DE102004008108B4

DE102004008108B4 - Überlappstoß zum Schweißen von beschichteten Werkstücken

Info

Publication number: DE102004008108B4
Application number: DE102004008108A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Körner; Eike Gerhard Dr.-Ing. Gücker
Original assignee: Linde and Wiemann SE and Co KG
Current assignee: Linde and Wiemann SE and Co KG
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: DE102004008108A1

Abstract

Überlappstoß zum Schweißen von beschichteten Werkstücken (1, 2), insbesondere verzinkten Blechen, mittels Laserstrahlung (9), wobei wenigstens ein Werkstück (1) eine einen Abstand (s₀) zwischen den Werkstückflächen (5, 6) schaffende Oberflächenstruktur (4) aufweist und die Schweißung im Fügebereich (3) der aneinanderliegenden Werkstückflächen (5, 6) erfolgt, an den wenigstens ein durch die abstandsschaffende Oberflächenstruktur (4) des wenigstens einen Werkstückes (1) gebildeter Kanal (7, 8) zum Entweichen des Beschichtungsdampfes angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s₀) zwischen den Werkstückoberflächen (5, 6) angrenzend an den Fügebereich (3) so gewählt ist, dass die Werkstückflächen (5, 6) nach dem Schweißen im wesentlichen ganzflächig aneinander liegen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überlappstoß zum Schweißen von beschichteten Werkstücken, insbesondere verzinkten Blechen, mittels Laserstrahlung, wobei wenigstens ein Werkstück eine einen Abstand zwischen den Werkstückflächen schaffende Oberflächenstruktur aufweist und die Schweißung im Fügebereich der aneinanderliegenden Werkstückflächen erfolgt, an den wenigstens ein durch die abstandsschaffende Oberflächenstruktur des wenigstens einen Werkstückes gebildeter Kanal zum Entweichen des Beschichtungsdampfes angrenzt.
Korrosionsgefährdete Bauteile aus Stahlblech werden im Automobilbau zunehmend mit einer einseitigen oder mit einer beidseitigen Beschichtung aus Zink versehen, wobei zum Verschweißen dieser Blechbauteile häufig das Laserstrahlschweißen zur Anwendung kommt. Zur Vermeidung von Schweißfehlern ist es dabei erforderlich, dass der beim Schweißen entstehende Zinkdampf aus dem Schweißbereich entweichen kann.

Aus der DE 39 09 471 A1 ist bereits eine mittels Laserstrahlung erzeugte Überlapp- oder Stegschweißnaht an beschichteten Blechen bekannt. Dabei wird von zwei flach aneinanderliegenden Blechen mindestens eines mit einer Rändelung versehen, so dass entstehender Beschichtungsdampf seitlich aus dem Bereich der Schweißnaht entweichen kann.

Ein Verfahren zum Vorbereiten derartiger Fügebereiche beschichteter Werkstücke zum Schweißen mit Laserstrahlung, bei dem im Bereich der Schweißnaht rändelungsartig angeordnete, Abstand zwischen benachbarten Werkstückflächen schaffende Oberflächenstrukturen der Werkstücke vorgesehen sind, ist ebenfalls aus der EP 0 748 268 B1 bekannt.
Diesem gesamten Stand der Technik ist gemeinsam, dass das Verschweißen der Blechteile stets im Bereich der durch die Rändelungen beziehungsweise Abstand schaffende Oberflächenstrukturen der Werkstücke erzeugten Hohlräume erfolgt. In manchen Anwendungsfällen kann dies jedoch zu ungünstigen Strömungsverhältnissen für den Beschichtungsdampf führen. Auch lässt es die Bauteilgeometrie unter Umständen nicht zu, dass im Bereich der Hohlräume geschweißt wird.
Weiterhin sind aus der DE 38 12 448 zwei durch Laserschweißen miteinander zu verbindende beschichtete Bleche bekannt, welche im Verbindungsbereich entlang der Schweißnaht mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufeinanderstoßen und beidseitig der Schweißnaht voneinander beabstandet sind. Durch diese Beabstandung sind Hohlräume zum Entweichen des beim Schweißen entstehenden Beschichtungsdampfes gebildet.
Aus der JP 07 155 974 A ist ein Überlappstoß mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. Dabei soll eine verbesserte Entgasung der Beschichtungsdämpfe erreicht werden, indem die Schweißung direkt im Fügebereich der aneinanderliegenden, Werkstückflächen erfolgt, so dass die entstehenden Beschichtungsdämpfe über den an den Fügebereich angrenzenden, durch die abstandsschaffende Oberflächenstruktur der Werkstücke gebildeten Hohlraum entweichen können. Jedoch kommt es durch den Einsatz der Laserschweißung aufgrund des Schmelzens des Materials zu einer Setzbewegung im Fügebereich, welche eine nur schwer abzuschätzende Lageänderung der aneinanderliegenden Werkstücksflächen bewirkt.
Ein derartiger Überlappstoß ist auch aus der EP 1 184 126 A2 , insbesondere 13, bekannt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Überlappstoß mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 so zu verbessern, dass unter Beibehaltung einer optimalen Entgasung der Beschichtungsdämpfe die zu verschweißenden Werkstückflächen durch das Schweißen in eine definierte Lage zueinander gebracht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Werkstückoberflächen angrenzend an den Fügebereich so gewählt ist, dass die Werkstückflächen nach dem Laserschweißen im wesentlichen ganzflächig aneinander liegen.

Durch den Einsatz der Laserschweißung kommt es aufgrund des Schmelzens des Materials zu einer Setzbewegung, wobei der aufgrund der Vertiefung in dem einen Werkstück zuvor vorhandene Spalt vermindert wird. Im Hinblick auf ein möglichst geringes Spaltmaß, ist bei dieser Setzbewegung auch die Intensität der Laserstrahlung, die Breite der Naht und die zu verwirklichende Abstandsfläche und dergleichen Parameter zu berücksichtigen.

Nach der Erfindung erfolgt das Schweißen im Fügebereich der Werkstücke, d. h. im Bereich der aneinanderliegenden Werkstückoberflächen. Es wird also das Blechteil mit seiner Vertiefung auf das andere Blechteil aufgesetzt, so dass auf wenigstens einer Seite der Vertiefung ein nach außen freier Kanal gebildet wird. Die Schweißung erfolgt also im Bereich der Vertiefung, so dass die entstehenden Beschichtungsdämpfe im Bereich der Auflage in strömungstechnisch günstiger Weise unmittelbar abströmen können.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass beidseitig an den für die Schweißung vorgesehenen Bereich der aneinanderliegenden Werkstückflächen ein Kanal zum Entweichen des Beschichtungsdampfes angrenzt.

Die Herstellung der den Abstand zwischen den Werkstückflächen schaffenden Oberflächenstruktur des wenigstens einen Werkstückes kann durch Umformen, insbesondere durch Walzverfahren hergestellt werden.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt zweier Werkstücke im Bereich einer Fügestelle und
2 den Querschnitt der beiden Werktücke gemäß 1 nach erfolgter Schweißung.
In 1 sind jeweils schematisch zwei Werkstücke 1, 2 dargestellt, welche mit ihrer Beschichtung in nicht dargestellter Weise aufeinanderliegen. Zum Vorbereiten des Fügebereiches 3 ist in eines der Werkstücke 1 eine Oberflächenstruktur 4 eingearbeitet, die bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel als endlos eingewalzte Sicke ausgebildet ist. Wesentlich ist, dass die Werkstücke 1, 2 im Fügebereich 3 abstandslos dicht aneinander liegen und beidseitig des Fügebereiches 3 durch die Oberflächenstruktur 4 des einen Werkstückes 1 einen Abstand s₀ zwischen den Werkstücken 5, 6 voneinander aufweisen. Hierdurch ist beidseitig des Fügebereiches 3 genügend Raum zwischen den Werkstücken 1, 2 geschaffen, damit beim Verschweißen mittels des Laserstrahls 9 der verdampfte Beschichtungswerkstoff durch die so gebildeten Kanäle seitlich entweichen kann.
Bei dem Laserstrahlen kommt es aufgrund des Schmelzens des Werkstückmaterials zu einer Setzbewegung, wobei sich der durch die Sicke 9 erzeugte Spalt bis auf einen Wert s₁ mit s₁ < s₀ reduziert.
Bei Einstellung der Schweißparameter und Auswahl der geometrischen Parameter, etwa hinsichtlich der Nahtbreite und der zu verwirklichenden Auflagefläche, lässt sich insgesamt eine nahezu flächige Auflage zwischen den beiden zu verbindenden Blechteile 1, 2 erreichen.

1: Werkstück
2: Werkstück
3: Fügebereich
4: Oberflächenstruktur, Sicke
5: Werkstückfläche
6: Werkstückfläche
7: Kanal
8: Kanal
9: Laserstrahl

Claims

Überlappstoß zum Schweißen von beschichteten Werkstücken (1, 2), insbesondere verzinkten Blechen, mittels Laserstrahlung (9), wobei wenigstens ein Werkstück (1) eine einen Abstand (s₀) zwischen den Werkstückflächen (5, 6) schaffende Oberflächenstruktur (4) aufweist und die Schweißung im Fügebereich (3) der aneinanderliegenden Werkstückflächen (5, 6) erfolgt, an den wenigstens ein durch die abstandsschaffende Oberflächenstruktur (4) des wenigstens einen Werkstückes (1) gebildeter Kanal (7, 8) zum Entweichen des Beschichtungsdampfes angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (s₀) zwischen den Werkstückoberflächen (5, 6) angrenzend an den Fügebereich (3) so gewählt ist, dass die Werkstückflächen (5, 6) nach dem Schweißen im wesentlichen ganzflächig aneinander liegen.
Überlappstoß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig an den für die Schweißnaht vorgesehenen Fügebereich (3) der aneinanderliegenden Werkstückflächen (5, 6) ein Kanal (7, 8) zum Entweichen des Beschichtungsdampfes angrenzt.
Überlappstoß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abstand s₀ zwischen den Werkstückflächen (5, 6) schaffenden Oberflächenstruktur (4) des einen Werkstückes (1) durch Umformen, insbesondere durch Walzverfahren, hergestellt ist.