DE102005004787B4

DE102005004787B4 - Verwendung eines Bleches und Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinerten Endkrater

Info

Publication number: DE102005004787B4
Application number: DE102005004787A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Becker; Jens Dipl.-Ing. Bühler; Tilman Dipl.-Ing. Froschmeier; Klaus Dipl.-Ing. Goth; Markus Dipl.-Ing. Knöller; Claus-Dieter Dipl.-Ing. Reiniger; Daniel Dipl.-Ing.(FH) Zauner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: US20060222457A1; DE102005004787A1; US7290957B2

Abstract

Verwendung eines Bleches mit einer lokalen, aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater, wobei das Nahtende an der Stelle der Topographieänderung angeordnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Bleches und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2. Solche Schweißnähte und Verfahren sind bereits aus der DE 19630521 A1 , der DE 19627913 A1 , der DE 10162452 A1 , der JP 2003-290951 A sowie der JP 2003-145285 A bekannt.
Beim Laserstrahlschweißen bildet sich am Ende der Schweißnaht ein sogenannter Endkrater. Der Endkrater entsteht infolge der Volumenschrumpfung der erstarrenden Schmelze nachdem der Laserstrahl am Nahtende ausgeschaltet oder umpositioniert wurde. Der Endkrater wirkt als geometrische Kerbe und verschlechtert die mechanischen Eigenschaften insbesondere der Betriebsfestigkeit der Schweißnaht, so dass es zu Löchern oder Rissen im Bereich des Endkraters kommen kann.
Zur Verringerung der Endkraterbildung wird gemäß der DE 19630521 A1 die Laserleistung am Nahtende reduziert (sog. "Leistungsrampe") oder die Schweißgeschwindigkeit erhöht (sog. "Geschwindigkeitsrampe").
Ähnliche Methoden mittels Senkung der Laserleistung oder Defokussierung des Laserstrahls werden in der DE 10229744 A1 , JP 55114490 A und JP 60216987 A offenbart.
Dieses Vorgehen reduziert das Problem geringfügig, ist aber häufig nicht ausreichend.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Verwendung eines Bleches und ein Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater anzugeben.
Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Verwendung eines Bleches und das zu schaffende Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 2 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Verwendung eines Bleches erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Blech mit einer lokalen, aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater verwendet wird und dass das Nahtende an der Stelle der Topographieänderung angeordnet wird.
Das überschüssige Material der lokalen, aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung wird vom Schweißlaserstrahl ebenfalls aufgeschmolzen und füllt den sich am Nahtende infolge der Volumenschrumpfung der erstarrenden Schmelze ausbildenden Endkrater auf und verkleinert diesen dadurch wesentlich bzw. beseitigt ihn im Idealfall vollständig.
Eine solche aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung kann beispielsweise gemäß der DE 10241593 A1 erzeugt werden, indem der Laserstrahl um das Zentrum seiner Bearbeitungsfläche eine enger werdende Spirale beschreibt. Eine solche Topographieänderung kann unabhängig von der Laserschweißnaht erzeugt werden oder auch während deren Erzeugung.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung ist das Prägen oder Bördeln von zu schweißenden Blechen.
Am Beginn einer Laserschweißnaht bildet sich ebenfalls eine aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung aus.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Nahtende an einer Stelle angeordnet wird, welche einen Materialüberschuss aufweist, der vom Laserstrahl aufgeschmolzen wird und den Endkrater zumindest teilweise auffüllt.
Bei der Erzeugung der Schweißnaht wird das überschüssige Material vom Schweißlaserstrahl ebenfalls aufgeschmolzen und füllt den sich am Nahtende infolge der Volumenschrumpfung der erstarrenden Schmelze ausbildenden Endkrater auf und verkleinert diesen dadurch wesentlich bzw. beseitigt ihn im Idealfall vollständig.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Materialüberschuss als lokale, aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung ausgebildet.
Eine solche aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung kann wie vorstehend beschrieben erzeugt werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, die vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater mit den bekannten Verfahren mit Reduzierung der Laserleistung, Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit und/oder Defokussierung zu kombinieren.
Bei Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren ergeben sich geeignete Erstarrungszonen am Schweißnahtende beim Schweißen der im Automobilbau üblicherweise verwendeten Stahlbleche.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch ebenso zum Schweissen anderer Metalle oder auch von Kunststoffen geeignet.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße Verwendung und das erfindungsgemäße Verfahren erläutert:
In einem Ausführungsbeispiel werden in ein Stahl-Blech an voraus berechneten Positionen, an denen später Schweißnahtenden liegen sollen, aus der Oberfläche herausragende Topographieänderungen eingebracht. Dazu wird das Blech ausgerichtet, eine Scanner-Einrichtung wird gleichmäßig darüber verfahren und lenkt einen Laserstrahl über die Bearbeitungsfläche. Die Scanner-Einrichtung besteht aus einem drei-dimensional schwenkbaren computer-gesteuerten Spiegelsystem. Die Scannereinrichtung weist circa 300 mm Abstand zur Oberfläche des Bleches auf, der Laserfokus befindet sich auf der zu schweißenden Oberfläche. Zur Erzeugung einer aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung wird der Laserstrahl so geführt, dass er um das Zentrum seiner Bearbeitungsfläche eine enger werdende Spirale mit Maximaldurchmesser von 3 mm beschreibt. Die Laserleistung beträgt 1700 Watt, die Schweißgeschwindigkeit 15 m/s.
Nach Erzeugung der aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderungen wird der Laserstrahl erneut über die Oberfläche geführt, um nun die Schweißnähte derart zu ziehen, dass deren Enden auf den Topographieänderungen liegen. Die Laserleistung beträgt 1700 Watt, die Schweißgeschwindigkeit 15 m/s. Beim Schweißen über die Topographieänderungen wird das aus der Oberfläche herausragende, überschüssige Material vom Schweißlaserstrahl ebenfalls aufgeschmolzen und füllt den sich am Nahtende infolge der Volumenschrumpfung der erstarrenden Schmelze ausbildenden Endkrater auf und verkleinert diesen dadurch wesentlich.
Die erfindungsgemäße Verwendung und das erfindungsgemäße Verfahren erweisen sich in den Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Beispiels als besonders geeignet für das Laserschweißen von Stahl-Blechen in der Automobilindustrie.
Insbesondere kann so eine deutliche Verringerung der Endkrater erreicht werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht deutlich verbessert werden. Durch den Einsatz eines Laserscanners können zusätzlich erhebliche Vorteile bezüglich der Bearbeitungszeit und Genauigkeit erzielt werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.
Der Art der Materialüberschüsse, insbesondere die Art der Einbringung von Topographieänderungen, sind nicht zwingend durch die genannten Grenzen und Ausführungsbeispiele vorgegeben, sondern können bei Bedarf unter Zuhilfenahme des fachmännischen Könnens, beispielsweise an das zu schweissende Material angepaßt werden.

Claims

Verwendung eines Bleches mit einer lokalen, aus der Oberfläche herausragenden Topographieänderung zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater, wobei das Nahtende an der Stelle der Topographieänderung angeordnet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater, dadurch gekennzeichnet, dass das Nahtende an einer Stelle angeordnet wird, welche einen Materialüberschuss aufweist, der vom Laserstrahl aufgeschmolzen wird und den Endkrater zumindest teilweise auffüllt.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Materialüberschuss als eine lokale, aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung ausgebildet wird.