestrahlt. Der La­ serstrahl wird durch eine Bearbeitungsoptik 16 mit Hilfe eines Doppelfokusfor­ mungs-Moduls 19 in zwei Laserstrahlen mit unterschiedlichen Fokussierungspunk­ ten (12, 13) aufgeteilt. Eine Ausführungsform des Doppelfokusformungs-Moduls ist in der DE 199 61 918.2 offenbart. Hierbei gewährleistet das Doppelfokusformungs- Modul 19, das die Intensitäten und/oder Abstände der Fokussierungspunkte unab­ hängig voneinander frei wählbar sind. Das Doppelfokusformungsmodul 19 kann beispielsweise zwischen einem Kollimationslinsensystem 17 und einem Fokussie­ rungslinsenystem 18 einer Bearbeitungsoptik 16 angeordnet sein, wenn der Laser­ strahl durch ein - nicht gezeigtes - Lichtleitkabel an das Werkstück 10 geführt wird. Durch die Bearbeitungsoptik 16 wird eine genaue Positionierung und Intensitätszu­ weisung der Fokussierungspunkte 12, 13 in der Schmelze 20 erreicht und das ther­ mische Verhalten der Schmelze 20 kontrolliert beeinflusst.In Fig. 1 a schematic side view of the hybrid welding process is illustrated with a laser dual focus. In connection with a conventional welding torch 15 , the welding wire 14 is guided directly onto the workpiece (sheet metal) 10 to be welded. The resulting melt 20 is irradiated directly or in the area of the resulting melt by a laser beam. The laser beam is divided into two laser beams with different focussing points ( 12 , 13 ) by processing optics 16 with the aid of a double-focusing module 19 . An embodiment of the double focus shaping module is disclosed in DE 199 61 918.2. The double focus shaping module 19 ensures that the intensities and / or distances of the focusing points can be freely selected independently of one another. The double focus shaping module 19 can, for example, be arranged between a collimation lens system 17 and a focusing lens system 18 of a processing optic 16 when the laser beam is guided through a light guide cable (not shown) to the workpiece 10 . Through the processing optics 16 , an exact positioning and intensity assignment of the focusing points 12 , 13 in the melt 20 is achieved and the thermal behavior of the melt 20 is influenced in a controlled manner.

In der Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Bearbeitungspunkte des doppelfokussierten Laserstrahls 12, 13 und des Schmelzpunktes 20 der Schweißanordnung (als Durch­ stoßpunkt des Schweißdrahtes 14 durch die zu verschweißenden Bleche 10, 11) aufgetragen. Durch die freie Positionierbarkeit und Zuordnung geeigneter Intensitä­ ten der Fokussierungspunkte 12, 13 gegeneinander und relativ zum Schweißpunkt kann das Temperaturverhalten in der Schweißnaht und in den umgebenden Ble­ chen 10, 11 gesteuert werden. Die Fokussierungspunkte 12, 13 können mit Hilfe des Doppelfokus-Moduls 19 sogar überlappend positioniert werden. Die Hohlraum- und Porenbildung aufgrund der Ausbildung der Dampfkapillare wird damit verhindert.In Fig. 2 is a plan view of the processing points of the double-focused laser beam 12 , 13 and the melting point 20 of the welding arrangement (as a point of impact of the welding wire 14 through the sheets 10 , 11 to be welded). Due to the free positioning and assignment of suitable intensities of the focusing points 12 , 13 against each other and relative to the welding point, the temperature behavior in the weld seam and in the surrounding plates 10 , 11 can be controlled. The focusing points 12 , 13 can even be positioned overlapping with the help of the double focus module 19 . This prevents the formation of voids and pores due to the formation of the steam capillary.

Die Fig. 3 verdeutlicht die Vorteil des Hybridschweißverfahrens mittels eines La­ serdoppelfokus. Zwischen zwei Blechen 10, 11 befindet sich ein zu verschweißender Spalt, wobei auf der zu verschweißenden Kante des einen Blechs 10 ein Fokussierungspunkt 12 positioniert ist und auf der Kante des Gegenblechs 11 ein anderer Fokussierungspunkt 13. Die Positionen der Fokussierungspunkte 12, 13 können relativ zum Schweißdraht 14 entlang des Spaltzwischenraumes verschoben wer­ den. Dies verhindert eine ungleichmäßige Erwärmung der Bleche 10, 11 und ver­ bessert die Schweißqualität. Lasersysteme herkömmlicher Laser- Hybridschweißverfahren können nur jeweils eine Blechkante oder den schon ver­ schweißten Spalt bestrahlen und erzeugen damit asymmetrische Schweißnähte bzw. Schweißnähte mit Hohlräumen und Poren und damit reduzierten Festigkeiten. Fig. 3 illustrates the advantage of the hybrid welding process by means of a laser double focus. A gap to be welded is located between two sheets 10 , 11 , a focusing point 12 being positioned on the edge of the one sheet 10 to be welded and another focusing point 13 on the edge of the counter sheet 11 . The positions of the focusing points 12 , 13 can be shifted relative to the welding wire 14 along the gap between who. This prevents uneven heating of the sheets 10 , 11 and improves the welding quality. Laser systems of conventional laser hybrid welding processes can only irradiate one sheet edge or the already welded gap and thus produce asymmetrical weld seams or weld seams with cavities and pores and thus reduced strengths.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Blech sheet

11

1111

Blech sheet

22

1212

Erster Laserstrahlfokussierungspunkt
First laser beam focus point

1313

Zweiter Laserstrahlfokussierungspunkt
Second laser beam focus point

1414

Schweißdraht
welding wire

1515

Schweißbrenner
welding torch

1616

Bearbeitungsoptik
processing optics

1717

Kollimationslinsensystem
collimating lens

1818

Fokussierungslinsensystem
Focusing lens system

1919

Doppelfokusformungs-Modul
Double focus forming module

2020

Schmelze
melt

Claims (13)

1. Verfahren zum Schweißen von Materialien mittels eines Laserstrahls und einer gekoppelten Schweißvorrichtung, auch Laser- Hybridschweißverfahren genannt, dadurch gekennzeichnet, dass min­ destens zwei Laserfokussierungspunkte (12, 13) in den Schweißpunkt (20) oder in den Bereich der entstehenden Schmelze um den Schweiß­ punkt gerichtet werden.1. A method for welding materials by means of a laser beam and a coupled welding device, also called laser hybrid welding method, characterized in that at least two laser focusing points ( 12 , 13 ) in the welding point ( 20 ) or in the area of the resulting melt around the welding point. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Fokussierungspunkte (12, 13) relativ zueinander und zum Schweiß­ punkt (20) frei wählbar sind.2. The method according to claim 1, characterized in that the distances between the focusing points ( 12 , 13 ) relative to each other and the welding point ( 20 ) are freely selectable. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitäten der einzelnen Fokussierungspunkte (12, 13) frei wählbar sind.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the intensities of the individual focusing points ( 12 , 13 ) are freely selectable. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungspunkte (12, 13) durch einen einzelnen Laserstrahl er­ zeugt werden, wobei der Laserstrahl in zwei Fokussierungspunkte (12, 13) aufgespalten wird.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the focusing points ( 12 , 13 ) are generated by a single laser beam, the laser beam being split into two focusing points ( 12 , 13 ). 5. Verfahren nach den Ansprüchen 4 dadurch gekennzeichnet, dass ein Doppelfokusformungs-Modul (19) zwischen einem Kollimationslinsen­ system (17) und einem Fokussierungslinsensystem (18) den Strahlen­ gang eines Laserstrahls in zwei Fokussierungspunkte aufteilt.5. The method according to claims 4, characterized in that a double focus forming module ( 19 ) between a collimating lens system ( 17 ) and a focusing lens system ( 18 ) divides the beam path of a laser beam into two focusing points. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussierungspunkte (12, 13) durch separate Laser erzeugt werden.6. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the focusing points ( 12 , 13 ) are generated by separate lasers. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Parameter des Schweißprozesses, insbesondere die Schweißgeschwindigkeit und -güte, überwacht, gemessen und variiert werden.7. The method according to one or more of the preceding claims characterized in that individual parameters of the welding process,  especially the welding speed and quality, monitored, be measured and varied. 8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Laserparameter, insbesondere Abstände und Intensitäten der Fokussie­ rungspunkte (12, 13), auf der Grundlage der Messungen laufend und un­ abhängig voneinander variiert werden.8. The method according to claim 7, characterized in that the respective laser parameters, in particular distances and intensities of the focussing points ( 12 , 13 ), are continuously and independently varied based on the measurements. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch einen CO2-Laser erzeugt wird.9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the laser beam is generated by a CO 2 laser. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch einen Nd:YAG- Laser erzeugt wird.10. The method according to one or more of the preceding claims characterized in that the laser beam through an Nd: YAG Laser is generated. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch einen Hoch­ leistungs-Diodenlaser erzeugt wird.11. The method according to one or more of the preceding claims characterized in that the laser beam through a high power diode laser is generated. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle einer Schweißvorrichtung eine Lötvorrichtung mit interner oder externer Lötdrahtführung verwendet wird.12. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that instead of a welding device Soldering device with internal or external solder wire guide is used. 13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine ständige Temperaturmessung der Schmelze (20) die Parameter des Lasers und/oder der Schweißan­ ordnung (14, 15) für eine optimale Schweißtemperatur angepasst werden.13. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the parameters of the laser and / or the welding arrangement ( 14 , 15 ) are adjusted for an optimal welding temperature by a constant temperature measurement of the melt ( 20 ).
DE10113471A 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus Expired - Lifetime DE10113471B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10113471A DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10113471A DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10113471A1 true DE10113471A1 (en) 2002-10-02
DE10113471B4 DE10113471B4 (en) 2005-02-17

Family

ID=7678206

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10113471A Expired - Lifetime DE10113471B4 (en) 2001-03-19 2001-03-19 Method for hybrid welding by means of a laser double focus

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10113471B4 (en)

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10261422A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-08 Volkswagen Ag Laser welding and soldering method involves adjusting sub-beams in respect of their energy distribution, focal point rotation and/or working point separation by adjusting beam separating devices
EP1640105A1 (en) * 2004-09-28 2006-03-29 Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG Process for laser welding
WO2008009457A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Process and apparatus for laser joining two components of aluminium and/or aluminium alloys through the use of a laminar inert gas flow coaxial to a metal filler wire
EP1920864A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-14 Ford Global Technologies, LLC Method for laser brazing with twinspot
EP1923165A1 (en) 2006-11-17 2008-05-21 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Laser welding process improving penetration
DE202007002203U1 (en) * 2007-02-14 2008-06-26 Liebherr-Werk Ehingen Gmbh telescopic section
EP2196279A3 (en) * 2008-12-09 2010-08-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fillet welding method and device
US20110095003A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Panasonic Corporation Fusion welding method and fusion welding apparatus
US20130309000A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 General Electric Comapny Hybrid laser arc welding process and apparatus
EP2263823A4 (en) * 2008-11-27 2015-10-21 Panasonic Ip Man Co Ltd Composite welding method and composite welding apparatus
DE102015104411A1 (en) 2015-03-24 2016-09-29 Scansonic Mi Gmbh Laser beam joining process and laser processing optics
CN106513997A (en) * 2017-01-05 2017-03-22 机械科学研究总院青岛分院 Megawatt-grade high-speed rail accumulator box laser-arc composite welding method
US10272524B2 (en) 2014-10-22 2019-04-30 GM Global Technology Operations LLC Laser conduction mode welding of aluminum alloys with cross dual laser beams
US11389891B2 (en) 2018-05-23 2022-07-19 Andritz Soutec Ag Method for welding workpieces together and one application of the method
CN115740756A (en) * 2022-11-25 2023-03-07 沪东中华造船(集团)有限公司 Double-laser-double-arc high-speed welding device and method
CN115740756B (en) * 2022-11-25 2024-05-14 沪东中华造船(集团)有限公司 Double-laser-double-arc high-speed welding device and method

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105312704B (en) * 2015-11-05 2018-06-05 武汉凌云光电科技有限责任公司 For the gravity flow soldering method and system of laser welding
AT523923B1 (en) 2020-10-01 2022-01-15 Andritz Soutec Ag METHOD OF WELDING SHEET METAL PARTS

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
DE19608074A1 (en) * 1996-03-02 1997-09-04 Fraunhofer Ges Forschung Method for welding
DE19933825A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-10 Suzuki Motor Co Laser processing device has beam mixing device to equalize optical axes and to mix laser beams plus laser deflecting device to align beam
EP1020249A2 (en) * 1999-01-14 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser beam machining head

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19751195C1 (en) * 1997-08-01 1999-04-29 Fraunhofer Ges Forschung Method and device for welding by means of laser radiation
DE19808383A1 (en) * 1998-02-27 1999-09-02 Volkswagen Ag Method for MIG/MAG electric arc welding to join two or more components made of light metals or alloys
DE19849117B4 (en) * 1998-10-24 2008-04-10 Dilthey, Ulrich, Prof. Dr.-Ing. Welding process by performing a laser beam process together with two MSG processes and apparatus
DE19916831A1 (en) * 1999-04-14 2000-10-19 Peter Krull Combined neodymium-YAG laser and TIG welding process employs specified parameters for welding steel sheets coated with metallic, organic and/or inorganic materials
DE19961918C2 (en) * 1999-12-21 2002-01-31 Highyag Lasertechnologie Gmbh Variable double focus forming module and method for its application

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4714815A (en) * 1986-11-04 1987-12-22 United Technologies Corporation Dual laser beam brazing of fine wires
DE19608074A1 (en) * 1996-03-02 1997-09-04 Fraunhofer Ges Forschung Method for welding
DE19933825A1 (en) * 1998-07-22 2000-02-10 Suzuki Motor Co Laser processing device has beam mixing device to equalize optical axes and to mix laser beams plus laser deflecting device to align beam
EP1020249A2 (en) * 1999-01-14 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser beam machining head

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10261422B4 (en) * 2002-12-30 2014-04-03 Volkswagen Ag Laser welding and soldering method and device
DE10261422A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-08 Volkswagen Ag Laser welding and soldering method involves adjusting sub-beams in respect of their energy distribution, focal point rotation and/or working point separation by adjusting beam separating devices
EP1640105A1 (en) * 2004-09-28 2006-03-29 Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG Process for laser welding
US7842900B2 (en) 2006-07-21 2010-11-30 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Process for joining using a laser beam
WO2008009457A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-24 Aleris Aluminum Koblenz Gmbh Process and apparatus for laser joining two components of aluminium and/or aluminium alloys through the use of a laminar inert gas flow coaxial to a metal filler wire
US7875827B2 (en) 2006-11-13 2011-01-25 Volvo Car Corporation Laser brazing improvement with twinspot
EP1920864A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-14 Ford Global Technologies, LLC Method for laser brazing with twinspot
FR2908677A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-23 Air Liquide LASER BEAM WELDING METHOD WITH ENHANCED PENETRATION
EP1923165A1 (en) 2006-11-17 2008-05-21 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Laser welding process improving penetration
DE202007002203U1 (en) * 2007-02-14 2008-06-26 Liebherr-Werk Ehingen Gmbh telescopic section
EP2263823A4 (en) * 2008-11-27 2015-10-21 Panasonic Ip Man Co Ltd Composite welding method and composite welding apparatus
EP2196279A3 (en) * 2008-12-09 2010-08-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fillet welding method and device
US20110095003A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Panasonic Corporation Fusion welding method and fusion welding apparatus
US8487211B2 (en) * 2009-10-27 2013-07-16 Panasonic Corporation Method and apparatus for using multiple laser beams to weld members that are separated by a gap
US20130309000A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 General Electric Comapny Hybrid laser arc welding process and apparatus
US10272524B2 (en) 2014-10-22 2019-04-30 GM Global Technology Operations LLC Laser conduction mode welding of aluminum alloys with cross dual laser beams
DE102015104411A1 (en) 2015-03-24 2016-09-29 Scansonic Mi Gmbh Laser beam joining process and laser processing optics
WO2016150425A1 (en) 2015-03-24 2016-09-29 Scansonic Mi Gmbh Laser beam joining method and laser machining optics
DE102015104411B4 (en) 2015-03-24 2017-02-16 Scansonic Mi Gmbh Laser beam joining process and laser processing optics
CN106513997A (en) * 2017-01-05 2017-03-22 机械科学研究总院青岛分院 Megawatt-grade high-speed rail accumulator box laser-arc composite welding method
CN106513997B (en) * 2017-01-05 2020-10-27 机械科学研究总院青岛分院有限公司 Laser-arc hybrid welding method for myriawatt-level high-speed rail-mounted electric bottle box
US11389891B2 (en) 2018-05-23 2022-07-19 Andritz Soutec Ag Method for welding workpieces together and one application of the method
CN115740756A (en) * 2022-11-25 2023-03-07 沪东中华造船(集团)有限公司 Double-laser-double-arc high-speed welding device and method
CN115740756B (en) * 2022-11-25 2024-05-14 沪东中华造船(集团)有限公司 Double-laser-double-arc high-speed welding device and method

Also Published As

Publication number Publication date
DE10113471B4 (en) 2005-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10113471A1 (en) Welding materials using a laser beam used in hybrid welding processes comprises directing two laser focussing points in the welding point or in the region of the melt produced around the welding point
DE102012008940B4 (en) Process for joining at least two workpieces
EP2160266B1 (en) Thick-walled metal workpieces connecting method using welding
EP2817123B1 (en) Method for stitch-welding a front flange joint
EP3915715A1 (en) Method for deep welding a workpiece involving emitting a laser beam into the capillary opening generated by another laser beam
EP0748268B1 (en) Process for preparing the seam regions of coated workpieces for laser beam welding and lap joint for welding coated workpieces
EP0641271B1 (en) Welding process with several high energy soldering beams
DE102014203025A1 (en) Method for laser beam welding and welding head
EP1832377B1 (en) Device and method for welding a workpiece
DE102008063614B4 (en) Laser arc hybrid welding head
DE10037109C2 (en) Method and device for smoothing welds during beam welding
WO2022028879A1 (en) Method for the laser welding of electrodes
DE19608074C2 (en) Process for welding relatively moving workpieces
EP0730508B1 (en) Process for manufacturing tubular moulded blanks from thin plate or black plate
DE102004050819B4 (en) Method and device for laser beam machining
DE102020105505A1 (en) Process for laser welding two coated workpieces
EP0889769B1 (en) Process for joining of workpieces with laser beam
DE102015115183A1 (en) Method and device for producing a joint connection
DE102023102044A1 (en) Process for coating metallic workpieces
DE102022103167A1 (en) Process for laser welding a bipolar plate for a fuel cell, with power density distribution that varies cyclically over time in the area of the weld pool
DE102009052464B4 (en) Method for welding strips of different materials together using an electron beam and device for carrying out the method
EP4101574A1 (en) Device for electrical resistance deposition, in particular resistance welding or resistance soldering, method for applying an additional material by means of respective laser beams and use of a device
DE102021115036A1 (en) Process for laser processing of a workpiece and associated laser processing system
WO2023061783A1 (en) Method for laser welding a workpiece, the method switching quickly between welding zones having different materials to be welded
WO2022268822A1 (en) Method and device for producing a welding contour using multiple laser spots via a scanning optical unit

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R082 Change of representative
R071 Expiry of right