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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zuführen von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Schweißens,
insbesondere während des
Laserschweißens,
mit mindestens einer Gasdüse
mit einem Gasführungskanal
und mindestens einer Kühlmitteldüse mit einem
Kühlmittelführungskanal,
wobei der Gasführungskanal
der Gasdüse
so angeordnet ist, dass das Gas stechend der Prozesszone zugeführt wird
und die Kühlmitteldüse so angeordnet
ist, dass diese in Wärmekontakt
mit der Gasdüse steht
und eine Kühlung
der Gasdüse
erfolgt. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserschweißen von
Bauteilen, insbesondere Blechen oder Bändern.
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Beim
Schweißen
oder Laserschweißen
von Blechen, welche beispielsweise für den Karosseriebau verwendet
werden, kommt der Schweißnahtqualität eine besonders
hohe Bedeutung zu. Diese wird einerseits bestimmt durch den Wärmeeintrag
und andererseits durch eine gute Kühlung der Schweißnaht, um
Wärmedehnungseffekte
der Bleche zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind aus dem Stand der
Technik Gas- und Kühlmitteldüsen bekannt,
welche der Prozesszone zur Steigerung des Wärmeeintrags einerseits ein
Inertgas, vorzugsweise Helium, zuführen und andererseits die Schweißnaht durch
ein Kühlmittel,
zumeist ein Gas-Wasser-Gemisch,
schleppend zur Schweißrichtung
abkühlen.
Die Gaszuführung
erfolgt zumeist stechend, d. h. in Schweißrichtung bzw. entgegengesetzt
zur Transportrichtung der zu verschweißenden Bleche.
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Beispielsweise
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 37 924 A1 eine Düse zur Zuführung von
Prozessgas und Kühlmittel
zur Prozesszone beim Laserschweißen bekannt, deren Gasdüse einen
Gasführungskanal
und deren Kühlmitteldüse einen
Kühlmittelführungskanal
aufweist, wobei das Gas stechend der Prozesszone zugeführt wird
und hinter der Prozesszone die Schweißnaht durch die Zuführung von
Kühlmitteln
gekühlt
wird. Die mit der bekannten Vorrichtung erreichten Schweißgeschwindigkeiten
entsprechen jedoch nicht mehr den heutigen Wirtschaftlichkeitserfordernissen,
insbesondere dann nicht, wenn prozesstechnisch schwierigere Stahllegierungen,
wie beispielsweise Stahllegierungen vom Typ 22MnB5 verschweißt werden
sollen. Darüber
hinaus wären
die bisher bekannten Vorrichtungen auf die Verwendung von Helium
als Inertgas beschränkt.
Helium ist allerdings ein sehr teueres Inertgas, dessen Einsatz
nach Möglichkeit
minimiert werden sollte.
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Gleiches
gilt für
die aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 08 047 A1 bekannte
Vorrichtung zum Zuführen
von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Laserschweißens,
welche zur Kühlung
der Schweißnaht
eine geschlitzte Düse zum
Aufbringen eines Gas-Wasser-Gemisches auf die Schweißnaht aufweist.
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Eine
Vorrichtung zum Zuführen
von aktivem Prozessgas und Kühlmittel
in eine Prozesszone während
des Schweißens
ist ferner aus den japanischen Patentanmeldungen
JP 02290361 A und
JP 10277766 A bekannt.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine gattungsgemäße Vorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, welche bei hoher Prozesssicherheit ein Schweißen bzw.
ein Laserschweißen
von kritischen Werkstoffen mit hoher Geschwindigkeit zulässt. Darüber hinaus
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Laserschweißverfahren
vorzuschlagen.
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Gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe für
eine gattungsgemäße Vorrichtung
zum Zuführen
von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Schweißens,
insbesondere während
des Laserschweißens
dadurch gelöst,
dass die Kühlmitteldüse eine
mit dem Kühlmittelführungskanal
verbundene Kühlmittelaustrittsbohrung
aufweist, wobei die Kühlmittelaustrittsbohrung
in Kühlmittelaustrittsrichtung entgegengesetzt
zur Schweißrichtung
verläuft
und in einer äußeren Nut
der Kühlmitteldüse endet.
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Es
hat sich überraschenderweise
gezeigt, dass das Kühlmittel
an der Kühlmittelaustrittsöffnung aufgrund
der vorhandenen Nut einen parallel zur Schweißnaht verlaufenden Kühlmittelvorhang
bildet, welcher bei verringertem Einsatz an Kühlmittel eine hervorragende
Kühlung
der Schweißnaht
erzielt, wobei sehr gute Schrumpfspannungen am Schweißstoß erreicht
werden. Da die Kühlmittelzuführung, vorzugsweise
wird als Kühlmittel
Wasser verwendet, schleppend zur Schweißrichtung erfolgt, wird das Wasser
nicht in die Prozesszone eingebracht. Damit wird die Prozesssicherheit
des Schweißens
bzw. des Laserschweißens
deutlich erhöht.
Die Ursache für das
gute Kühlverhalten
bei gleichzeitig geringer Durchflussmenge an Kühlmittel wird darin gesehen, dass
sich bereits bei geringen Kühlmitteldurchflussmengen
aufgrund der Nut an der Kühlmitteldüse ein relativ
großer
Kühlmittelvorhang
ausbildet. Dieser ändert
seine Größe abhängig von
der Kühlmitteldurchflussmenge.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Kühlverhalten
der Kühlmitteldüse dadurch
weiterverbessert, dass die Nut an der Kühlmitteldüse unmittelbar gegenüberliegend
der Schweißnaht
angeordnet ist und von der Kühlmittelaustrittsöffnung aus
entgegengesetzt zur Schweißrichtung
verläuft.
Einerseits benetzt der sich ausbildende Kühlmittelvorhang in diesem Fall
automatisch die Schweißnaht,
andererseits vergrößert sich
hierdurch der Kühlmittelvorhang
bei steigender Kühlmitteldurchflussmenge
entgegengesetzt zur Schweißrichtung.
Die Kühlung
kann bei geringem Einsatz an Kühlmittel
einfach an die Schweißgeschwindigkeit
angepasst werden.
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Ein
Entlanglaufen des Kühlmittelvorhangs unterhalb
der Kühlmitteldüse und damit
dessen Vergrößerung ohne
ein Abreißen
des Kühlmittelvorhangs
von der Kühlmitteldüse wird
dadurch erleichtert, dass die Nut an dem der Kühlmittelaustrittsöffnung gegenüberliegenden
Ende eine Fase aufweist.
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Verläuft der
Kühlmittelführungskanal
der Kühlmitteldüse zumindest
teilweise parallel zum Gasführungskanal
der Gasdüse,
kann diese besonders effektiv gekühlt werden, wodurch die Dichte
der der Prozesszone zugeführten
Gase konstant gehalten werden kann. Dies verbessert die Prozesssicherheit
des Schweißens
bzw. Laserschweißens
zusätzlich.
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Weiter
verbessert wird die Ausbildung des Kühlmittelvorhangs dadurch, dass
der Winkel zwischen dem Kühlmittelführungskanal
und der Kühlmittelaustrittsbohrung
20° bis
50°, vorzugsweise
30° bis 40° beträgt.
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Darüber hinaus
ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung
den Einsatz von Mischgasen als Prozessgasen dadurch, dass der Winkel
zwischen der Gas- und/oder Kühlmitteldüse zum zu
verschweißenden
Blech bzw. Bauteil 10° bis
40°, vorzugsweise 20° bis 30° beträgt. Der
gegenüber
der Verwendung von Helium spitzerer Winkel ist auf die vergrößerte Dichte
der Mischgase, beispielsweise bestehend aus Argon, Helium und Kohlendioxid
oder Sauerstoff, zurückzuführen.
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Vorzugsweise
sind die Gasdüse
und/oder die Kühlmitteldüse aus einem
Düsenkörper und
einem an diesem lösbar
befestigten Düsenendstück aufgebaut,
welche vorzugsweise miteinander verstiftet sind. Der Düsenendkörper in
seiner Geometrie und sein Abstand zur Prozesszone des Schweißens hat
einen wesentlichen Einfluss auf die Plasmaabschirmung im Schweißprozess
und damit auf die Einkopplung beispielsweise der Laserleistung in
das Material. Insofern kann durch den lösbaren Düsenendkörper eine auf das Material,
die Laserleistung und das eingesetzte Prozess- bzw. Inertgas abgestimmter Düsenendkörper verwendet
werden. Beispielsweise kann so auch einer veränderten Prozessgasmischung
Rechnung getragen werden. Durch das optionale Verstiften des Düsenendkörpers mit
dem Düsenkörper wird
eine besonders genaue Positionierung des Düsenendkörpers auch nach einem Wechsel
des Düsenendkörpers erzielt.
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Liegt
die Kühlmitteldüse zumindest
im Bereich des Düsenendstücks unmittelbar
an der Gasdüse
an, kann eine besonders effektive Kühlung der Gasdüse durch
das Kühlmittel
erreicht werden. Wie bereits ausgeführt, stabilisiert dies den
Schweißprozess
weiter.
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Zur
Verbesserung der Wärmeleitung
zwischen Gasdüse
und Kühlmitteldüse bestehen
die Gasdüse
und/oder die Kühlmitteldüse aus einem hoch
wärmeleitfähigen Metall,
insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung. Kupfer hat dabei
den Vorteil, dass es zudem noch leicht mechanisch bearbeitbar ist.
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Eine
optimale Kühlung
der Gasdüse
durch die Kühlmitteldüse wird
dadurch erreicht, dass die Gasdüse
zusammen mit der Kühlmitteldüse oder
deren Düsenkörper und/oder
Düsenendstücke einstückig sind.
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Vorzugsweise
beträgt
die Querschnittsfläche des
Gasführungskanals,
insbesondere im Bereich des Gasaustritts mindestens 10 mm2, vorzugsweise mindestens 25 mm2.
Bei einer Querschnittsfläche von
mindestens 10 mm2 kann auch reines Helium
als Prozessgas eingesetzt werden. Optimal für die Verwendung von Mischgasen
als Prozessgase ist eine Querschnittsfläche von mindestens 25 mm2. Bezogen auf einen kreisförmigen Querschnitt
der Gasaustrittsöffnung
bedeutet dies, dass der Durchmesser mindestens 3,5 mm oder mindestens
6 mm beträgt. Die
Gasaustrittsöffnung
der Gasdüse
kann beliebige Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt werden kreisförmige, ovale
oder mehreckige Querschnittsformen.
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Da
die Gas- und Kühlmitteldüse besonders genau
ausgerichtet werden muss, um eine optimale Prozesskontrolle zu erzielen,
ist es vorteilhaft, wenn zur Ausrichtung der Gas- und/oder Kühlmitteldüse Justagemittel
vorgesehen sind.
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Ein
besonders leichter Austausch der Gas- und/oder Kühlmitteldüse kann dadurch gewährleistet werden,
dass als Düsenhalterung
eine Adapterplatte vorgesehen ist, welche vorzugsweise Aufnahmen
für die
Justagemittel aufweist. Die Adapterplatte eignet sich zudem dazu,
beispielsweise die Zuführungen von
Gas- und Kühlmittel
mit Schnellkupplungen zu versehen, so dass ein sehr schnelles, prozesssicheres
Wechseln des Düsenkörpers mit
dem Düsenendstück erfolgen
kann. Über
die Justagemittel, welche in der Adapterplatte aufgenommen werden,
kann der Düsenkörper samt
Düsenendstück einfach
justiert werden.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe durch ein Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen, insbesondere
Blechen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst. Wie
bereits ausgeführt,
kann bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Laserschweißen die
Laserschweißgeschwindigkeit
trotz reduziertem Kühlmittelverbrauch
vergrößert werden.
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Die
Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Verschweißen
von Bauteilen oder Blechen können
dadurch reduziert werden, dass ein Mischgas, aufweisend Helium,
Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff, verwendet wird. Dieses Mischgas
ist in seiner Herstellung deutlich kostengünstiger, da ein geringerer
Anteil an Helium enthalten ist.
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Eine
Steigerung der Wirtschaftlichkeit kann gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
dadurch erreicht werden, dass die Laserschweißgeschwindigkeit mindestens
8 bis 10 m/min beträgt.
Insbesondere bei der Verwendung von Mischgasen wurden derartig hohe
Laserschweißgeschwindigkeit
prozesssicher bisher noch nicht erzielt.
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Vorteile
ergeben sich dadurch, dass gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
Bleche aus einer weichen, hoch- oder höchstfesten Stahllegierung,
insbesondere einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5 verschweißt werden,
wobei die Bleche vorzugsweise eine Beschichtung, insbesondere eine
Al-Si-Beschichtung aufweisen. Weiche Stahllegierungen lassen sich prinzipiell
besser schweißen
als hoch- bzw. höchstfeste
Stahllegierungen. Vorteile ergeben sich aber bei diesen Stahllegierungen
durch das erfindungsgemäße Verfahren
aufgrund der gesteigerten Prozesssicherheit, die höhere Schweißgeschwindigkeiten
zulässt
und den verringerten Kosten. Die hoch- und höchstfesten Stahllegierungen
sowie die Stahllegierung vom Typ 22MnB5 haben nicht so gute Schweißeigenschaften.
Sie werden aber aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeits- und Verformungseigenschaften
bevorzugt im Karosseriebau, zumeist beschichtet, eingesetzt. Allerdings
wirken sich Beschichtungen, wie beispielsweise ein Aluminium-Silizium
(Al-Si)-Beschichtung, negativ auf den Schweißprozess aus. Gleiches gilt,
jedoch im verminderten Maße,
für elo-
oder feuerverzinkte Bleche. Die hohe Prozesssicherheit beim Laserschweißen unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht
das Verschweißen
der zuletzt genannten, beschichteten Bleche mit hoher Schweißgeschwindigkeit
unter Verwendung von Mischgasen als Prozessgas.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
weiterzubilden und auszugestalten. Hierzu wird einerseits verwiesen
auf die den Patentansprüchen
1 und 14 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung
zeigt in
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Zuführen
von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Schweißens
in einer seitlichen Querschnittsansicht,
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2 in
vergrößerter Darstellung
die Querschnittsansicht der Spitze des Düsenendstücks des Ausführungsbeispiels
aus 1 sowie
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3 eine
Draufsicht auf das Düsenendstück des Ausführungsbeispiels
aus 1.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum
Zuführen
von Gas und Kühlmitteln
in die Prozesszone während
des Schweißens
in einer seitlichen Querschnittsansicht mit einer Schnittebene in
Schweißrichtung
dargestellt. Die Vorrichtung 1 zum zuführen von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Schweißens
besteht aus einer Gasdüse 2 mit
einem Gasführungskanal 3 und
einer unterhalb der Gasdüse
angeordneten Kühlmitteldüse 4 mit
einem Kühlmittelführungskanal 5.
Die Gasdüse 2 ist
in Bezug auf die Schweißrichtung
A so angeordnet, dass das durch den Gasführungskanal 3 strömende Prozessgas
der Schweißzone
S stechend, d. h. entgegengesetzt zur Transportrichtung T der Bleche 6 zugeführt wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist mit L der Strahlengang eines Laserschweißstrahls dargestellt, welcher
in der Prozesszone S das Verschweißen der Bleche 6 bewirkt.
Die Kühlmitteldüse 4 ist
so angeordnet, dass die Gasdüse 2 durch
das durch den Kühlmittelführungskanal 5 durchfließende Kühlmittel, beispielsweise
Wasser, die Gasdüse 2 gekühlt wird. Dies
führt dazu,
dass die Dichte des Gasmediums, welches durch den Gasführungskanal 3 strömt, während des
Laserschweißens
konstant gehalten werden kann. Das Prozessgas ist insbesondere wichtig um
die Plasmaabschirmung und damit den Wärmeenergieeintrag beim Laserschweißen zu steuern.
Aufgrund der konstanten Dichte der Gase wird deshalb die Prozesssicherheit
gesteigert. Der Kühlmittelführungskanal 5 der
Kühlmitteldüse weist
eine Kühlmittelaustrittsbohrung 7 auf,
welche später
im Detail noch genau beschrieben wird. Diese Kühlmittelaustrittsbohrung verläuft entgegengesetzt
zur Schweißrichtung
A bzw. in Transportrichtung T der Bleche 6. Die Kühlmitteldüse 4 soll
eine besonders effektive Kühlung
der Schweißnaht
der Bleche 6 bewirken. Hierzu endet erfindungsgemäß, wie im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
dargestellt, die Kühlmittelaustrittsbohrung
in einer äußeren Nut 8 der
Kühlmitteldüse 4.
Durch diese Konfiguration der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 wird
abhängig
vom durchfließenden Medium
ein Kühlmittelvorhang 9 erzeugt,
welcher sich in Transportrichtung T über die Schweißnaht der Bleche 6 erstreckt.
Die Größe des Kühlmittelvorhanges 9 wird
durch die Durchflussmenge des Kühlmittels
beeinflusst. Beispielsweise kann der Kühlmittelvorhang 9 durch
eine Vergrößerung der
Durchflussmenge in Transportrichtung T verlängert werden. Dies ist beispielsweise
notwendig, wenn die Schweißgeschwindigkeiten
erhöht
werden. Die Nut 8 der Kühlmitteldüse 4 ist
vorzugsweise, wie auch im dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar
gegenüber
der Schweißnaht
angeordnet, so dass der Kühlmittelvorhang 9 exakt über der
Schweißnaht
positioniert werden kann.
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Der
Winkel α zwischen
dem Kühlmittelführungskanal 5 und
der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 beträgt zwischen
20° und
50°, bevorzugt
zwischen 30° und
40°. Zur
besseren Wärmeübertragung
sind die Gasdüse 2 und
die Kühlmitteldüse 4 einstückig aus
einem einzigen Stück
Metall gefertigt, wobei zur Vergrößerung der Flexibilität im Hinblick
auf die Verwendung unterschiedlicher Prozessgase bzw. Laserschweißbedingungen
die Vorrichtung 1 ein Düsenendstück 10,
einen Düsenkörper 11 und
eine Adapterplatte 12 aufweist. Das Düsenendstück 10 ist über Schrauben 13 und 14 mit
dem Düsenkörper 11 verbunden.
Zusätzlich
ist das Düsenendstück zur Verbesserung
der Positioniergenauigkeit desselben mit dem Düsenkörper 11 über in 1 nicht
dargestellte Stifte verstiftet.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist die Zuführung
des Prozessgases und die anschließende Kühlung entscheidend für die Qualität der Schweißnaht der
verschweißten
Bleche. Um eine Justage der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auf
einfache Weise zu ermöglichen,
sind in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
Justagemittel 15, 16 sowie die zugehörigen Aufnahmen 17 und 18 im
Düsenkörper 11 sowie
in der Adapterplatte 12 vorgesehen. In 1 sind
lediglich zwei Stellschrauben 15, 16 als Justagemittel
dargestellt, üblicherweise
sind jedoch mindestens drei Stellschrauben vorgesehen, um eine Justage
in alle drei Raumrichtungen zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zudem Schnellspannkupplungen 19 und 20 vorgesehen,
um eine besonders schnelle Auswechslung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu ermöglichen.
Alle Übergänge zwischen
Adapterplatte 12, Düsenkörper 11 und
Düsenendstück 10 sind über nicht
dargestellte O-Ringe abgedichtet, so dass keine Gas- oder Kühlmittelverluste
auftreten.
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Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung
zum Zuführen
von Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während
des Schweißens
ist für
die Verwendung von Mischgasen anstelle von reinem Helium ausgebildet.
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Hierzu
beträgt
der Winkel β zwischen
den zu verschweißenden
Blechen 6 und der Gasdüse 2 10° bis 40°, vorzugsweise
20° bis
30°. Durch
diesen flachen Eintrittswinkel β des
Prozessgases wird die Dichte des Mischgases, welche im Vergleich
zu Helium deutlich größer ist,
berücksichtigt.
Im Vergleich zu den für
den Einsatz von Helium optimierten Gasdüsen, weist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
außerdem
eine größere Querschnittsfläche des Gasführungskanals 3 auf.
Diese beträgt
im dargestellten Ausführungsbeispiel
etwa 28 mm2, was einem Durchmesser des Gasführungskanals 3 von
6 mm entspricht.
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Mit
dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
wurden in der Praxis Schweißgeschwindigkeiten
von mehr als 8 bis 10 m/min. erreicht, selbst wenn kritisch zu schweißende Stahllegierungen,
wie beispielsweise Stahllegierungen vom Typ 22MnB5 verschweißt wurden.
Dies gelang insbesondere unter Verwendung von Mischgasen, welche aus
einem Gasgemisch aus Helium, Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff
bestehen.
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Die
Querschnittsansicht der Spitze des Düsenendstücks 10 ist zusätzlich in 2 detailliert
dargestellt. Der Gasführungskanal 3 und
der Kühlmittelführungskanal 5 verlaufen
im Bereich der Spitze des Düsenendstücks parallel
zueinander, wobei die Kühlmitteldüse 4 unmittelbar
an der Gasdüse 2 anliegt. Vorliegend
wird dies dadurch erreicht, dass die Gasdüse 2 und die Kühlmitteldüse 4 einstückig sind.
Der Kühlmittelführungskanal 5 ist
in Schweißrichtung
A, d. h. in Gasaustrittsrichtung verschlossen und als ein Sackloch
ausgebildet. Die am Boden des Sacklochs beginnende und in Transportrichtung
A ausgerichtete Kühlmittelaustrittsbohrung 7 endet
mit dem anderen Ende in einer äußeren Nut 8 der
Kühlmitteldüse 4. Durch
diese Anordnung wird erreicht, dass die Geschwindigkeit des austretenden
Kühlmittels
verringert wird und sich zwischen dem Ende der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 und
der Kühlmitteldüse 4 selbst ein
nach unten hängender
Kühlmittelvorhang 9,
welcher in 2 nicht dargestellt ist, bei
Durchfluss des Kühlmittels
durch den Kühlmittelführungskanal 5 ergibt.
Die Pfeile in 2 deuten im Kühlmittelführungskanal
die Bewegungsrichtung des Kühlmittels, vorzugsweise
Wasser an. Ebenso ist in dem Gasführungskanal 3 die
Richtung des Gasaustritts durch einen Pfeil dargestellt.
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Um
die Ausbildung des Kühlmittelvorhangs zu
bessern, weist die Nut 8 der Kühlmitteldüse 4 gegenüberliegend
der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 eine Fase 21 auf.
Dieser Übergang
zur äußeren Fläche der
Kühlmitteldüse 4 ermöglicht,
dass der Kühlmittelvorhang
beispielsweise bei Vergrößerung der
Durchflussmenge an Kühlmittel
entlang der Kühlmitteldüse 4 entlang
läuft und
nicht abreißt.
Dadurch wird eine stärkere
Benetzung der Schweißnaht
mit Kühlmittel erreicht
und die Kühlwirkung
verstärkt.
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3 zeigt
nun eine Draufsicht auf das Düsenendstück 10 des
Ausführungsbeispiels
aus 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen von
Gas und Kühlmittel
in die Prozesszone während des
Schweißens.
Zu erkennen sind zunächst
die Schrauben 13, 14, mit welchen das Düsenendstück 10 mit
dem Düsenkörper 11 verschraubt
ist.
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Zusätzlich sind
die Stifte 22, 23 dargestellt, mit welchem der
Düsenkörper 11 mit
dem Düsenendstück 10 verstiftet
ist. Hierdurch wird eine sehr exakte Positionierung des Düsenendstücks relativ
zum Düsenkörper 11 erreicht.
Schließlich
zeigt die 3, dass das Düsenendstück aus einem
einzigen Stück Metall
hergestellt worden ist, so dass der Wärmeübertrag zwischen der Kühlmitteldüse 4 und
der Gasdüse 2 optimiert
ist und eine effektive Kühlung
des Prozessgases durch die Kühlmitteldüse 4 erfolgen kann.
Vorzugsweise ist sowohl der Düsenkörper 11 als
auch das Düsenendstück 10 aus
einem Material mit sehr guter Wärmeleitung,
beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebaut. Es können aber
auch durchaus andere Werkstoffe zur Herstellung des Düsenkörpers 11,
der Adapterplatte 12 und des Düsenendstücks 10 verwendet werden.