AT514970A1

AT514970A1 - Fügeverbindung und Strahlschweißverfahren

Info

Publication number: AT514970A1
Application number: ATA50677/2013A
Authority: AT
Original assignee: Automed Holding Gmbh
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2015-05-15
Also published as: DE112014004811A5; WO2015058225A3; AT514970B1; WO2015058225A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil (1) und einem zweiten metallischen Bauteil (2), welche einen Fügestoß (4) ausbilden und über eine durch einen Schweißstrahl (8) hergestellte Schweißnaht (3) miteinander verbunden sind, wobei die durch die Auftrefforte (11) des Schweißstrahls (8) auf den Bauteilen (1, 2) definierte Schweißnahtbahn (13) in einem ersten Schweißnahtabschnitt (15) entlang des Fügestoßes (4) verläuft und die Schweißnaht (3) eine konstante Schweißnahtbreite (14) aufweist und in einem zweiten Schweißnahtabschnitt (16) ein Schweißnahtende (17) gebildet ist. In diesem weist die Schweißnahtbahn (13) quer zum Fügestoß (4) alternierend eine Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) und eine Auslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) auf, wobei zwei oder mehrere Kreuzungspunkte (21, 22, 31, 32, ...) der Schweißnahtbahn (13) mit dem Fügestoß (4) gebildet sind und aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21, 22, 31, 32) zueinander einen Abstand (24) aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite (14) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer derartigen Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteilund einem zweiten metallischen Bauteil einer Baugruppe, bilden diese an ihreneinander zugewandten und im Wesentlichen spaltfrei aneinanderstoßenden Füge¬flächen einen Fügestoß aus. Die Bauteile sind dabei über eine durch einenSchweißstrahl, insbesondere Laser- oder Elektronenstrahl, hergestellte Schweiß¬naht stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch die Auftrefforte der Mitte desSchweißstrahls auf den Bauteilen ist eine Schweißnahtbahn definiert, die in einemersten Schweißnahtabschnitt im Wesentlichen entlang des Fügestoßes verläuftund weist die Schweißnaht eine annähernd konstante Schweißnahtbreite auf. DasEnde der Schweißnaht ist in einem daran anschließenden zweiten Schweißnaht¬abschnitt gebildet.

Bei derartigen Strahlschweißverfahren, bei denen der Schweißstrahl, insbesonde¬re durch einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl gebildet ist, entsteht amAuftreffort des Schweißstrahles ein sogenanntes Keyhole, das mit verdampfen¬dem Metall gefüllt ist und von geschmolzenem Metall umgeben ist. Ein derartigesKeyhole ermöglicht ein tiefes Eindringen des Schweißstrahles und ist ein solchesein charakteristisches Merkmal von sogenannten Tiefschweißverfahren. Wird aneinem Schweißnahtende nun die Leistung des Schweißstrahls reduziert oder die¬ser komplett deaktiviert, erfolgen aufgrund des fehlenden Energieeintrages undeiner raschen Wärmeableitung in das Innere der Bauteile sehr rasche Erstar¬rungsvorgänge und sind diese häufig so schnell, dass am Schweißnahtende Kra¬ter, Kerben oder Risse verbleiben.

Eine mit einem gattungsgemäßen Verfahren hergestellte Fügeverbindung ist bei¬spielsweise aus DE 20 2012 102 318 U1 bekannt. Dabei wird zur Vermeidung vonEnd kraterrissen ein Schweißnahtende geformt wie ein Haken oder eine Schlaufehergestellt. Die geeignete Wahl der Abmessungen des Schweißnahtendes und dieexakte Festlegung der Form des Schweißnahtendes hängen dabei von vielen Ein¬flussgrößen ab und können dementsprechend aufwändig sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fügeverbindung bereitzustellen, dieauf einfache Weise herstellbar ist und günstige Eigenschaften im Hinblick auf dieVermeidung von Endkratern und Endkraterrissen aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Fügeverbindung ge¬löst, bei der im zweiten Schweißnahtabschnitt die Schweißnahtbahn in Schweiß¬richtung betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß ausgerichteten Schwingungalternierend eine Auslenkung in den ersten Bauteil und eine Auslenkung in denzweiten Bauteil aufweist, wobei zwei oder mehrere Kreuzungspunkte derSchweißnahtbahn mit dem Fügestoß gebildet sind und aufeinanderfolgende Kreu¬zungspunkte zueinander einen Abstand aufweisen, der maximal der Schweiß¬nahtbreite im ersten Schweißnahtabschnitt entspricht. Durch diese räumlich knappaufeinanderfolgenden Auslenkungen des Schweißstrahles wird am Schweißnah¬tende eine auf einen größeren Bereich ausgedehnte Wärmemenge eingebracht,die die Ausbildung eines Endkraters, der bei einer reinen Leistungsreduktion oderGeschwindigkeitserhöhung des Schweißstrahles auftreten würde, wirksam unter¬bunden, da der Bereich, in dem das vom Schweißstrahl gebildete Keyhole beimAbsenken der Strahlleistung kollabiert durch die Wärmeeinbringung gewisserma¬ßen vorbehandelt ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Schweißnahtbahn istmaschinentechnisch leicht realisierbar, da z.B. einer Hauptbewegung einesSchweißkopfes in einer Schweißrichtung, die mittels einer CNC-Achse ausgeführtwird eine schwingende Querbewegung des Schweißstrahls überlagert wird, wasauf einfache Weise mittels einer Umlenkoptik z.B. mit einem schwingenden Spie¬gel, erfolgen kann.

Eine mögliche Ausführungsform der Fügeverbindung kann darin bestehen, dassdas aus erstarrtem Schmelzebad gebildete Schweißnahtende in Draufsicht einen gewellten Rand mit Wellenbergen und Wellentälern aufweist, wobei Wellenbergemit den lokalen Maximalauslenkungen der Schweißnahtbahn in den jeweiligenBauteil korrespondieren. Diese äußere Form der Schweißnaht begünstigt querzum Fügestoß ausgerichtete Oberflächenstrukturen und vermeidet Endkrater mitzum Fügestoß parallel verlaufenden Kerben.

Eine in der Praxis häufig anwendbare und vorteilhafte Ausführungsform der Füge¬verbindung besteht darin, dass diese als Stumpfnaht ausgebildet ist und im zwei¬ten Schweißnahtabschnitt eine quer zum Fügestoß gemessene Maximalauslen-kung der Schweißnahtbahn in den ersten Bauteil im Wesentlichen mit der Maxi-malauslenkung der Schweißnahtbahn in den zweiten Bauteil übereinstimmt.

Eine in der Praxis ebenfalls häufig anwendbare Ausführung ist dadurch gebildet,dass die Fügeverbindung als Kehlnaht ausgebildet ist, bei der der Fügestoßdadurch gebildet ist, dass ein Rand des zweiten Bauteils auf der Oberfläche desersten Bauteils anliegt und der Schweißstrahl in einem spitzen Winkel zur Oberflä¬che des ersten Bauteils zum Fügestoß geführt ist, und dass im zweiten Schweiß¬nahtabschnitt die Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in den zweiten Bau¬teil zumindest dem Doppelten, vorzugsweise dem Dreifachen, insbesondere demVierfachen der Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in den ersten Bauteilentspricht.

Eine vorteilhafte Energieverteilung mit effektiver Vermeidung von Endkratern imSchweißnahtende wird erzielt, wenn die Summe aus der Maximalauslenkung derSchweißnahtbahn in den ersten Bauteil und der Maximalauslenkung der Schweiß¬nahtbahn in den zweiten Bauteil zwischen dem 0,8-fachen und dem 2-fachen derSchweißnahtbreite, vorzugsweise zwischen dem 1,2-fachen und dem 1,5-fachender Schweißnahtbreite entspricht. Für den Wärmeeintrag in das Schweißnahtende ebenfalls von Vorteil ist es, wennaufeinanderfolgende Kreuzungspunkte der Schweißnahtbahn mit dem Fügestoßzueinander einen Abstand aufweisen, der zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,8fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4-fachen und dem 0,6-fachen, derSchweißnahtbreite im ersten Schweißnahtabschnitt beträgt.

Zur Erzielung eines kurzen Schweißnahtendes, das sich dementsprechend auchin kurzer Zeit hersteilen kann, ist es vorteilhaft, wenn die Schweißnahtbahn aufei¬nanderfolgend eine erste Auslenkung in den ersten Bauteil, eine zweite Auslen¬kung in den zweiten Bauteil und eine dritte Auslenkung in den ersten Bauteil auf¬weist und danach in einem Schweißendpunkt, in dem der Schweißstrahl deakti¬viert wird, endet.

Eine noch zuverlässigere Vermeidung von Endkratern und ähnlichen Schweißfeh¬lern am Schweißnahtende wird erzielt, wenn die Schweißnahtbahn aufeinander¬folgend eine erste Auslenkung in den ersten Bauteil, eine zweite Auslenkung inden zweiten Bauteil, eine dritte Auslenkung in den ersten Bauteil und eine vierteAuslenkung in den zweiten Bauteil aufweist und danach in einem Schweißend¬punkt, in dem der Schweißstrahl deaktiviert wird, endet.

Falls ein Schweißendpunkt der Schweißnahtbahn, in dem der Schweißstrahl ab¬geschaltet wird, auf den Fügestoß situiert wird, kommen allfällige Schweißfehleram Schweißnahtende an einem definierten Punkt zu liegen und können leichteridentifiziert werden bzw. Gegenmaßnahmen getroffen werden.

Eine alternative Ausführungsform der Fügeverbindung, die ebenfalls ein räumlichsehr kurzes Schweißnahtende aufweist, ohne jedoch ein erhöhtes Risiko vonEndkratern zu besitzen, besteht darin, dass der Schweißendpunkt, in dem derSchweißstrahl deaktiviert wird oder eine bestimmte Leistungsuntergrenze unter¬schreitet, durch Umkehr der Schweißrichtung vordem äußersten Schweißnah¬tendpunkt liegt.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindunggemäß Oberbegriff des Anspruches 11.

Erfindungsgemäß wird im zweiten Schweißnahtabschnitt die Schweißnahtbahn inSchweißrichtung betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß ausgerichtetenSchwingung alternierend in einer Auslenkung in den ersten Bauteil und in einerAuslenkung in den zweiten Bauteil geführt, wobei die Schweißnahtbahn so geführtwird, dass sie zwei oder mehrere Kreuzungspunkte mit dem Fügestoß aufweist und aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte zueinander einen Abstand aufweisen,der maximal der Schweißnahtbreite entspricht. Der Bereich des Schweißnahten¬des, in dem das Keyhole bei Deaktivierung des Schweißstrahls kollabiert wirddurch die erfindungsgemäßen Maßnahmen so vorbehandelt, dass sich keinescharfkantigen Oberflächentopographien ergeben, wie sie bei den bekanntenEndkratern zumeist auftreten.

Die vorteilhaften Effekte der Erfindung können insbesondere erzielt werden, wenndie Schweißnahtbahn im zweiten Schweißnahtabschnitt Auslenkungen gegenüberdem Fügestoß in einer Form ausgewählt aus einer Gruppe umfassend sinusför¬mig, zickzack-förmig, sägezahnförmig, rechteckig, trapezförmig, wellenförmig,aufweist. Diese Formen können in einer modernen CNC-Steuerung einerSchweißvorrichtung leicht programmiert und durch entsprechende CNC-Achsenleicht realisiert werden.

Ein Schweißnahtende mit geringer Gefahr der Bildung eines Endkraters wird er¬zeugt, wenn eine Leistung des Schweißstrahles von einer weitgehend konstantenAusgangsleistung im ersten Schweißnahtabschnitt im zweiten Schweißnahtab¬schnitt bis zum Erreichen eines Schweißendpunktes, in dem der Schweißstrahldeaktiviert wird, auf weniger als 20 % der Ausgangsleistung reduziert wird.

Um auch im Schweißnahtende eine möglichst gleichbleibend gute Qualität derSchweißnaht aufrechtzuerhalten ist es von Vorteil, die Leistung im zweitenSchweißnahtabschnitt mit abnehmender Amplitude modulierend zu reduzieren.

Maschinentechnisch von Vorteil ist eine Verfahrensvariante, bei der die Bewegun¬gen des Schweißstrahles relativ zur Baugruppe im ersten Schweißnahtabschnittdurch einen Schweißkopf bewegende CNC-Achsen durchgeführt werden und imzweiten Schweißnahtabschnitt zumindest die Auslenkungen des Schweißstrahlesquer zum Fügestoß mittels eines im oder am Schweißkopf angeordneten und vonden CNC-Achsen unabhängig verstellbaren optischen Ablenksystems durchge¬führt werden. Für die Querauslenkungen des Schweißstrahles sind in diesem Fallkeine hochdynamischen CNC-Achsen erforderlich, sondern eine Umlenkoptik, mit denen derartige schnelle Bewegungen des Schweißstrahles zuverlässig durchge¬führt werden können.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgendenFiguren näher erläutert.

Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schweißnahtende einer Fügeverbindungmit Endkrater und Endkraterriss;

Fig. 2 eine Ansicht des Schweißnahtendes einer erfindungsgemäßen Füge¬verbindung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Schweißnahtende einer erfindungsgemä¬ßen Fügeverbindung;

Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfin¬dungsgemäßen Fügeverbindung;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfin¬dungsgemäßen Fügeverbindung;

Fig. 6 eine Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfin¬dungsgemäßen Fügeverbindung.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Baugruppe aus einem ersten metalli¬schen Bauteil 1 und einem zweiten metallischen Bauteil 2, die mittels einer Füge¬verbindung miteinander verbunden sind. Die Fügeverbindung ist durch eineSchweißnaht 3 gebildet, wobei diese einen Fügestoß 4 überbrückt, der durch ei¬nander zugewandte und im Wesentlichen spaltfrei aneinander stoßende Fügeflä¬chen 5 und 6 an den Bauteilen 1 und 2 gebildet ist. In Fig. 1 stoßen die Bauteile 1,2 mit ebenen Fügeflächen 5, 6 stumpf aneinander und kann die Schweißnaht 3 indieser Ausführung als Stumpfnaht 7 bezeichnet werden.

Die Schweißnaht 3 wird hergestellt, indem ein energiereicher Schweißstrahl 8, derin Fig. 1 durch ein strichliertes Strahlenbündel angedeutet ist, im Bereich des Fü¬gestoßes 4 auf die Bauteile 1,2 gelenkt wird. Der Schweißstrahl 8 wird dabei übli¬cherweise entlang des Fügestoßes 4 bewegt und wird dadurch eine weitgehendkonstante Schweißnaht 3 mit weitgehend gleichbleibenden Eigenschaften erzeugt.

Am Ende eines derartigen Schweißvorganges wird der Schweißstrahl 8 deaktiviertund wird dabei ein Schweißnahtende gebildet. An einem solchen Schweißnahten¬de einer mittels eines Schweißstrahls 8 hergestellten Schweißnaht 3 kann es ausfolgenden Gründen zu Mängeln an der hergestellten Schweißnaht 3 kommen.

Bei sogenannten Strahlschweißverfahren, bei denen der Schweißstrahl 8, insbe¬sondere durch einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl gebildet ist, entstehtam Auftreffort des Schweißstrahles 8 ein sogenanntes Keyhole, das mit verdamp¬fendem Metall gefüllt ist und von geschmolzenem Metall umgeben ist. Ein derarti¬ges Keyhole ermöglicht ein tiefes Eindringen des Schweißstrahles 8 und ist einsolches ein charakteristisches Merkmal von sogenannten Tiefschweißverfahren.Beim Bewegen des Schweißstrahles 8 entlang des Fügestoßes 4 bewegt sichauch das Keyhole dementsprechend voran, während die Rückseite des Keyholesdurch erstarrende Metallschmelze verschlossen wird. Wird an einem Schweißnah¬tende nun die Leistung des Schweißstrahls reduziert oder dieser komplett deakti¬viert, erfolgen aufgrund des fehlenden Energieeintrages und einer raschen Wär¬meableitung in das Innere der Bauteile 1, 2 sehr rasche Erstarrungsvorgänge undsind diese häufig so schnell, dass am Schweißnahtende Krater oder Kerben ver¬bleiben, die unmittelbar nach dem Schweißvorgang oder auch im späteren Ge¬brauch einer derartigen Baugruppe zu genannten Endkraterrissen führen, die inFolge ein mechanisches Versagen der Baugruppe auslösen können. In Fig. 1 istein derartiger Endkrater 9 mit einem von dessen Grund ausgehenden Endkrater¬riss 10 dargestellt.

Bei Baugruppen mit hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit, insbe¬sondere bei dynamischer Beanspruchung, sind derartige Schwachstellen durchEnd kraterrisse 10 unbedingt zu vermeiden und wurden daher Strahlschweißver¬ fahren entwickelt, die das Auftreten derartiger Endkrater 9 und derartiger Endkra¬terrisse 10 vermeiden sollten.

Fig. 2 zeigt eine Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemä¬ßen Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil 1 und einemzweiten metallischen Bauteil 2. Die Fügeverbindung in Form einer Schweißnaht 3ist dabei durch einen Schweißstrahl 8 gebildet, wobei in Fig. 2 ein Auftreffort 11des Schweißstrahles 8 während der Fierstellung der Schweißnaht 3 durch einenstrichlierten Kreis angedeutet ist. Der Auftreffort 11 des Schweißstrahles 8 kannauch als Schweißstrahlfokus bezeichnet werden und besitzt typischerweiseDurchmesser von wenigen Zehntelmillimetern bis zu einem Millimeter oder auchdarüber. Bei der Fierstellung der Schweißnaht 3 wird dabei die Mitte des Schweiß¬strahles bewegt und definieren die Auftrefforte 11 auf den Bauteilen 1,2 eineSchweißnahtbahn 13. Durch Wärmeleitung innerhalb der Bauteile erfolgt ein Auf¬schmelzen des Werkstoffes auch über den Auftreffort 11 hinaus, weshalb eineSchweißnahtbreite 14 größer ist als der Durchmesser des Schweißstrahlfokusbzw. des Auftreffortes 11 und ist die Schweißnahtbreite 14 zumindest einige Zehn¬telmillimeter größer als der Durchmesser des Schweißstrahlfokus.

Die erfindungsgemäße Fügeverbindung umfasst einen ersten Schweißnahtab¬schnitt 15, in dem die Schweißnahtbahn 13 im Wesentlichen entlang des Füge¬stoßes 4 zwischen den Bauteilen 1 und 2 verläuft und aufgrund einer im Wesentli¬chen konstanten Schweißgeschwindigkeit und konstanten Schweißleistung einegleichförmige Schweißnaht 3 entsteht, die insbesondere eine annähernd konstan¬te Schweißnahtbreite 14 aufweist.

An den ersten Schweißnahtabschnitt 15 schließt ein zweiter Schweißnahtabschnitt16 an, in dem ein Schweißnahtende 17 gebildet ist.

In Fig. 2 ist durch einen nach rechts weisenden Pfeil eine Schweißrichtung 18 an¬gedeutet. Das heißt der Schweißstrahl 8 wird bei der Fierstellung der Schweißnaht3 von links nach rechts weiterbewegt.

Die Schweißnahtbahn 13 als Verbindung der Mitten 12 der Auftrefforte 11 desSchweißstrahles 8 ist auch jene Bahn, entlang der sich das Keyhole während desSchweißvorganges bewegt.

Bei der Herstellung der Schweißnaht 3 kann dabei der Schweißstrahl 8 mit konti¬nuierlicher Leistung betrieben werden, es ist jedoch auch möglich, dass derSchweißstrahl 8 im Pulsbetrieb, also mit kurzzeitigen Unterbrechungen, eingesetztwird und daher die Auftrefforte 11 nicht nahtlos aufeinander folgen, aufgrund derräumlichen Ausdehnung des um das Keyhole geschmolzenen Metalls auch imPulsbetrieb eine im Wesentlichen gleichförmige Schweißnaht 3 hergestellt werdenkann.

Erfindungsgemäß ist das Schweißnahtende 17 im zweiten Schweißnahtabschnitt16 derart ausgeführt, dass die Schweißnahtbahn 13 in Art einer quer zum Füge¬stoß 4 ausgerichteten Schwingung alternierend eine Auslenkung 19 in den erstenBauteil 1 und eine Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 aufweist. In der Ausfüh¬rungsform gemäß Fig. 2 besitzt die Schweißnahtbahn 13 im Schweißnahtende 17zwei Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil 1 und eine Auslenkung 20 in denzweiten Bauteil 2. Die Mitte 12 des Schweißstrahls 8 wird bei der Herstellung desSchweißnahtendes 17 zum Unterschied zum ersten Schweißnahtabschnitt 15 imzweiten Schweißnahtabschnitt 16 nicht nur in Schweißrichtung 18 entlang des Fü¬gestoßes 4 bewegt, sondern auch quer dazu und kreuzt dadurch die Schweiß¬nahtbahn 13 zwischen einer Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1 und einer Aus¬lenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 den Fügestoß 4 und ebenso zwischen einerAuslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 und einer nachfolgenden Auslenkung 19in den ersten Bauteil 1. Dadurch ergibt sich ein erster Kreuzungspunkt 21 und ei¬ner zweiter nachfolgender Kreuzungspunkt 22 der Schweißnahtbahn 13 mit demFügestoß 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verläuft dieSchweißnahtbahn 13 ähnlich einer sinusförmigen Schwingung, wobei die Auslen¬kungen 19, 20 jeweils halbwellenähnlich sind. Abweichend davon sind jedochauch Auslenkungen 19, 20 möglich, die zickzack-förmig, sägezahnförmig, recht¬eckig, trapezförmig, wellenförmig verlaufen. Die Schweißnahtbahn 13 endet nachder zweiten Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1 an einem Schweißbahnend¬ punkt 23, der in Fig. 2 etwa auf dem Fügestoß 4 liegt. Zwischen dem erstenSchweißnahtabschnitt 15 und dem Schweißbahnendpunkt 23, in dem derSchweißstrahl 8 deaktiviert wird, wird die Leistung des Schweißstrahles reduziert.

Erfindungsgemäß weisen zwei aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte 21,22 zu¬einander einen Abstand 24 auf, der maximal der Schweißnahtbreite 14 im erstenSchweißnahtabschnitt 15 entspricht. Abwechselnde Auslenkungen 19, 20 in denersten Bauteil 1 bzw. den zweiten Bauteil 2 sind dadurch nicht lang gedehnt, son¬dern erfolgen relativ kurz hintereinander. Da der Abstand der Kreuzungspunkte21,22 zueinander kleiner ist als die Schweißnahtbreite 14, überlappen bzw. über¬schneiden sich die beim Durchlaufen der Auslenkung 20 durch den Schweißstrahl8 an seinen Auftrefforten 11 entstehenden Metallschmelzen. Durch diese mehrfa¬che Querbewegung des Schweißstrahles 8 im Bereich des Schweißnahtendes 17entsteht ein vergrößertes Schmelzebad, das aufgrund seines größeren Volumenslangsamer abkühlt als die geradlinige Schweißnaht 3 im ersten Schweißnahtab¬schnitt 15. Das geschmolzene Metall hat dadurch länger Zeit, eine weitgehendgeschlossene Oberfläche der Schweißnaht 3 zu bilden, wodurch insbesondere dieBildung von tiefen, scharfkantigen oder kerbenförmigen Endkratern weitgehendvermieden ist. Ebenso sind die damit verbundenen End kraterrisse weitestgehendvermieden.

Die Auslenkungen 19, 20 der Schweißnahtbahn 13 besitzen jeweils lokale Maxi-malauslenkungen 25 und 26 quer zum Fügestoß 4 in den ersten Bauteil 1. Durchdiese erfindungsgemäßen Auslenkungen 19, 20 weist das aus erstarrter Metall¬schmelze gebildete Schweißnahtende 17 in Draufsicht einen gewellten Rand mitWellenbergen 27 und Wellentälern 28 auf. Bei Auslenkungen 19, 20, bei denender Schweißstrahl 8 noch mit vergleichsweise hoher Leistung betrieben wird, kor¬respondieren die Wellenberge 27 mit den lokalen Maximalauslenkungen 25, 26der Schweißnahtbahn 13 in den jeweiligen Bauteil 1,2, wodurch sich auch eincharakteristischer Rand bei einem erfindungsgemäßen Schweißnahtende 17ergibt.

Falls die Fügeverbindung als Stumpfnaht 7 ausgeführt ist, ist es von Vorteil, wennim Schweißnahtende 17 die Maximalauslenkung 25 der Schweißnahtbahn 13 in den ersten Bauteil 1 im Wesentlichen mit der Maximalauslenkung 26 derSchweißnahtbahn 13 in den zweiten Bauteil 2 übereinstimmt.

Der Schweißstrahl 8 wird bei der Herstellung der Fügeverbindung so auf den Fü¬gestoß 4 zwischen den Bauteilen 1,2 ausgerichtet, dass der Fügestoß 4 in derspäteren Schweißnaht 3 zu liegen kommt, also bei einer Stumpfnaht im Wesentli¬chen rechtwinkelig auf die Oberflächen der Bauteile 1,2.

Fig. 3 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt einen Schnitt durch eine erfindungs¬gemäße Fügeverbindung gemäß Linie lll-lll in Fig. 2. Dabei ist erkennbar, dass ander Schweißnahtoberfläche 29 ein in Fig. 1 dargestellter Endkrater 9 bzw. Endkra¬terriss 10 bei der erfindungsgemäßen Fügeverbindung nicht vorhanden ist. Diemechanische Belastbarkeit der Fügeverbindung ist durch die geringere Kerbwir¬kung dieser Schweißnahtoberfläche 29 deutlich verbessert.

In der Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der Fügeverbindung gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1bis 3 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf diedetaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 bis 3 hingewiesen bzw.Bezug genommen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeigt Merkmale, die sich von der Ausführungs¬form gemäß Fig. 2 unterscheiden, und jedoch einzeln oder in Kombination mitei¬nander Merkmale weiterer Ausführungsformen sein können.

In Fig. 4 ist die Schweißnahtbahn 13 im zweiten Schweißnahtabschnitt 16 nichtsymmetrisch bezüglich des Fügestoßes 4, sondern sind die Auslenkungen 19 inden ersten Bauteil 1 mit einer kleineren Auslenkung 25 ausgeführt und sind dieAuslenkungen 20 in den zweiten Bauteil 2 mit einer größeren Maximalauslenkung26 ausgeführt. Die Maximalauslenkung 26 der Schweißnahtbahn 3 entspricht da¬bei zumindest dem doppelten, vorzugsweise dem dreifachen, insbesondere demvierfachen der Maximalauslenkung 25 der Schweißnahtbahn 3 in den ersten Bau¬teil 1, das heißt ein Verhältnis der Maximalauslenkungen 25, 26 von 20 % und 80 %. Die einzelnen Auslenkungen 19, 20 sind beispielsweise symmetrisch bezüglicheiner zum Fügestoß 4 parallel versetzten Bezugslinie 30.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist die Schweißnahtbahn 13 im Schweiß¬nahtende 17 eine erste Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1, eine nachfolgendezweite Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2, eine dritte Auslenkung 19 wiederin den ersten Bauteil 1 und eine vierte Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 aufund endet in einem Schweißbahnendpunkt 23, der im ersten Bauteil 1 liegt. Durchdiese Form der Schweißnahtbahn 13 bestehen neben den Kreuzungspunkten 21,22 zwei weitere Kreuzungspunkte 31 und 32 der Schweißnahtbahn 13 mit demFügestoß 4. Auch hier weisen aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte 21,22, 31,32 zueinander einen Abstand auf, der maximal der Schweißnahtbreite 14 im ers¬ten Schweißnahtabschnitt 15 entspricht. Die Auslenkungen 19 in den ersten Bau¬teil, können gleiche Maximalauslenkungen 25 aufweisen, ebenso wie die Auslen¬kungen 20 in den zweiten Bauteil; es ist jedoch auch möglich, dass die Auslen¬kungen 19 in den ersten Bauteil 1 oder die Auslenkungen 20 in den zweiten Bau¬teil 2 unterschiedliche, insbesondere abnehmende Maximalauslenkungen 25 bzw.26 aufweist.

Fig. 5 zeigt in einer Teilschnittdarstellung eine weitere Ausführungsform der erfin¬dungsgemäßen Fügeverbindung, bei der die Schweißnaht 3 in Form einer Kehl¬naht 33 ausgebildet ist. Der Fügestoß 4 ist bei dieser Fügeverbindung derart ge¬bildet, dass ein Rand 34 des zweiten Bauteils 2 auf einer Oberfläche 35 im We¬sentlichen spaltfrei anliegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweiteBauteil 2 in einem rechten Winkel zum ersten Bauteil 1 angeordnet, es sind jedochauch schräge Anordnungen des Bauteils 2 möglich. Da der Fügestoß 4 bei einerKehlnaht 33 mit der Oberfläche 35 des einen Bauteils 1 zusammenfällt, kann derSchweißstrahl 8 nicht exakt in Richtung des Fügestoßes 4 zugeführt werden, son¬dern muss seine Richtung geringfügig von der Richtung des Fügestoßes 4 abwei¬chen. Um dies zu erreichen, wird der Schweißstrahl 8 in einem spitzen Winkel 35zur Oberfläche des ersten Bauteils 1 zum Fügestoß 4 geführt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Fügeverbindung bzw. bei der Durch¬führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist es von Vorteil, wenn dabei der

Schweißstrahl 8 bezogen auf eine in Fig. 5 strichliert dargestellte Lage, in mit derder erste Schweißnahtabschnitt 15 hergestellt wird, im zweiten Schweißnahtab¬schnitt 16 unterschiedliche Auslenkungen 19, 20 in den ersten Bauteil 1 bzw. denzweiten Bauteil 2 aufweisen. Vorteilhafterweise wird hier eine Aufteilung der Ma-ximalauslenkungen 25, 26 gewählt, wie sie etwa dem in Fig. 4 dargestellten Aus¬führungsbeispiel entspricht. Die Fig. 4 könnte demnach auch als Ansicht einerKehlnaht 33 in Richtung IV-IV in Fig. 5 angesehen werden.

Die Schweißnaht 3 ist demnach bei einer Kehlnaht 33 im ersten Schweißnahtab¬schnitt 15 etwa am zugänglichen Ende des Fügestoßes 4 orientiert, während sieim zweiten Schweißnahtabschnitt 16 zum überwiegenden Teil am zweiten Bauteil2 positioniert ist und demnach der größere Anteil des Schweißnahtendes im Bau¬teil 2 situiert ist.

In der Fig. 6 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausfüh¬rungsform der Fügeverbindung gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleicheBezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1bis 5 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf diedetaillierte Beschreibung in den vorangegangenen Fig. 1 bis 5 hingewiesen bzw.Bezug genommen.

Bei dieser Ausführungsform der Fügeverbindung wird im Schweißnahtende 17wieder eine abwechselnde Folge von Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil undAuslenkungen 20 in den zweiten Bauteil ausgeführt, wobei in diesem Ausfüh¬rungsbeispiel die Schweißrichtung 18 nach der zweiten Auslenkung 19 derSchweißnahtbahn 13 in den ersten Bauteil 1 die Schweißrichtung 18 nach Rich¬tung links geändert wird, wodurch die dritte Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1zwischen der ersten und zweiten Auslenkung 19 zu liegen kommt. Der Schweiß¬bahnendpunkt 23 liegt in dieser Ausführungsform näher am Beginn des Schweiß¬nahtendes als am äußersten Schweißnahtende 36. Auch durch diese Ausfüh¬rungsform wird durch die mehrfachen Auslenkungen 19, 20 der Schweißnahtbahn13 quer zum Fügestoß 4 ein vergrößertes Schmelzbad erzielt, das keine Endkra-ter aufweist.

Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Fügeverbin¬dung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die spezielldargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehrauch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinandermöglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischenHandeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischenGebiet tätigen Fachmannes liegt.

Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den ge¬zeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich ei¬genständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kannder Beschreibung entnommen werden. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind sozu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B.ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehendvon der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtli¬che Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und endenbei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder5,5 bis 10.

Vor allem können die einzelnen in den Fig. 2, 3; 4; 5; 6 gezeigten Ausführungenden Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Diediesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbe¬schreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besserenVerständnis der Fügeverbindung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaß¬stäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Abschließend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausfüh¬rungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbe¬zeichnungen versehen sind, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen

Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw.gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in derBeschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf dieunmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage¬angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

Bezugszeichenliste 1 Bauteil 31 Kreuzungspunkt 2 Bauteil 32 Kreuzungspunkt 3 Schweißnaht 33 Kehlnaht 4 Fügestoß 34 Rand 5 Fügefläche 35 Winkel 6 Fügefläche 36 Schweißnahtendpunkt 7 Stumpfnaht 8 Schweißstrahl 9 Endkrater 10 End kraterriss 11 Auftreffort 12 Mitte 13 Schweißnahtbahn 14 Schweißnahtbreite 15 Erster Schweißnahtabschnitt 16 Zweiter Schweißnahtabschnitt 17 Schweißnahtende 18 Schweißrichtung 19 Auslenkung 20 Auslenkung 21 Kreuzungspunkt 22 Kreuzungspunkt 23 Schweißbahnendpunkt 24 Abstand 25 Maximalauslenkung 26 Maximalauslenkung 27 Wellenberg 28 Wellental 29 Schweißnahtoberfläche 30 Bezugslinie

Claims

Patentansprüche 1. Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil (1) undeinem zweiten metallischen Bauteil (2) einer Baugruppe, welche an ihren einanderzugewandten und im Wesentlichen spaltfrei aneinanderstoßenden Fügeflächen (5,6) einen Fügestoß (4) ausbilden und über eine durch einen Schweißstrahl (8), ins¬besondere Laser- oder Elektronenstrahl, hergestellte Schweißnaht (3) miteinanderverbunden sind, wobei die durch die Auftrefforte (11) der Mitte (12) des Schweiß¬strahls (8) auf den Bauteilen (1,2) definierte Schweißnahtbahn (13) in einem ers¬ten Schweißnahtabschnitt (15) im Wesentlichen entlang des Fügestoßes (4) ver¬läuft und die Schweißnaht (3) eine annähernd konstante Schweißnahtbreite (14)aufweist und in einem daran anschließenden zweiten Schweißnahtabschnitt (16)ein Schweißnahtende (17) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im zweitenSchweißnahtabschnitt (16) die Schweißnahtbahn (13) in Schweißrichtung (18)betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß (4) ausgerichteten Schwingung alternie¬rend eine Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) und eine Auslenkung (20) inden zweiten Bauteil (2) aufweist, wobei zwei oder mehrere Kreuzungspunkte (21,22, 31, 32, ...) der Schweißnahtbahn (13) mit dem Fügestoß (4) gebildet sind undaufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21,22, 31,32) zueinander einen Abstand(24) aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite (14) im ersten Schweißnaht¬abschnitt (15) entspricht.
2. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dasaus erstarrter Schmelze gebildete Schweißnahtende (17) in Draufsicht einen ge¬wellten Rand mit Wellenbergen (27) und Wellentälern (28) aufweist, wobei Wel¬lenberge (27) mit den lokalen Maximalauslenkungen (25, 26) der Schweißnaht¬bahn (13) in den jeweiligen Bauteil (1,2) korrespondieren.
3. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Fügeverbindung als Stumpfnaht (7) ausgebildet ist und im zweitenSchweißnahtabschnitt (16) eine quer zum Fügestoß (4) gemessene Maximalaus-lenkung (25) der Schweißnahtbahn (13) in den ersten Bauteil (1) im Wesentlichen mit der Maximalauslenkung (26) der Schweißnahtbahn (13) in den zweiten Bauteil(2) übereinstimmt.
4. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Fügeverbindung als Kehlnaht (33) ausgebildet ist, bei der der Fügestoß (4) dadurch gebildet ist, dass ein Rand (34) des zweiten Bauteils (2) auf einerOberfläche (35) des ersten Bauteils (1) anliegt und der Schweißstrahl (8) in einemspitzen Winkel (35) zur Oberfläche des ersten Bauteils (1) zum Fügestoß (4) ge¬führt ist, und dass im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) die Maximalauslenkung(26) der Schweißnahtbahn (3) in den zweiten Bauteil (2) zumindest dem Doppel¬ten, vorzugsweise dem Dreifachen, insbesondere dem Vierfachen der Maximal¬auslenkung (25) der Schweißnahtbahn (3) in den ersten Bauteil (1) entspricht.
5. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Summe aus der Maximalauslenkung (25) der Schweiß¬nahtbahn (3) in den ersten Bauteil (1) und der Maximalauslenkung (26) derSchweißnahtbahn (3) in den zweiten Bauteil (2) zwischen dem 0,8-fachen unddem 2-fachen der Schweißnahtbreite (14), vorzugsweise zwischen dem 1,2-fachen und dem 1,5-fachen der Schweißnahtbreite (14) entspricht.
6. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21,22) derSchweißnahtbahn (13) mit dem Fügestoß (4) zueinander einen Abstand (24) auf¬weisen, der zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,8 fachen, vorzugsweise zwi¬schen dem 0,4-fachen und dem 0,6-fachen, der Schweißnahtbreite (14) im erstenSchweißnahtabschnitt (15) beträgt.
7. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Schweißnahtbahn (3) aufeinanderfolgend eine ersteAuslenkung (19) in den ersten Bauteil (1), eine zweite Auslenkung (20) in denzweiten Bauteil (2) und eine dritte Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) auf¬ weist und danach in einem Schweißbahnendpunkt (23), in dem der Schweißstrahl(8) deaktiviert wird, endet.
8. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Schweißnahtbahn (3) aufeinanderfolgend eine erste Auslen¬kung (19) in den ersten Bauteil (1), eine zweite Auslenkung (20) in den zweitenBauteil (2), eine dritte Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) und eine vierteAuslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) aufweist und danach in einemSchweißbahnendpunkt (23), in dem der Schweißstrahl (8) deaktiviert wird, endet.
9. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass ein Schweißbahnendpunkt (23) der Schweißnahtbahn (3) indem der Schweißstrahl (8) abgeschaltet wird am Fügestoß (4) liegt.
10. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Schweißbahnendpunkt (23) durch Umkehr derSchweißrichtung (18) vordem äußersten Schweißnahtendpunkt (36) liegt.
11. Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung zwischen einem ers¬ten metallischen Bauteil (1) und einem zweiten metallischen Bauteil (2) einer Bau¬gruppe, welche an ihren einander zugewandten und im Wesentlichen spaltfrei an¬einanderstoßenden Fügeflächen (5, 6) einen Fügestoß (4) ausbilden und die Bau¬teile (1,2) über eine durch einen Schweißstrahl (8), insbesondere Laser- oderElektronenstrahl, hergestellte Schweißnaht (3) miteinander verbunden werden,indem die durch die Auftrefforte der Mitte (12) des Schweißstrahls (8) auf denBauteilen (1,2) definierte Schweißnahtbahn (3) in einem ersten Schweißnahtab¬schnitt (15) im Wesentlichen entlang des Fügestoßes (4) geführt wird und dieSchweißnaht (3) eine annähernd konstante Schweißnahtbreite (14) aufweist undin einem daran anschließenden zweiten Schweißnahtabschnitt (16) ein Schweiß¬nahtende (17) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schweiß¬nahtabschnitt (16) die Schweißnahtbahn (3) in Schweißrichtung (18) betrachtet inArt einer quer zum Fügestoß (4) ausgerichteten Schwingung alternierend in einer Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) und in einer Auslenkung (20) in denzweiten Bauteil (2) geführt wird, wobei die Schweißnahtbahn (3) so geführt wird,dass sie zwei oder mehrere Kreuzungspunkte (21,22) mit dem Fügestoß (4) auf¬weist und aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21,22) zueinander einen Ab¬stand (24) aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite (14) entspricht.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im zwei¬ten Schweißnahtabschnitt (16) die Auslenkungen (19, 20) der Schweißnahtbahn (13) gegenüber dem Fügestoß (4) in einer Form ausgewählt aus einer Gruppeumfassend sinusförmig, zickzack-förmig, sägezahnförmig, rechteckig, trapezför¬mig, wellenförmig durchgeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dasseine Leistung des Schweißstrahles (8) von einer weitgehend konstanten Aus¬gangsleistung (37) im ersten Schweißnahtabschnitt (15) im zweiten Schweißnaht¬abschnitt (16) bis zum Erreichen eines Schweißbahnendpunktes (23), in dem derSchweißstrahl (8) deaktiviert wird, auf weniger als 20 % der Ausgangsleistung (37)reduziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leis¬tung im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) mit abnehmender Amplitude modulie¬rend reduziert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Bewegungen des Schweißstrahles (8) relativ zur Baugruppe imersten Schweißnahtabschnitt (15) durch einen Schweißkopf bewegende CNC-Achsen durchgeführt werden und im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) zumin¬dest die Auslenkungen des Schweißstrahles (8) quer zum Fügestoß (4) mittelseines im oder am Schweißkopf angeordneten und von den CNC-Achsen unab¬hängig verstellbaren optischen Ablenksystems durchgeführt werden.