AT514970B1 - Fügeverbindung und Strahlschweißverfahren - Google Patents

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 erfindungsgemäß 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

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Bei einer derartigen Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil undeinem zweiten metallischen Bauteil einer Baugruppe, bilden diese an ihren einander zugewand¬ten und im Wesentlichen spaltfrei aneinanderstoßenden Fügeflächen einen Fügestoß aus. DieBauteile sind dabei über eine durch einen Schweißstrahl, insbesondere Laser- oder Elektronen¬strahl, hergestellte Schweißnaht stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch die Auftrefforteder Mitte des Schweißstrahls auf den Bauteilen ist eine Schweißnahtbahn definiert, die in einemersten Schweißnahtabschnitt im Wesentlichen entlang des Fügestoßes verläuft und weist dieSchweißnaht eine annähernd konstante Schweißnahtbreite auf. Das Ende der Schweißnaht istin einem daran anschließenden zweiten Schweißnahtabschnitt gebildet.

[0003] Bei derartigen Strahlschweißverfahren, bei denen der Schweißstrahl, insbesonderedurch einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl gebildet ist, entsteht am Auftreffort desSchweißstrahles ein sogenanntes Keyhole, das mit verdampfendem Metall gefüllt ist und vongeschmolzenem Metall umgeben ist. Ein derartiges Keyhole ermöglicht ein tiefes Eindringendes Schweißstrahles und ist ein solches ein charakteristisches Merkmal von sogenanntenTief schweißverfahren. Wird an einem Schweißnahtende nun die Leistung des Schweißstrahlsreduziert oder dieser komplett deaktiviert, erfolgen aufgrund des fehlenden Energieeintragesund einer raschen Wärmeableitung in das Innere der Bauteile sehr rasche Erstarrungsvorgängeund sind diese häufig so schnell, dass am Schweißnahtende Krater, Kerben oder Risse verblei¬ben.

[0004] Eine mit einem gattungsgemäßen Verfahren hergestellte Fügeverbindung ist beispiels¬weise aus DE 20 2012 102 318 U1 bekannt. Dabei wird zur Vermeidung von Endkraterrissenein Schweißnahtende geformt wie ein Haken oder eine Schlaufe hergestellt. Die geeigneteWahl der Abmessungen des Schweißnahtendes und die exakte Festlegung der Form desSchweißnahtendes hängen dabei von vielen Einflussgrößen ab und können dementsprechendaufwändig sein.

[0005] Eine alternative Möglichkeit ein Schweißnahtende vorteilhaft auszuführen besteht darin,in diesem die Schweißnahtbahn in Schweißrichtung betrachtet in Art einer quer zum Fügestoßausgerichteten Schwingung zu führen, wie etwa aus WO 82/02352 A1 oder US2004/182836bekannt ist. Die darin beschriebene Ausführung der Schwingung ist jedoch nur ansatzweise fürbestimmte Schweißnahtausführungen beschrieben und nicht universell anwendbar.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fügeverbindung bereitzustellen, die aufeinfache Weise herstellbar ist und günstige Eigenschaften im Hinblick auf die Vermeidung vonEndkratern und Endkraterrissen aufweist.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Fügeverbindung gelöst, beider im zweiten Schweißnahtabschnitt, in dem die Schweißnahtbahn in Schweißrichtung be¬trachtet in Art einer quer zum Fügestoß ausgerichteten Schwingung alternierend eine Auslen¬kung in den ersten Bauteil und eine Auslenkung in den zweiten Bauteil aufweist, zwei odermehrere Kreuzungspunkte der Schweißnahtbahn mit dem Fügestoß gebildet sind und aufei¬nanderfolgende Kreuzungspunkte zueinander einen Abstand aufweisen, der maximal derSchweißnahtbreite im ersten Schweißnahtabschnitt entspricht. Durch diese räumlich knappaufeinanderfolgenden Auslenkungen des Schweißstrahles wird am Schweißnahtende eine aufeinen größeren Bereich ausgedehnte Wärmemenge eingebracht, die die Ausbildung einesEndkraters, der bei einer reinen Leistungsreduktion oder Geschwindigkeitserhöhung desSchweißstrahles auftreten würde, wirksam unterbunden, da der Bereich, in dem das vomSchweißstrahl gebildete Keyhole beim Absenken der Strahlleistung kollabiert, durch die Wär¬meeinbringung gewissermaßen vorbehandelt ist. Die erfindungsgemäße Ausbildung derSchweißnahtbahn ist maschinentechnisch leicht realisierbar, da z.B. einer Hauptbewegungeines Schweißkopfes in einer Schweißrichtung, die mittels einer CNC-Achse ausgeführt wird eine schwingende Querbewegung des Schweißstrahls überlagert wird, was auf einfache Weisemittels einer Umlenkoptik z.B. mit einem schwingenden Spiegel, erfolgen kann.

[0008] Eine mögliche Ausführungsform der Fügeverbindung kann darin bestehen, dass das auserstarrtem Schmelzebad gebildete Schweißnahtende in Draufsicht einen gewellten Rand mitWellenbergen und Wellentälern aufweist, wobei Wellenberge mit den lokalen Maximalauslen-kungen der Schweißnahtbahn in den jeweiligen Bauteil korrespondieren. Diese äußere Formder Schweißnaht begünstigt quer zum Fügestoß ausgerichtete Oberflächenstrukturen undvermeidet Endkrater mit zum Fügestoß parallel verlaufenden Kerben.

[0009] Eine in der Praxis häufig anwendbare und vorteilhafte Ausführungsform der Fügeverbin-dung besteht darin, dass diese als Stumpfnaht ausgebildet ist und im zweiten Schweißnahtab¬schnitt eine quer zum Fügestoß gemessene Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in denersten Bauteil im Wesentlichen mit der Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in den zwei¬ten Bauteil übereinstimmt.

[0010] Eine in der Praxis ebenfalls häufig anwendbare Ausführung ist dadurch gebildet, dassdie Fügeverbindung als Kehlnaht ausgebildet ist, bei der der Fügestoß dadurch gebildet ist,dass ein Rand des zweiten Bauteils auf der Oberfläche des ersten Bauteils anliegt und derSchweißstrahl in einem spitzen Winkel zur Oberfläche des ersten Bauteils zum Fügestoß ge¬führt ist, und dass im zweiten Schweißnahtabschnitt die Maximalauslenkung der Schweißnaht¬bahn in den zweiten Bauteil zumindest dem Doppelten, vorzugsweise dem Dreifachen, insbe¬sondere dem Vierfachen der Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in den ersten Bauteilentspricht.

[0011] Eine vorteilhafte Energieverteilung mit effektiver Vermeidung von Endkratern imSchweißnahtende wird erzielt, wenn die Summe aus der Maximalauslenkung der Schweißnaht¬bahn in den ersten Bauteil und der Maximalauslenkung der Schweißnahtbahn in den zweitenBauteil zwischen dem 0,8-fachen und dem 2-fachen der Schweißnahtbreite, vorzugsweisezwischen dem 1,2-fachen und dem 1,5-fachen der Schweißnahtbreite entspricht.

[0012] Für den Wärmeeintrag in das Schweißnahtende ebenfalls von Vorteil ist es, wenn aufei¬nanderfolgende Kreuzungspunkte der Schweißnahtbahn mit dem Fügestoß zueinander einenAbstand aufweisen, der zwischen dem 0,2-fachen und dem 0,8-fachen, vorzugsweise zwischendem 0,4-fachen und dem 0,6-fachen, der Schweißnahtbreite im ersten Schweißnahtabschnittbeträgt.

[0013] Zur Erzielung eines kurzen Schweißnahtendes, das sich dementsprechend auch inkurzer Zeit hersteilen kann, ist es vorteilhaft, wenn die Schweißnahtbahn aufeinanderfolgendeine erste Auslenkung in den ersten Bauteil, eine zweite Auslenkung in den zweiten Bauteil undeine dritte Auslenkung in den ersten Bauteil aufweist und danach in einem Schweißendpunkt, indem der Schweißstrahl deaktiviert wird, endet.

[0014] Eine noch zuverlässigere Vermeidung von Endkratern und ähnlichen Schweißfehlern amSchweißnahtende wird erzielt, wenn die Schweißnahtbahn aufeinanderfolgend eine erste Aus¬lenkung in den ersten Bauteil, eine zweite Auslenkung in den zweiten Bauteil, eine dritte Aus¬lenkung in den ersten Bauteil und eine vierte Auslenkung in den zweiten Bauteil aufweist unddanach in einem Schweißendpunkt, in dem der Schweißstrahl deaktiviert wird, endet.

[0015] Falls ein Schweißendpunkt der Schweißnahtbahn, in dem der Schweißstrahl abgeschal¬tet wird, auf den Fügestoß situiert wird, kommen allfällige Schweißfehler am Schweißnahtendean einem definierten Punkt zu liegen und können leichter identifiziert werden bzw. Gegenma߬nahmen getroffen werden.

[0016] Eine alternative Ausführungsform der Fügeverbindung, die ebenfalls ein räumlich sehrkurzes Schweißnahtende aufweist, ohne jedoch ein erhöhtes Risiko von Endkratern zu besit¬zen, besteht darin, dass der Schweißendpunkt, in dem der Schweißstrahl deaktiviert wird odereine bestimmte Leistungsuntergrenze unterschreitet, durch Umkehr der Schweißrichtung vordem äußersten Schweißnahtendpunkt liegt.

[0017] Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung gemäßOberbegriff des Anspruches 11.

[0018] Erfindungsgemäß wird im zweiten Schweißnahtabschnitt die Schweißnahtbahn inSchweißrichtung betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß ausgerichteten Schwingung alter¬nierend in einer Auslenkung in den ersten Bauteil und in einer Auslenkung in den zweiten Bau¬teil geführt, wobei die Schweißnahtbahn so geführt wird, dass sie zwei oder mehrere Kreu¬zungspunkte mit dem Fügestoß aufweist und aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte zueinan¬der einen Abstand aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite entspricht. Der Bereich desSchweißnahtendes, in dem das Keyhole bei Deaktivierung des Schweißstrahls kollabiert wirddurch die erfindungsgemäßen Maßnahmen so vorbehandelt, dass sich keine scharfkantigenOberflächentopographien ergeben, wie sie bei den bekannten Endkratern zumeist auftreten.

[0019] Die vorteilhaften Effekte der Erfindung können insbesondere erzielt werden, wenn dieSchweißnahtbahn im zweiten Schweißnahtabschnitt Auslenkungen gegenüber dem Fügestoßin einer Form ausgewählt aus einer Gruppe umfassend sinusförmig, zickzack-förmig, sägezahn¬förmig, rechteckig, trapezförmig, wellenförmig, aufweist. Diese Formen können in einer moder¬nen CNC-Steuerung einer Schweißvorrichtung leicht programmiert und durch entsprechendeCNC-Achsen leicht realisiert werden.

[0020] Ein Schweißnahtende mit geringer Gefahr der Bildung eines Endkraters wird erzeugt,wenn eine Leistung des Schweißstrahles von einer weitgehend konstanten Ausgangsleistungim ersten Schweißnahtabschnitt im zweiten Schweißnahtabschnitt bis zum Erreichen einesSchweißendpunktes, in dem der Schweißstrahl deaktiviert wird, auf weniger als 20 % der Aus¬gangsleistung reduziert wird.

[0021] Um auch im Schweißnahtende eine möglichst gleichbleibend gute Qualität der Schwei߬naht aufrechtzuerhalten ist es von Vorteil, die Leistung im zweiten Schweißnahtabschnitt mitabnehmender Amplitude modulierend zu reduzieren.

[0022] Maschinentechnisch von Vorteil ist eine Verfahrensvariante, bei der die Bewegungendes Schweißstrahles relativ zur Baugruppe im ersten Schweißnahtabschnitt durch einenSchweißkopf bewegende CNC-Achsen durchgeführt werden und im zweiten Schweißnahtab¬schnitt zumindest die Auslenkungen des Schweißstrahles quer zum Fügestoß mittels eines imoder am Schweißkopf angeordneten und von den CNC-Achsen unabhängig verstellbaren opti¬schen Ablenksystems durchgeführt werden. Für die Querauslenkungen des Schweißstrahlessind in diesem Fall keine hochdynamischen CNC-Achsen erforderlich, sondern eine Umlenkop¬tik, mit denen derartige schnelle Bewegungen des Schweißstrahles zuverlässig durchgeführtwerden können.

[0023] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figurennäher erläutert.

[0024] Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung: [0025] Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Schweißnahtende einer Fügeverbindung mit Endkra¬ ter und Endkraterriss; [0026] Fig. 2 eine Ansicht des Schweißnahtendes einer erfindungsgemäßen Fügeverbindung; [0027] Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Schweißnahtende einer erfindungsgemäßen Füge¬ verbindung; [0028] Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemä¬ ßen Fügeverbindung; [0029] Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsge¬ mäßen Fügeverbindung; [0030] Fig. 6 eine Ansicht einer weiteren möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemä¬ ßen Fügeverbindung.

[0031] Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Baugruppe aus einem ersten metallischenBauteil 1 und einem zweiten metallischen Bauteil 2, die mittels einer Fügeverbindung miteinan¬der verbunden sind. Die Fügeverbindung ist durch eine Schweißnaht 3 gebildet, wobei dieseeinen Fügestoß 4 überbrückt, der durch einander zugewandte und im Wesentlichen spaltfreianeinander stoßende Fügeflächen 5 und 6 an den Bauteilen 1 und 2 gebildet ist. In Fig. 1 sto¬ßen die Bauteile 1, 2 mit ebenen Fügeflächen 5, 6 stumpf aneinander und kann die Schwei߬naht 3 in dieser Ausführung als Stumpfnaht 7 bezeichnet werden.

[0032] Die Schweißnaht 3 wird hergestellt, indem ein energiereicher Schweißstrahl 8, der inFig. 1 durch ein strichliertes Strahlenbündel angedeutet ist, im Bereich des Fügestoßes 4 aufdie Bauteile 1,2 gelenkt wird. Der Schweißstrahl 8 wird dabei üblicherweise entlang des Füge¬stoßes 4 bewegt und wird dadurch eine weitgehend konstante Schweißnaht 3 mit weitgehendgleichbleibenden Eigenschaften erzeugt.

[0033] Am Ende eines derartigen Schweißvorganges wird der Schweißstrahl 8 deaktiviert undwird dabei ein Schweißnahtende gebildet. An einem solchen Schweißnahtende einer mittelseines Schweißstrahls 8 hergestellten Schweißnaht 3 kann es aus folgenden Gründen zu Män¬geln an der hergestellten Schweißnaht 3 kommen.

[0034] Bei sogenannten Strahlschweißverfahren, bei denen der Schweißstrahl 8, insbesonderedurch einen Laserstrahl oder einen Elektronenstrahl gebildet ist, entsteht am Auftreffort desSchweißstrahles 8 ein sogenanntes Keyhole, das mit verdampfendem Metall gefüllt ist und vongeschmolzenem Metall umgeben ist. Ein derartiges Keyhole ermöglicht ein tiefes Eindringendes Schweißstrahles 8 und ist ein solches ein charakteristisches Merkmal von sogenanntenTiefschweißverfahren. Beim Bewegen des Schweißstrahles 8 entlang des Fügestoßes 4 bewegtsich auch das Keyhole dementsprechend voran, während die Rückseite des Keyholes durcherstarrende Metallschmelze verschlossen wird. Wird an einem Schweißnahtende nun die Leis¬tung des Schweißstrahls reduziert oder dieser komplett deaktiviert, erfolgen aufgrund des feh¬lenden Energieeintrages und einer raschen Wärmeableitung in das Innere der Bauteile 1, 2sehr rasche Erstarrungsvorgänge und sind diese häufig so schnell, dass am SchweißnahtendeKrater oder Kerben verbleiben, die unmittelbar nach dem Schweißvorgang oder auch im späte¬ren Gebrauch einer derartigen Baugruppe zu genannten Endkraterrissen führen, die in Folgeein mechanisches Versagen der Baugruppe auslösen können. In Fig. 1 ist ein derartiger End¬krater 9 mit einem von dessen Grund ausgehenden Endkraterriss 10 dargestellt.

[0035] Bei Baugruppen mit hohen Anforderungen an die mechanische Festigkeit, insbesonderebei dynamischer Beanspruchung, sind derartige Schwachstellen durch Endkraterrisse 10 unbe¬dingt zu vermeiden und wurden daher Strahlschweißverfahren entwickelt, die das Auftretenderartiger Endkrater 9 und derartiger Endkraterrisse 10 vermeiden sollten.

[0036] Fig. 2 zeigt eine Ansicht einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßenFügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil 1 und einem zweiten metallischenBauteil 2. Die Fügeverbindung in Form einer Schweißnaht 3 ist dabei durch einen Schwei߬strahl 8 gebildet, wobei in Fig. 2 ein Auftreffort 11 des Schweißstrahles 8 während der Herstel¬lung der Schweißnaht 3 durch einen strichlierten Kreis angedeutet ist. Der Auftreffort 11 desSchweißstrahles 8 kann auch als Schweißstrahlfokus bezeichnet werden und besitzt typischer¬weise Durchmesser von wenigen Zehntelmillimetern bis zu einem Millimeter oder auch darüber.Bei der Herstellung der Schweißnaht 3 wird dabei die Mitte des Schweißstrahles bewegt unddefinieren die Auftrefforte 11 auf den Bauteilen 1, 2 eine Schweißnahtbahn 13. Durch Wärme¬leitung innerhalb der Bauteile erfolgt ein Aufschmelzen des Werkstoffes auch über den Auftref¬fort 11 hinaus, weshalb eine Schweißnahtbreite 14 größer ist als der Durchmesser desSchweißstrahlfokus bzw. des Auftreffortes 11 und ist die Schweißnahtbreite 14 zumindest eini¬ge Zehntelmillimeter größer als der Durchmesser des Schweißstrahlfokus.

[0037] Die erfindungsgemäße Fügeverbindung umfasst einen ersten Schweißnahtabschnitt 15,in dem die Schweißnahtbahn 13 im Wesentlichen entlang des Fügestoßes 4 zwischen denBauteilen 1 und 2 verläuft und aufgrund einer im Wesentlichen konstanten Schweißgeschwin¬digkeit und konstanten Schweißleistung eine gleichförmige Schweißnaht 3 entsteht, die insbe- sondere eine annähernd konstante Schweißnahtbreite 14 aufweist.

[0038] An den ersten Schweißnahtabschnitt 15 schließt ein zweiter Schweißnahtabschnitt 16an, in dem ein Schweißnahtende 17 gebildet ist.

[0039] In Fig. 2 ist durch einen nach rechts weisenden Pfeil eine Schweißrichtung 18 angedeu¬tet. Das heißt der Schweißstrahl 8 wird bei der Herstellung der Schweißnaht 3 von links nachrechts weiterbewegt.

[0040] Die Schweißnahtbahn 13 als Verbindung der Mitten 12 der Auftrefforte 11 des Schwei߬strahles 8 ist auch jene Bahn, entlang der sich das Keyhole während des Schweißvorgangesbewegt.

[0041] Bei der Herstellung der Schweißnaht 3 kann dabei der Schweißstrahl 8 mit kontinuierli¬cher Leistung betrieben werden, es ist jedoch auch möglich, dass der Schweißstrahl 8 im Puls¬betrieb, also mit kurzzeitigen Unterbrechungen, eingesetzt wird und daher die Auftrefforte 11nicht nahtlos aufeinander folgen, aufgrund der räumlichen Ausdehnung des um das Keyholegeschmolzenen Metalls auch im Pulsbetrieb eine im Wesentlichen gleichförmige Schweißnaht 3hergestellt werden kann.

[0042] Erfindungsgemäß ist das Schweißnahtende 17 im zweiten Schweißnahtabschnitt 16derart ausgeführt, dass die Schweißnahtbahn 13 in Art einer quer zum Fügestoß 4 ausgerichte¬ten Schwingung alternierend eine Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1 und eine Auslenkung20 in den zweiten Bauteil 2 aufweist. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besitzt die Schwei߬nahtbahn 13 im Schweißnahtende 17 zwei Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil 1 und eineAuslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2. Die Mitte 12 des Schweißstrahls 8 wird bei der Herstel¬lung des Schweißnahtendes 17 zum Unterschied zum ersten Schweißnahtabschnitt 15 imzweiten Schweißnahtabschnitt 16 nicht nur in Schweißrichtung 18 entlang des Fügestoßes 4bewegt, sondern auch quer dazu und kreuzt dadurch die Schweißnahtbahn 13 zwischen einerAuslenkung 19 in den ersten Bauteil 1 und einer Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 denFügestoß 4 und ebenso zwischen einer Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 und einer nach¬folgenden Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1. Dadurch ergibt sich ein erster Kreuzungs¬punkt 21 und einer zweiter nachfolgender Kreuzungspunkt 22 der Schweißnahtbahn 13 mit demFügestoß 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 verläuft die Schweißnahtbahn13 ähnlich einer sinusförmigen Schwingung, wobei die Auslenkungen 19, 20 jeweils halbwel¬lenähnlich sind. Abweichend davon sind jedoch auch Auslenkungen 19, 20 möglich, die zick¬zack-förmig, sägezahnförmig, rechteckig, trapezförmig, wellenförmig verlaufen. Die Schwei߬nahtbahn 13 endet nach der zweiten Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1 an einem Schwei߬bahnendpunkt 23, der in Fig. 2 etwa auf dem Fügestoß 4 liegt. Zwischen dem ersten Schwei߬nahtabschnitt 15 und dem Schweißbahnendpunkt 23, in dem der Schweißstrahl 8 deaktiviertwird, wird die Leistung des Schweißstrahles reduziert.

[0043] Erfindungsgemäß weisen zwei aufeinander folgende Kreuzungspunkte 21, 22 zueinan¬der einen Abstand 24 auf, der maximal der Schweißnahtbreite 14 im ersten Schweißnahtab¬schnitt 15 entspricht. Abwechselnde Auslenkungen 19, 20 in den ersten Bauteil 1 bzw. denzweiten Bauteil 2 sind dadurch nicht lang gedehnt, sondern erfolgen relativ kurz hintereinander.Da der Abstand der Kreuzungspunkte 21, 22 zueinander kleiner ist als die Schweißnahtbreite14, überlappen bzw. überschneiden sich die beim Durchlaufen der Auslenkung 20 durch denSchweißstrahl 8 an seinen Auftrefforten 11 entstehenden Metallschmelzen. Durch diese mehr¬fache Querbewegung des Schweißstrahles 8 im Bereich des Schweißnahtendes 17 entsteht einvergrößertes Schmelzebad, das aufgrund seines größeren Volumens langsamer abkühlt als diegeradlinige Schweißnaht 3 im ersten Schweißnahtabschnitt 15. Das geschmolzene Metall hatdadurch länger Zeit, eine weitgehend geschlossene Oberfläche der Schweißnaht 3 zu bilden,wodurch insbesondere die Bildung von tiefen, scharfkantigen oder kerbenförmigen Endkraternweitgehend vermieden ist. Ebenso sind die damit verbundenen Endkraterrisse weitestgehendvermieden.

[0044] Die Auslenkungen 19, 20 der Schweißnahtbahn 13 besitzen jeweils lokale Maximalaus- lenkungen 25 und 26 quer zum Fügestoß 4 in den ersten Bauteil 1. Durch diese erfindungsge¬mäßen Auslenkungen 19, 20 weist das aus erstarrter Metallschmelze gebildete Schweißnah¬tende 17 in Draufsicht einen gewellten Rand mit Wellenbergen 27 und Wellentälern 28 auf. BeiAuslenkungen 19, 20, bei denen der Schweißstrahl 8 noch mit vergleichsweise hoher Leistungbetrieben wird, korrespondieren die Wellenberge 27 mit den lokalen Maximalauslenkungen 25,26 der Schweißnahtbahn 13 in den jeweiligen Bauteil 1, 2, wodurch sich auch ein charakteristi¬scher Rand bei einem erfindungsgemäßen Schweißnahtende 17 ergibt.

[0045] Falls die Fügeverbindung als Stumpfnaht 7 ausgeführt ist, ist es von Vorteil, wenn imSchweißnahtende 17 die Maximalauslenkung 25 der Schweißnahtbahn 13 in den ersten Bauteil1 im Wesentlichen mit der Maximalauslenkung 26 der Schweißnahtbahn 13 in den zweitenBauteil 2 übereinstimmt.

[0046] Der Schweißstrahl 8 wird bei der Herstellung der Fügeverbindung so auf den Fügestoß 4zwischen den Bauteilen 1, 2 ausgerichtet, dass der Fügestoß 4 in der späteren Schweißnaht 3zu liegen kommt, also bei einer Stumpfnaht im Wesentlichen rechtwinkelig auf die Oberflächender Bauteile 1,2.

[0047] Fig. 3 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt einen Schnitt durch eine erfindungsgemä¬ße Fügeverbindung gemäß Linie lll-lll in Fig. 2. Dabei ist erkennbar, dass an der Schweißnaht¬oberfläche 29 ein in Fig. 1 dargestellter Endkrater 9 bzw. Endkraterriss 10 bei der erfindungs¬gemäßen Fügeverbindung nicht vorhanden ist. Die mechanische Belastbarkeit der Fügeverbin¬dung ist durch die geringere Kerbwirkung dieser Schweißnahtoberfläche 29 deutlich verbessert.

[0048] In der Fig. 4 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformder Fügeverbindung gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw.Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis 3 verwendet werden. Um unnöti¬ge Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegange¬nen Fig. 1 bis 3 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[0049] Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 zeigt Merkmale, die sich von der Ausführungsformgemäß Fig. 2 unterscheiden, und jedoch einzeln oder in Kombination miteinander Merkmaleweiterer Ausführungsformen sein können.

[0050] In Fig. 4 ist die Schweißnahtbahn 13 im zweiten Schweißnahtabschnitt 16 nicht symmet¬risch bezüglich des Fügestoßes 4, sondern sind die Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil 1mit einer kleineren Auslenkung 25 ausgeführt und sind die Auslenkungen 20 in den zweitenBauteil 2 mit einer größeren Maximalauslenkung 26 ausgeführt. Die Maximalauslenkung 26 derSchweißnahtbahn 3 entspricht dabei zumindest dem doppelten, vorzugsweise dem dreifachen,insbesondere dem vierfachen der Maximalauslenkung 25 der Schweißnahtbahn 3 in den erstenBauteil 1, das heißt ein Verhältnis der Maximalauslenkungen 25, 26 von 20 % und 80 %. Dieeinzelnen Auslenkungen 19, 20 sind beispielsweise symmetrisch bezüglich einer zum Fügestoß4 parallel versetzten Bezugslinie 30.

[0051] In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 weist die Schweißnahtbahn 13 im Schweißnah¬tende 17 eine erste Auslenkung 19 in den ersten Bauteil 1, eine nachfolgende zweite Auslen¬kung 20 in den zweiten Bauteil 2, eine dritte Auslenkung 19 wieder in den ersten Bauteil 1 undeine vierte Auslenkung 20 in den zweiten Bauteil 2 auf und endet in einem Schweißbahnend¬punkt 23, der im ersten Bauteil 1 liegt. Durch diese Form der Schweißnahtbahn 13 bestehenneben den Kreuzungspunkten 21, 22 zwei weitere Kreuzungspunkte 31 und 32 der Schwei߬nahtbahn 13 mit dem Fügestoß 4. Auch hier weisen aufeinander folgende Kreuzungspunkte 21,22, 31, 32 zueinander einen Abstand auf, der maximal der Schweißnahtbreite 14 im erstenSchweißnahtabschnitt 15 entspricht. Die Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil, können glei¬che Maximalauslenkungen 25 aufweisen, ebenso wie die Auslenkungen 20 in den zweitenBauteil; es ist jedoch auch möglich, dass die Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil 1 oder dieAuslenkungen 20 in den zweiten Bauteil 2 unterschiedliche, insbesondere abnehmende Maxi¬malauslenkungen 25 bzw. 26 aufweist.

[0052] Fig. 5 zeigt in einer Teilschnittdarstellung eine weitere Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Fügeverbindung, bei der die Schweißnaht 3 in Form einer Kehlnaht 33 ausgebildetist. Der Fügestoß 4 ist bei dieser Fügeverbindung derart gebildet, dass ein Rand 34 des zweitenBauteils 2 auf einer Oberfläche 35 im Wesentlichen spaltfrei anliegt. Im dargestellten Ausfüh¬rungsbeispiel ist der zweite Bauteil 2 in einem rechten Winkel zum ersten Bauteil 1 angeordnet,es sind jedoch auch schräge Anordnungen des Bauteils 2 möglich. Da der Fügestoß 4 bei einerKehlnaht 33 mit der Oberfläche 35 des einen Bauteils 1 zusammenfällt, kann der Schweißstrahl8 nicht exakt in Richtung des Fügestoßes 4 zugeführt werden, sondern muss seine Richtunggeringfügig von der Richtung des Fügestoßes 4 abweichen. Um dies zu erreichen, wird derSchweißstrahl 8 in einem spitzen Winkel 35 zur Oberfläche des ersten Bauteils 1 zum Fügestoß4 geführt.

[0053] Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Fügeverbindung bzw. bei der Durchführungdes erfindungsgemäßen Verfahrens, ist es von Vorteil, wenn dabei der Schweißstrahl 8 bezo¬gen auf eine in Fig. 5 strichliert dargestellte Lage, in mit der der erste Schweißnahtabschnitt 15hergestellt wird, im zweiten Schweißnahtabschnitt 16 unterschiedliche Auslenkungen 19, 20 inden ersten Bauteil 1 bzw. den zweiten Bauteil 2 aufweisen. Vorteilhaftenweise wird hier eineAufteilung der Maximalauslenkungen 25, 26 gewählt, wie sie etwa dem in Fig. 4 dargestelltenAusführungsbeispiel entspricht. Die Fig. 4 könnte demnach auch als Ansicht einer Kehlnaht 33in Richtung IV-IV in Fig. 5 angesehen werden.

[0054] Die Schweißnaht 3 ist demnach bei einer Kehlnaht 33 im ersten Schweißnahtabschnitt15 etwa am zugänglichen Ende des Fügestoßes 4 orientiert, während sie im zweiten Schwei߬nahtabschnitt 16 zum überwiegenden Teil am zweiten Bauteil 2 positioniert ist und demnach dergrößere Anteil des Schweißnahtendes im Bauteil 2 situiert ist.

[0055] In der Fig. 6 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsformder Fügeverbindung gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw.Bauteilbezeichnungen wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis 5 verwendet werden. Um unnöti¬ge Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung in den vorangegange¬nen Fig. 1 bis 5 hingewiesen bzw. Bezug genommen.

[0056] Bei dieser Ausführungsform der Fügeverbindung wird im Schweißnahtende 17 wiedereine abwechselnde Folge von Auslenkungen 19 in den ersten Bauteil und Auslenkungen 20 inden zweiten Bauteil ausgeführt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Schweißrichtung 18nach der zweiten Auslenkung 19 der Schweißnahtbahn 13 in den ersten Bauteil 1 die Schwei߬richtung 18 nach Richtung links geändert wird, wodurch die dritte Auslenkung 19 in den erstenBauteil 1 zwischen der ersten und zweiten Auslenkung 19 zu liegen kommt. Der Schweißbah¬nendpunkt 23 liegt in dieser Ausführungsform näher am Beginn des Schweißnahtendes als amäußersten Schweißnahtende 36. Auch durch diese Ausführungsform wird durch die mehrfachenAuslenkungen 19, 20 der Schweißnahtbahn 13 quer zum Fügestoß 4 ein vergrößertesSchmelzbad erzielt, das keine Endkrater aufweist.

[0057] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Ver¬ständnis der Fügeverbindung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/odervergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

[0058] Abschließend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungs¬formen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen verse¬hen sind, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß aufgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragenwerden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben,unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sinddiese Lageangaben 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 Endkraterriss 11 Auftreffort 12 Mitte 13 Schweißnahtbahn 14 Schweißnahtbreite 15 Erster Schwei ßnahtabschnitt 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 (15)

1. Patentansprüche 1. Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischen Bauteil (1) und einem zweiten metal¬lischen Bauteil (2) einer Baugruppe, welche an ihren einander zugewandten und im We¬sentlichen spaltfrei aneinanderstoßenden Fügeflächen (5, 6) einen Fügestoß (4) ausbildenund über eine durch einen Schweißstrahl (8), insbesondere Laser- oder Elektronenstrahl,hergestellte Schweißnaht (3) miteinander verbunden sind, wobei die durch die Auftrefforte (11) der Mitte (12) des Schweißstrahls (8) auf den Bauteilen (1,2) definierte Schweißnaht¬bahn (13) in einem ersten Schweißnahtabschnitt (15) im Wesentlichen entlang des Füge¬stoßes (4) verläuft und die Schweißnaht (3) eine annähernd konstante Schweißnahtbreite(14) aufweist und in einem daran anschließenden zweiten Schweißnahtabschnitt (16) einSchweißnahtende (17) gebildet ist, wobei im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) dieSchweißnahtbahn (13) in Schweißrichtung (18) betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß (4) ausgerichteten Schwingung alternierend eine Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1)und eine Auslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) aufweist, wobei zwei oder mehrereKreuzungspunkte (21,22, 31,32, ...) der Schweißnahtbahn (13) mit dem Fügestoß (4) ge¬bildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21,22, 31, 32) zueinander einen Abstand (24) aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite(14) im ersten Schweißnahtabschnitt (15) entspricht.
2. 2. Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus erstarrterSchmelze gebildete Schweißnahtende (17) in Draufsicht einen gewellten Rand mit Wellen¬bergen (27) und Wellentälern (28) aufweist, wobei Wellenberge (27) mit den lokalen Maxi-malauslenkungen (25, 26) der Schweißnahtbahn (13) in den jeweiligen Bauteil (1, 2) kor¬respondieren.
3. 3. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügever¬bindung als Stumpfnaht (7) ausgebildet ist und im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) einequer zum Fügestoß (4) gemessene Maximalauslenkung (25) der Schweißnahtbahn (13) inden ersten Bauteil (1) im Wesentlichen mit der Maximalauslenkung (26) der Schweißnaht¬bahn (13) in den zweiten Bauteil (2) übereinstimmt.
4. 4. Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügever¬bindung als Kehlnaht (33) ausgebildet ist, bei der der Fügestoß (4) dadurch gebildet ist,dass ein Rand (34) des zweiten Bauteils (2) auf einer Oberfläche (35) des ersten Bauteils (1) anliegt und der Schweißstrahl (8) in einem spitzen Winkel (35) zur Oberfläche des ers¬ten Bauteils (1) zum Fügestoß (4) geführt ist, und dass im zweiten Schweißnahtabschnitt(16) die Maximalauslenkung (26) der Schweißnahtbahn (3) in den zweiten Bauteil (2) zu¬mindest dem Doppelten, vorzugsweise dem Dreifachen, insbesondere dem Vierfachen derMaximalauslenkung (25) der Schweißnahtbahn (3) in den ersten Bauteil (1) entspricht.
5. 5. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Summe aus der Maximalauslenkung (25) der Schweißnahtbahn (3) in den erstenBauteil (1) und der Maximalauslenkung (26) der Schweißnahtbahn (3) in den zweiten Bau¬teil (2) zwischen dem 0,8-fachen und dem 2-fachen der Schweißnahtbreite (14), vorzugs¬weise zwischen dem 1,2- fachen und dem 1,5-fachen der Schweißnahtbreite (14) ent¬spricht.
6. 6. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21, 22) der Schweißnahtbahn (13) mit demFügestoß (4) zueinander einen Abstand (24) aufweisen, der zwischen dem 0,2-fachen unddem 0,8-fachen, vorzugsweise zwischen dem 0,4-fachen und dem 0,6-fachen, derSchweißnahtbreite (14) im ersten Schweißnahtabschnitt (15) beträgt.
7. 7. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass die Schweißnahtbahn (3) aufeinanderfolgend eine erste Auslenkung (19) in den ers¬ten Bauteil (1), eine zweite Auslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) und eine dritte Aus¬lenkung (19) in den ersten Bauteil (1) aufweist und danach in einem Schweißbahnendpunkt(23), in dem der Schweißstrahl (8) deaktiviert wird, endet.
8. 8. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieSchweißnahtbahn (3) aufeinanderfolgend eine erste Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1), eine zweite Auslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2), eine dritte Auslenkung (19) inden ersten Bauteil (1) und eine vierte Auslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) aufweistund danach in einem Schweißbahnendpunkt (23), in dem der Schweißstrahl (8) deaktiviertwird, endet.
9. 9. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass ein Schweißbahnendpunkt (23) der Schweißnahtbahn (3) in dem der Schweißstrahl(8) abgeschaltet wird am Fügestoß (4) liegt.
10. 10. Fügeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,dass der Schweißbahnendpunkt (23) durch Umkehr der Schweißrichtung (18) vor dem äu¬ßersten Schweißnahtendpunkt (36) liegt.
11. 11. Verfahren zum Fierstellen einer Fügeverbindung zwischen einem ersten metallischenBauteil (1) und einem zweiten metallischen Bauteil (2) einer Baugruppe, welche an ihreneinander zugewandten und im Wesentlichen spaltfrei aneinanderstoßenden Fügeflächen(5, 6) einen Fügestoß (4) ausbilden und die Bauteile (1,2) über eine durch einen Schwei߬strahl (8), insbesondere Laser- oder Elektronenstrahl, hergestellte Schweißnaht (3) mitei¬nander verbunden werden, indem die durch die Auftrefforte der Mitte (12) des Schwei߬strahls (8) auf den Bauteilen (1, 2) definierte Schweißnahtbahn (3) in einem erstenSchweißnahtabschnitt (15) im Wesentlichen entlang des Fügestoßes (4) geführt wird unddie Schweißnaht (3) eine annähernd konstante Schweißnahtbreite (14) aufweist und in ei¬nem daran anschließenden zweiten Schweißnahtabschnitt (16) ein Schweißnahtende (17)gebildet wird, wobei im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) die Schweißnahtbahn (3) inSchweißrichtung (18) betrachtet in Art einer quer zum Fügestoß (4) ausgerichtetenSchwingung alternierend in einer Auslenkung (19) in den ersten Bauteil (1) und in einerAuslenkung (20) in den zweiten Bauteil (2) geführt wird, wobei die Schweißnahtbahn (3) sogeführt wird, dass sie zwei oder mehrere Kreuzungspunkte (21, 22) mit dem Fügestoß (4)aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Kreuzungspunkte (21, 22)zueinander einen Abstand (24) aufweisen, der maximal der Schweißnahtbreite (14) ent¬spricht.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schweißnahtab¬schnitt (16) die Auslenkungen (19, 20) der Schweißnahtbahn (13) gegenüber dem Füge¬stoß (4) in einer Form ausgewählt aus einer Gruppe umfassend sinusförmig, zickzack¬förmig, sägezahnförmig, rechteckig, trapezförmig, wellenförmig durchgeführt werden.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung desSchweißstrahles (8) von einer weitgehend konstanten Ausgangsleistung (37) im erstenSchweißnahtabschnitt (15) im zweiten Schweißnahtabschnitt (16) bis zum Erreichen einesSchweißbahnendpunktes (23), in dem der Schweißstrahl (8) deaktiviert wird, auf wenigerals 20 % der Ausgangsleistung (37) reduziert wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung im zweitenSchweißnahtabschnitt (16) mit abnehmender Amplitude modulierend reduziert wird.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Be¬wegungen des Schweißstrahles (8) relativ zur Baugruppe im ersten Schweißnahtabschnitt(15) durch einen Schweißkopf bewegende CNC- Achsen durchgeführt werden und imzweiten Schweißnahtabschnitt (16) zumindest die Auslenkungen des Schweißstrahles (8)quer zum Fügestoß (4) mittels eines im oder am Schweißkopf angeordneten und von denCNC-Achsen unabhängig verstellbaren optischen Ablenksystems durchgeführt werden. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen