CN110869158A - 用于接合至少两个工件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于接合至少两个工件(2a，2b)的方法，包括：通过加工射束、特别是激光射束(3)和所述至少两个工件(2a，2b)相对彼此沿进给方向(Y)运动构成焊缝(7)，其中，给加工射束和两个工件(2a，2b)相对彼此的运动叠加一个沿优选二维的运动轨迹的周期性运动，所述运动轨迹在垂直于所述进给方向(Y)的横向方向(X)上以及优选附加地在进给方向(Y)上延伸。所述运动轨迹在横向方向(X)上的两个反转点之间具有至少一个停止点(H)，在该停止点处，所述周期性运动在横向方向(X)上的速度分量为零。本发明还涉及一种计算机程序产品以及一种用于实施该方法的设备。

Description

用于接合至少两个工件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于接合至少两个工件的方法，包括：通过加工射束、特别是激光射束和所述至少两个工件相对彼此沿进给方向运动构成焊缝，其中，给加工射束和两个工件相对彼此的运动叠加一个沿优选二维的运动轨迹的周期性运动，所述运动轨迹在垂直于所述进给方向的横向方向上以及优选附加地在进给方向上延伸。本发明还涉及一种对应的设备，包括：用于使加工射束、特别是激光射束对准到两个工件上的加工头，用于使加工射束和所述至少两个工件在构成焊缝的情况下沿进给方向相对彼此运动的运动装置，用于使加工射束偏转的射束偏转装置，以及控制装置，用于操控射束偏转装置和/或运动装置，以产生叠加给加工射束和两个工件之间沿着进给方向的相对运动的加工射束周期性运动，所述周期性运动沿着优选二维的运动轨迹，所述二维运动轨迹在垂直于进给方向的横向方向上以及优选附加地在进给方向上延伸。
背景技术
在使用机加工射束、例如激光射束接合两个或更多个工件时，尤其在材料对热裂纹敏感的情况下或在焊缝几何形状对裂纹敏感的情况下，在搭接焊缝处和/或在角焊缝处在熔入焊接和穿透焊接时可能会出现热裂纹。为了避免热裂纹并从而改善焊接效果，已知给沿焊缝进行的进给运动叠加一个沿一维或二维运动轨迹的周期性振荡运动。
例如由EP 1 534 460 B2已知一种用金属件的搭接焊接的方法，其中，激光射束在沿着一对金属件之间的接触面的第一方向上运动，并且激光射束在不同于第一方向的第二方向上摆动。该激光射束是可以横向于第一方向摆动的圆形激光射束斑。该激光射束斑可以沿直线路段摆动。该激光射束斑也可以沿圆形路段或椭圆形路段摆动。
在DE 10 2014 206 302 A1中描述了一种焊接方法，在该方法中，能量源相对于基底表面在交叉的、尤其是完全弧形走向的运动轨迹上运动。弧形走向的运动轨迹可以实施为环，其中，上面的环相应于八字形运动轨迹的上部分，而下环相应于八字形运动轨迹的下部分。
从DE 10 2014 210 118 A1已知一种具有可运动的内壳体的光学装置以及一种相关的焊接方法，用于用振荡的射束进行焊接。通过该光学装置可以实现激光射束在表面上的振荡运动方式，其中可以产生三角形摆动运动或环形摆动运动。
DE 10 2013 219 220 A1描述了一种用于对工件在凹槽进行激光远程加工的方法以及一种相关的装置，其中，激光射束借助扫描装置被偏转到构件上并在构件上方被引导，其中，用照明辐射照亮激光射束的工作区域，并且，照明辐射以一定的放置角度对准构件，该放置角度根据构件的凹槽几何形状来调整。
DE 10 2013 110 523 A1描述了一种用于借助激光射束接合工件的装置和方法，其中，激光射束执行具有第一振荡频率的第一振荡运动和叠加在第一振荡运动上的、具有更大的第二振荡频率的第二振荡运动。
DE 10 2014 015 094 A1描述了一种用于至少两个配对件的激光射束焊接的方法，其中，加工激光射束按照应有焊缝走向走过光学探测到的引导棱边。给光学焊缝引导装置叠加上至少一个振荡镜的高频振荡镜振荡，该振荡镜振荡适配于构件几何形状条件和/或与工艺有关的条件。可以这样控制空间振荡镜振荡，使得激光射束入射点除了沿着应有焊缝走向的运动外附加地实施叠加的振荡式横向运动和/或叠加的振荡式摆动运动，尤其是振荡式圆周运动。
DE 10 2012 008 940 A1描述了一种用于接合至少两个工件的方法和装置，其中，给激光射束在进给方向上的运动叠加一个沿进给方向和垂直于进给方向都具有振荡运动分量的第二运动。
在JPH1071480A中描述了一种在搭接接头处进行的激光射束焊接方法，其中，在沿二维运动轨迹的激光射束光轴上进行扫描仪运动。在扫描仪运动以圆形或椭圆形图案进行的情况下应将激光射束光轴重叠的局部区域限制在预定范围内。
在M.Kraetzsch等人在Physics Procedia 12(2011)142-149中发表的文章“LaserBeam Welding with High-Frequency Beam Oscillation:Welding of DissimilarMaterials with Brilliant Fiber Lasers(具有高频射束振荡的激光射束焊接：异种材料用宝石纤维激光器进行的焊接)”中，描述了一种宝石激光射束源可以与高频束振荡组合使用，用于焊接以传统方式一直不能进行激光焊接的金属材料组合，例如Al-Cu材料组合。
在Peter Stritt的论文“Prozessstrategien zur Vermeidung von Heiβrissenbeim Remote-Laserstrahlschweiβen von AlMgSi 6016(通过AlMgSi 6016防止在远程激光射束焊接中产生热裂纹的工艺策略)”中描述了一些方法，这些方法应当在对铝进行激光焊接时使得能够在不使用添加材料的情况下避免边缘附近发生热裂纹。用于减低热裂纹趋势的一种可能性是，在使用调制的激光功率的情况下进行焊接。另一种可能性是，使用步进策略，其中，短的步进焊缝在时间上错开但在空间上重叠，使得易产生洼坑裂纹的末端区域被重新焊过。
发明内容
本发明的任务是，提供一种方法和设备，利用该方法和设备可以改善待接合的工件之间的附接。
根据一个方面，该任务通过开头所述类型的方法解决，其中，所述运动轨迹在横向方向上的两个反转点之间具有至少一个停止点，在该停止点处，所述周期性运动在横向方向上的速度分量为零。
发明人已经认识到，在工件由对热裂纹敏感的材料例如由铝制成的情况下和/或在焊缝几何形状对裂纹敏感的情况下，对于改善附接、特别是为了避免形成热裂纹有利的是，选择叠加给沿进给方向的运动的周期性运动的振荡几何形状，该振荡几何形状除了周期性运动的轨迹曲线在横向方向上的两个反转点外还具有至少一个停止点，在该停止点处，周期性运动在横向方向上的速度分量为零。
在横向方向上的两个反转点处，加工射束发生运动反转，横向方向上的速度分量的符号发生变化，即从正号到负号或者反之，使得横向方向上的速度分量在反转点上至少在无限小的时间区间上强制性地为零。由于横向方向上、即侧向上的两个反转点之间的附加停止点，特别是在高动态的扫描仪焊接过程中，可以使工件材料和加工射束之间的相互作用时间发生有针对性的积极变化。附加地，在停止点处，周期性运动在进给方向上的速度分量可以为零或减小到零。
沿着(可能二维的)运动轨迹的周期性运动通常由加工射束实施，为此，加工射束借助例如呈扫描装置形式的射束偏转装置偏转，该射束偏转装置为此例如具有两个可绕各自的旋转轴线旋转的扫描镜。射束偏转装置可以例如借助机器人等相对于静止的工件运动，以实现沿进给方向的相对运动。替代地，相对运动和叠加的周期性运动也可以在加工射束静态的情况下仅通过工件的(可能二维的)运动来实现。工件的一维运动和加工射束的(叠加的)一维运动(典型地垂直于工件的运动)也是可行的。
在最简单的情况下，周期性运动是具有线形式的一维运动轨迹的运动，该线仅在横向方向上、即垂直于进给方向走向。在这种情况下，周期性运动可以以常规的正弦振荡运动方式进行，该振荡运动附加地具有在横向方向上的停止点，在该停止点处，横向方向上的速度分量变为零。
优选，周期性运动是既沿着横向方向、即垂直于进给方向也沿着进给方向的运动，使得加工射束沿二维运动轨迹走向。在本申请的意义上，周期性运动被理解为，所叠加的运动的一维或二维运动轨迹是自身闭合的。该运动轨迹可以具有沿相反方向被两次走过的轨迹区段。必要时，该运动轨迹可以具有一个或多个交叉点，两个或更多个环从该交叉点出发。然而通常有利的是，二维运动轨迹例如在运动轨迹的几何中心没有交叉点，例如在运动轨迹呈8字形时是这种情况。
在一种有利的变型方案中，在所述至少一个停止点上进行在这种情况下二维的运动轨迹的不连续的方向变化。在本申请的意义上，不连续的方向变化意味着二维运动轨迹中的拐点，即，在停止点处发生沿着运动轨迹的周期性运动的速度矢量的方向的不连续改变。速度矢量的方向的不连续变化不强制要求横向及进给方向上的一个或两个速度分量的符号改变。例如，运动轨迹可以具有这样的轨迹区段：该轨迹区段以沿横向延伸的速度矢量、即该速度矢量在进给方向上没有速度分量地进入停止点，或者反之。
在另一变型中，周期性运动的停止点位于焊缝的焊缝中心。例如，当在铝制工件上进行角焊缝焊接时已经表明，通过在焊缝中心进入停止点可以在焊缝中心实现熔化体积的增加，这还对机械上有效的附接面产生积极影响。因此，在明显改善两个工件之间的连接的意义上，停止点位于焊缝中心对焊接结果具有积极影响。在该变型中，周期性运动的停止点典型地在横向方向上在两个反转点之间居中。
例如可以这样控制或编程加工射束和两个工件彼此之间的相对运动，使得加工射束沿进给方向运动，而不叠加沿焊缝的焊缝中心的周期性运动。在这种情况下，周期性运动的停止点典型地在横向方向的两个反转点之间居中(参见上文)。然而必要时也可以选择在停止点与两个反转点之间的中心之间的(通常微小的)横向错开。
在相对运动时进给方向可以在时间上保持恒定，从而形成线性焊缝，但也可能是，相对运动跟从弯曲的运动轨迹曲线，使得焊缝具有非线性走向。在这种情况下，进给方向描述焊缝的瞬时方向，即加工射束和两个工件之间的相对运动的瞬时方向(没有叠加周期性运动)。
在另一变型中，停止点形成沿二维运动轨迹的周期性运动的在进给方向上在前的反转点。尤其是，使用形成沿运动轨迹的周期性运动的在进给方向上在前的反转点的停止点已经证明是有利的，因为该停止点使得能够沿进给方向定向地影响焊接过程。必要时替代地或附加地也可以是，所述停止点或另一停止点形成周期性运动的在进给方向上在后的反转点。
在另一变型中，二维运动轨迹具有两个弧形的、特别是两个圆弧形的轨迹区段，它们在停止点处相接触，其中，这两个弧形轨迹区段在到达停止点时仅具有进给方向上的(符号不同的)速度分量。换句话说，二维运动轨迹的两个弧形轨迹区段以与进给方向相切的速度矢量进入停止点中。以这种方式实现了，周期性运动在横向方向上的速度分量在停止点处强制地为零。同时，加工射束在停止点处，更确切地说就在达到停止点之前或之后，在进给方向上具有不同与零的速度分量，这使得在进给方向上(典型地沿着焊缝中心)能够有针对性地影响焊接过程。已经表明，使用呈圆弧形式的弧形轨迹区段对于此目的是有利的，但弧形轨迹区段也可以具有例如椭圆形或其他类型的几何形状或弯曲。二维运动轨迹曲线可以仅由两个在停止点处接触的弧形轨迹区段组成。
在另一改进方案中，运动轨迹具有弧形的、优选半圆形的另一轨迹区段，该另一轨迹区段将两个弧形轨迹区段的背离停止点的两个端点连接。该另一(圆)弧形轨迹区段的两个端点形成运动轨迹在横向方向上的反转点并且通过弧形轨迹区段彼此连接。通过该另一(圆)弧形轨迹区段可以实现，该运动轨迹不具有两次(沿相反方向)走过的轨迹区段。借助于圆弧形轨迹区段可以以可能低的功率扫过焊缝，以便在熔体中产生分解效应，或者使焊缝均匀化。
在另一变型中，二维运动轨迹在横向方向上关于沿进给方向延伸的、优选包含停止点的中轴线对称或不对称地延伸。周期性运动的运动轨迹可以关于中轴线镜像对称地延伸，该中轴线在横向方向上形成两个反转点之间的中心并且停止点可以位于该中轴线上。但也可能的是，运动轨迹在横向上关于两个反转点之间的中轴线不对称。在二维运动轨迹关于中轴线不对称延伸的情况下，可以有针对性地控制将多少功率引入到两个部件中的哪一个内。运动轨迹在焊缝的一半中的比例越大或者说运动轨迹在该一半中离中轴线越远，则处于焊缝的另一半下面的构件受到处于该一半中的运动轨迹的比例的影响越不强烈。在中轴线上的或靠近中轴线的运动轨迹比例通过向构件中或者说熔体中的热传导而对两个构件的影响较强。因此，合适的对称或不对称几何形状的选择也与拼接类型有关。在运动轨迹关于中轴线不对称延伸的情况下，如果需要焊缝具有一定的宽度(摆动宽度)，则可以使横向于中轴线或者说横向于进给方向的熔体体积更有针对性地对准大的熔体体积。
在另一变型中，二维运动轨迹具有第一和第二停止点，其中，第一停止点形成沿着二维运动轨迹的周期性运动的在进给方向上的反转点，并且，第二停止点优选通过运动轨迹的直线轨迹区段与第一停止点连接。第一停止点优选是运动轨迹的在进给方向上在前的反转点。去往第二停止点的直线轨迹区段可以例如沿着进给方向、尤其沿着中轴线在二维运动轨迹的在横向方向上的两个反转点之间延伸。
在改进方案中，运动轨迹具有四分之三圆，该四分之三圆具有第二停止点作为圆心。在这种情况下，第一停止点典型地形成沿着二维运动轨迹的周期性运动的前反转点。已经表明，使用呈四分之三圆形式的运动轨迹有利于实现加工射束与待接合材料之间的相互作用时间的正向变化。在运动轨迹呈四分之三圆形式的情况下，典型地不仅在第一停止点、而且在第二停止点中都发生二维运动轨迹的不连续的方向变化。
在一个有利变型中，在沿运动轨迹周期性运动时改变加工射束的功率。已被证明有利的是，给沿运动轨迹的周期性运动叠加上对加工射束的(与地点相关的)功率控制，因为这样可以考虑根据材料特定的要求以影响热裂纹产生和/或微孔形成。在这里，加工射束的功率典型地从用于产生加工射束的射束源、例如激光射束源提供的最大可能的功率出发来减小或者说节制。最大可能的功率例如可以是大约500W至大约10kW数量级的功率。加工射束功率的控制可以与运动轨迹一样关于进给方向或关于中轴线对称或不对称。尤其是，关于中轴线对称的运动轨迹可以具有不对称的功率分布，或者反之。
在改进方案中，加工射束在停止点处具有最大功率。换句话说，在沿着二维运动轨迹的任何其他点处加工射束都不具有更大的功率。尤其是，在停止点处的(最大)功率可以与借助射束源可最大产生的功率一致。在停止点处、典型地在焊缝中心的区域中引入尽可能大的功率使得能够在焊缝中心有针对性地引入热量，这典型地对焊接结果产生积极影响。
在改进方案中，所述焊缝在两个待接合的工件之间形成角焊缝或搭接焊缝。与对接焊缝相比(在对接焊缝情况下两个待接合的工件基本上彼此平行地定向)，在角焊缝情况下力流强烈地转向。因此，有些情况下可能会出现大的缺口效应，这些效应主要在动态负载下对焊缝强度产生不利影响，通过这里说明的方法要避免这种情况。在搭接焊缝情况下，待焊接的两个工件通常平行定向并且在焊缝区域中相互搭接。在搭接焊缝情况下也会发生例如在焊接深度方面的焊接缺陷，这要借助更上面说明的方法来减少，尤其结合位置控制的、沿运动轨迹变化的预定功率。
本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品构造为当在数据处理设备上运行该计算机程序时执行上述方法的所有步骤。数据处理设备例如可以是用于接合至少两个工件的设备的控制装置，该控制装置以计算机等的方式实现。
本发明的另一方面涉及开头所述类型的设备，其中，控制装置构造为或编程为用于控制射束偏转装置，以产生优选二维的运动轨迹，该运动轨迹在横向方向上的两个反转点之间具有至少一个停止点，在该停止点处，该周期性运动在横向方向上的速度分量为零。在所述至少一个停止点处优选进行二维运动轨迹的不连续的方向变化。例如固定有加工头的机器人等用作用于使加工射束运动的运动装置。加工头可以借助运动装置相对于例如位置固定的工件运动，以便产生沿进给方向的相对运动(没有叠加周期性运动)。叠加的周期性运动可以借助射束偏转装置产生，该射束偏转装置例如可以构造为扫描装置，尤其构造为激光扫描装置。
在一个实施方式中，用于偏转加工射束的射束偏转装置具有至少两个扫描镜。已经证明有利的是，为了实施沿两个相互垂直的轴线或者说方向的快速振荡运动，使用两个可分开控制的扫描镜。两个扫描镜的旋转轴线尤其可以相互垂直地定向。加工头可以借助例如呈机器人形式的运动装置以这种方式旋转：使得两个扫描镜之一的旋转轴线始终平行于当前的进给方向，而第二扫描镜的旋转轴线在横向方向上、即垂直于进给方向定向。但旋转轴线这样定向以及使用两个扫描镜并不是强制性需要的。
本发明的其他优点从说明书和附图得知。前面提到的特征和还要进一步列出的特征也可以分别单独使用或多个特征任意组合地使用。所示出的和所说明的实施方式不应理解为穷举，而是具有用于阐述本发明的示例性特点。
附图说明
附图示出：
图1用于接合两个工件的设备的实施例的示意图，其中，激光加工头沿进给方向运动激光射束对准两个工件以便形成焊缝，
图2a，b激光射束的叠加在进给方向的运动上的周期性运动的位置曲线图和时间-速度曲线图的图示，该周期性运动沿垂直于进给方向的横向方向上的一维运动轨迹，
图3a，b激光射束在沿着二维圆形运动轨迹周期性运动时的位置曲线图和随时间变化的激光功率的图示，
图4a，b与图3a，b类似的运动轨迹图示，该运动轨迹具有两个停止点处相遇的圆弧形轨迹区段，在该停止点处，周期性运动在横向方向上的速度分量为零，
图5a，b与图4a，b类似的图示，其中，运动轨迹附加地具有连接两个圆弧形轨迹区段的半圆形轨迹区段，以及
图6a，b与图3a，b类似的图示，其中，运动轨迹形成具有两个停止点的四分之三圆。
在下面对附图的描述中，为相同的或功能相同的构件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了用于借助呈激光射束3形式的加工射束来接合两个工件2a，2b的设备1的示例性构造。为了产生激光射束3，设备1具有呈激光源4形式的射束源，例如呈固态激光器的形式，例如Nd：YAG激光器，二极管激光器，光纤激光器等。在所示的例子中，激光射束3借助光导纤维被导送给加工头5，该加工头将激光射束3对准到两个工件2a，b上。在所示的例子中，加工头5借助于运动装置6相对于两个待接合的工件2a，b运动，两个工件在所示的例子中位置固定地布置。运动装置6例如可以是安装有加工头5的焊接机器人或类似物。在图1所示的例子中，加工头5以及因此激光射束3沿着与XYZ坐标系的Y方向一致的进给方向Y运动。
在图1所示的例子中，在沿进给方向Y运动时，借助聚焦到两个工件2a，2b上的激光射束3形成呈所谓角焊缝形式的焊缝7。在这种角焊缝的情况下，然而也在搭接焊缝的情况下，已经表明，在激光射束3沿着(恒定)进给方向Y运动时会发生沿着焊缝7形成裂纹，尤其在两个工件2a，b由对热裂纹敏感的材料形成时或者在要将由特定工件材料组合构成的混合连接相互焊接时。为了尽可能避免形成热裂纹，给沿着进给方向Y的(在所示例子中线性的)运动叠加上激光射束3的周期性运动，如下面将更详细描述的那样。
在图1所示的例子中，加工头5具有呈扫描装置8形式的射束偏转装置，该射束偏转装置包括第一和第二扫描镜10a，10b。两个扫描镜10a，10b借助从属的旋转驱动器11a，11b可以绕两个旋转轴线旋转，在所示的例子中，两个旋转轴线与XYZ坐标系的X方向或者Y方向一致。在射束路径中在扫描装置8后跟随有物镜9，该物镜附加地进行激光射束3的聚焦，以便将被扫描装置8偏转的激光射束3在焊缝7的区域中聚焦。在形成呈图1所示的角焊缝形式的焊缝7时，激光射束3与图1所示不同地通常不是垂直地、而是与Z方向成一定角度地相对于两个工件2a，2b定向。例如象在开头引用的DE 10 2013 219 220 A1中所描述的那样，该文献通过引用而整体成为本申请的内容。
设备1还具有控制装置13，用于控制扫描装置8，更确切地说控制两个扫描镜10a，10b的旋转驱动器11a，11b，以及用于控制运动装置6。控制装置13也用于控制激光源4，尤其用于控制激光源4的(瞬时)激光功率PL。
控制装置13被构造或编程为用于这样操控旋转驱动器11a，11b：使得两个扫描镜10a，10b绕各自的旋转轴线X，Y旋转，以致通过加工头5的运动而给激光射束3沿进给方向Y的运动叠加上一个附加的周期性(振荡)运动。
在图2a中示出了沿着在垂直于进给方向Y的横向方向X上延伸的一维运动轨迹12走向的周期性运动的例子。如在图2a中可以看到的，激光射束3或者说运动轨迹12实施仅沿横向方向X的振荡运动。激光射束3的闭合的运动轨迹12由射束偏转装置8产生，其中，在图2a中没有考虑沿进给方向Y的运动。运动轨迹12从图2a中所示的第一点P1经由第二点P2回到位置与第一点P1一致的点P3，该第一点是在横向方向X上的周期性运动的第一反转点，第二点P2是在横向方向X上的周期性运动的第二反转点。
图2b示出了第二扫描镜10b的振荡速度v0，第二扫描镜引起在垂直于进给方向Y的横向方向X上的运动，其中，图2b中所示的三个时间点t1，t2，t3相应于图2a中所示的沿着运动轨迹12的三个点P1，P2，P3。从图2b中可以看出，在所示的例子中，振荡速度v0在最大振荡速度V0,MAX和最小振荡速度V0,MIN＝0之间波动，在各个反转点P1至P3处达到最大和最小振荡速度。
图3a，b示出了周期性运动的一个例子，在该运动中，激光射束3沿二维圆形运动轨迹12走向。在圆形运动轨迹12的情况下，(矢量)振荡速度v0的方向与地点相关地并且连续地改变，而图3b中所示的振荡速度v0的大小v0保持恒定。在图3b所示的例子中，激光源4的功率PL也保持恒定并且相应于最大可能的激光功率(即PL＝100％)。
发明人已经认识到，在沿着焊缝7的热裂纹形成方面，在图2a，b所示的线性的或者说在地点-时间曲线图中呈正弦形的运动轨迹12的情况下和在图3a，b所示的圆形运动轨迹12的情况下不能达到最佳效果。
相反，如果激光射束3的叠加的周期性运动沿着具有至少一个停止点H的闭合运动轨迹12进行，如同例如图4a所示的那样，则可以明显减少角焊缝7上的热裂纹形成。图4a中所示的运动轨迹12沿横向方向X关于包含停止点H的中轴线M对称地走向，该中轴线在所示的例子中与Y轴一致，沿着该轴发生进给。图4a所示的中轴线M相应于图1所示的焊缝7的焊缝中心N，即，运动轨迹12的在图4a中所示的向(正的和负的)X方向或者说向横向方向X上的偏转从焊缝7的焊缝中心N出发地进行。
在图4a中示出了五个点P1至P5，这些点分别形成沿二维运动轨迹12的周期性运动的一个反转点。从形成周期性运动的在横向方向X上的左反转点的第一点P1开始，运动轨迹12沿呈四分之一圆形式的第一圆弧14a朝向中轴线M的方向走向。第一圆弧14a在中轴线M上在相应于停止点H的第二点P2处终止。第二点P2或者说停止点H形成沿运动轨迹12的周期性运动的在进给方向Y上在前的反转点。从停止点H开始，运动轨迹12沿第二圆弧14b关于中轴线M对称地走向，直到第三点P3，该第二圆弧也形成一个四分之一圆，该第三点形成运动轨迹12的在横向方向X上的右反转点。第二圆弧14b的圆心M2也处于X轴上并且其X位置相应于沿运动轨迹12的第三点P3的X位置。两个圆形轨迹区段14a，14b的半径R可以处于约0.1mm至约2.5mm的数量级，特别是约0.5mm。
在图4a中所示的运动轨迹12的情况下，在停止点H处发生具有不连续的方向变化的运动反向，即运动轨迹12在停止点H处具有拐点。相应地，振荡速度v0、或更确切地说其在进给方向Y上的速度分量v0,Y具有不连续性：在激光射束3沿着第一圆弧形轨迹区段14a向停止点H上运动时运动轨迹12具有在进给方向上的、带有正号的速度分量V0,Y(+V0,Y)。在激光射束3从停止点H开始沿第二圆弧形轨迹区段14b进行轨迹运动时沿进给方向Y的速度分量具有负号(但相同大小)(-V0,Y)。在图4a所示的运动轨迹12的情况下，停止点H被第二次(从右向左)经过(点P4)，其中，Y方向上的速度分量V0,Y的符号相应地反转。从图4a中也可以看出，两个圆弧形轨迹区段14a，14b在达到停止点H时仅具有进给方向Y上的速度分量-V0,Y和+V0,Y，而在X方向上的速度分量v0,x消失，因为两个圆弧形轨迹区段14a，14b的切线、从而停止点H处的速度矢量v0指向Y方向。
图4b示出了在激光射束3沿图4a的运动轨迹12运动时激光功率PL(最大激光功率的百分比)的时间相关性。从图4b中可以看出，激光功率PL在停止点H处最大(为100％)，该激光功率例如处于约5kW的数量级，并且在右反转点P3处最小，而激光功率PL在左反转点P1或P5处降至最大值的80％。激光功率PL的功率分布因此关于中轴线M不对称，尽管运动轨迹12本身关于中轴线M对称地走向。关于中轴线M不对称的激光功率PL分布例如在焊接角焊缝时是有利的，因为在这种情况下必须在中轴线M的一侧比在另一侧熔化更多的工件材料。
图5a示出了二维运动轨迹12的地点曲线图，该二维运动轨迹与图4a所示的运动轨迹12的不同之处在于，圆弧形轨迹区段14a，14b的两个端点P1，P3通过半圆形轨迹区段15相互连接，该半圆形轨迹区段从端点P1，P3开始逆着进给方向Y、即在负Y方向上朝向运动轨迹12的沿进给方向Y在后的反转点P2延伸。半圆形轨迹区段15的半径R相应于运动轨迹12的两个圆弧形轨迹区段14a，14b的半径R并且在所示的例子中大约为R＝0.5mm。已经表明，在图5a所示的运动轨迹12的情况下，在特定材料组合情况下与图4a所示的运动轨迹12相比可以实现改善的焊接结果。图1示出激光射束3沿焊缝7的运动以及示出停止点H，该运动由沿着进给方向的运动(具有进给速度vw)和叠加的沿着图5a所示的运动轨迹12的周期性运动组成。
与图4b类似，图5b示出激光射束3在沿图5a的运动轨迹12运动时的与时间相关地变化的功率PL。从图5b可以看出，激光功率PL在停止点H处(相应地点P4或者说t4)最大(为100％)并且在沿进给方向Y在后的反转点P2处最小(为约70％)，而激光功率PL在左及右反转点P1及P3处为最大值PMAX的80％。在时间点t1，t3处达到横向方向X上的反转点P1，P3，在这两个时间点之间，功率PL以斜坡的方式线性地在时间点t2处减小或提高到功率PL的最小值，该时间点相应于沿进给方向Y在后的反转点P2。相应地，在相应于横向方向X上的两个反转点P3，P5的时间点t3和时间点t5之间，功率PL也以斜坡的方式增加或减小到最大功率PMAX。
图6a示出二维运动轨迹12，其不同于图4a和图5a中所示的运动轨迹12地不是关于相应于焊缝7的焊缝中心N的中轴线M对称地走向。图6a所示的二维运动轨迹12形成四分之三圆，即，它具有圆弧形轨迹区段16以及两个从圆心P4出发的直线轨迹区段17a，17b，这些直线轨迹区段从圆心P4出发沿X方向或者沿Y方向朝向圆弧性轨迹区段16的两个端点P1，P3延伸。
图6a中所示的轨迹曲线12沿着中轴线M具有第一停止点H1以及第二停止点H2。第一停止点H1如同在图4a和图5a中所示的运动轨迹12的情况下一样形成周期性运动的沿进给方向Y在前的反转点P5，其中，在第一停止点H1处发生二维运动轨迹12的不连续的方向变化。在经由沿进给方向Y延伸的线形轨迹区段17a与第一停止点H1连接的第二停止点H2处，以90°方向变化的形式也发生运动轨迹12的不连续的方向变化。沿着运动轨迹12的在进给方向Y上延伸的整个轨迹区段17a并且因此也在两个停止点H1，H2处，周期性运动的在横向方向X上的速度分量v0,x等于零。相应地，在直线轨迹区段17b在横向方向X上延伸的情况下，运动轨迹12在进给方向Y上的速度分量V0,Y等于零。已经表明，图6a中所示的运动轨迹12在待接合的工件2a，2b具有特定材料组合的情况下也是有利的，例如在热裂纹危险的铝合金中进行角焊缝焊接时。
图6b示出激光射束3的与时间相关的功率PL，其中，时间点t1至t6相应于沿着图6a中所示的运动轨迹12的点P1至P6。从图6b中也可以看出，功率PL在两个停止点H1，H2处以及沿着两个停止点H1，H2之间的线性轨迹区段17a具有最大值PMAX。功率PL在运动轨迹12的沿进给方向Y在后的反转点P2处下降到最小值20％，并且在横向方向X上的两个反转点P1，P3处具有值30％，其中，功率PL在两个点(即P1和P2或P2和P3)之间分别线性增加或线性减小。图6b中所示的功率PL分布也已证明有利于影响焊接过程。
总之，以更上面所说明的方式可以实现对熔化体积的有针对性的影响，尤其在焊接角焊缝时，但在焊接搭接焊缝时或在焊接其他几何形状的焊缝时也是如此。尤其可以改善形成接合伙伴的工件2a，2b之间的附接。工件2a，2b的材料例如可以是铝或铝合金，如同例如用于车身构件的材料。
当然，上述方法不仅可以有利地用在图1所示的角焊缝7中，而且可以有利地用在其他焊缝中，例如用在搭接焊缝中，例如在要沿着焊缝在这样的区域中进行焊接时：在该区域中图1所示的两个工件2a，2b相互搭接。在此说明的方法尤其也可以用于改善由不同材料制成的两个工件2a，2b的附接，这些材料否则通常不能容易地通过激光焊接方法来连接，例如铜和铝。代替激光射束形式的加工射束，必要时也可以使用其他类型的高能射束，例如等离子射束，以执行所述焊接过程。

Claims (15)

1.用于接合至少两个工件(2a，2b)的方法，包括：
通过加工射束、特别是激光射束(3)和所述至少两个工件(2a，2b)相对彼此沿进给方向(Y)运动构成焊缝(7)，
其中，给加工射束和两个工件(2a，2b)相对彼此的运动叠加一个沿优选二维的运动轨迹(12)的周期性运动，所述运动轨迹在垂直于所述进给方向(Y)的横向方向(X)上以及优选附加地在进给方向(Y)上延伸，
其特征在于，所述运动轨迹(12)在横向方向(X)上的两个反转点(P3，P5；P1，P3)之间具有至少一个停止点(H，H1，H2)，在该停止点处，所述周期性运动在横向方向(X)上的速度分量(v0,X)为零。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述停止点(H，H1，H2)处进行所述二维运动轨迹(12)的不连续的方向变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述周期性运动的停止点(H，H1，H2)沿着所述焊缝(7)的焊缝中心(N)定位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述停止点(H，H1)形成沿着二维运动轨迹(12)的所述周期性运动的在进给方向(Y)上在前的反转点(P2，P4，P5)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述二维运动轨迹(12)具有两个弧形的、尤其是两个圆弧形的轨迹区段(14a，14b)，所述轨迹区段在所述停止点(H，H1)处相接触，其中，所述两个弧形的轨迹区段(14a，14b)在到达所述停止点(H，H1)时仅具有沿进给方向(Y)的速度分量(-V0,Y，+V0,Y)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述运动轨迹(12)具有弧形的、优选半圆形的另一轨迹区段(15)，所述另一轨迹区段将两个弧形轨迹区段(14a，14b)的两个背离所述停止点(H)的端点(P3，P5)彼此连接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述二维运动轨迹(12)在横向方向(X)上关于沿进给方向(Y)延伸的、优选包含所述停止点(H；H1，H2)的中轴线(M)对称或不对称地延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述二维运动轨迹(12)具有第一和第二停止点(H1，H2)，其中，所述第一停止点(H1)是沿着二维运动轨迹(12)的所述周期性运动的在进给方向(Y)上的反转点(P2，P4；P5)，并且，所述第二停止点(H2)优选通过直线轨迹区段(17a)与所述第一停止点(H1)连接。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述运动轨迹(12)形成以所述第二停止点(H2)为圆心(P4)的四分之三圆。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述加工射束在沿着所述运动轨迹(12)周期性运动时的功率(PL)发生改变。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述加工射束在所述停止点(H，H1，H2)中具有最大功率(PMAX)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述焊缝在两个待接合的工件(2a，2b)之间形成角焊缝(7)或搭接焊缝。
13.计算机程序产品，其构造为当在数据处理设备上运行所述计算机程序时执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的所有步骤。
14.用于接合至少两个工件(2a，2b)的设备(1)，包括：
用于使加工射束、尤其是激光射束(3)对准到两个工件(2a，2b)上的加工头(5)，
用于使加工射束(3)和所述至少两个工件(2a，2b)在构成焊缝(7)的情况下沿进给方向(Y)相对彼此运动的运动装置(6)，
用于使加工射束偏转的射束偏转装置(8)以及
控制装置(13)，用于操控射束偏转装置(8)和/或运动装置(6)，以产生叠加给加工射束和两个工件(2a，2b)之间沿着进给方向(Y)的相对运动的加工射束周期性运动，所述周期性运动沿着优选二维的运动轨迹(12)，所述二维运动轨迹在垂直于进给方向(Y)的横向方向(X)上以及优选在进给方向(Y)上延伸，
其特征在于，所述控制装置(13)构造为用于控制所述射束偏转装置(8)以产生优选二维的运动轨迹(12)，所述运动轨迹横向方向(X)上的两个反转点(P3，P5；P1，P3)之间具有至少一个停止点(H，H1)，在所述停止点处，所述周期性运动在横向方向(X)上的速度分量(v0,X)为零，其中，在所述至少一个停止点(H，H1，H2)处优选进行所述二维运动轨迹(12)的不连续的方向变化。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，用于使所述加工射束(3)偏转的所述射束偏转装置(8)具有至少两个扫描镜(10a，10b)。
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