DE102007017616B3 - Gas- und Kühlmitteldüse - Google Patents

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    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/146Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid

Abstract

Vorrichtung (1) zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens, insbesondere während des Laserschweißens, mit mindestens einer Gasdüse (2) mit einem Gasführungskanal (3) und mindestens einer unterhalb der Gasdüse angeordneten Kühlmitteldüse (4) mit einem Kühlmittelführungskanal (5), wobei der Gasführungskanal (3) der Gasdüse (2) so angeordnet ist, dass das Gas stechend der Prozesszone (S) zugeführt wird und die Kühlmitteldüse (4) so angeordnet ist, dass diese in Wärmekontakt mit der Gasdüse (2) steht und eine Kühlung der Gasdüse (2) erfolgt. Die Aufgabe, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche bei hoher Prozesssicherheit ein Schweißen bzw. ein Laserschweißen von kritischen Werkstoffen mit hoher Geschwindigkeit zulässt, wird dadurch gelöst, dass die Kühlmitteldüse (4) eine mit dem Kühlmittelführungskanal (5) verbundene Kühlmittelaustrittsbohrung (7) aufweist, wobei die Kühlmittelaustrittsbohrung in Kühlmittelaustrittsrichtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung (A) verläuft und in einer äußeren Nut (8) der Kühlmitteldüse (4) endet.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens in einer seitlichen Querschnittsansicht,
  • 2 in vergrößerter Darstellung die Querschnittsansicht der Spitze des Düsenendstücks des Ausführungsbeispiels aus 1 sowie
  • 3 eine Draufsicht auf das Düsenendstück des Ausführungsbeispiels aus 1.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (17)

  1. Vorrichtung (1) zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens, insbesondere während des Laserschweißens, mit mindestens einer Gasdüse (2) mit einem Gasführungskanal (3) und mindestens einer unterhalb der Gasdüse angeordneten Kühlmitteldüse (4) mit einem Kühlmittelführungskanal (5), wobei der Gasführungskanal (3) der Gasdüse (2) so angeordnet ist, dass das Gas stechend der Prozesszone (S) zugeführt wird und die Kühlmitteldüse (4) so angeordnet ist, dass diese in Wärmekontakt mit der Gasdüse (2) steht und eine Kühlung der Gasdüse (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteldüse (4) eine mit dem Kühlmittelführungskanal (5) verbundene Kühlmittelaustrittsbohrung (7) aufweist, wobei die Kühlmittelaustrittsbohrung in Kühlmittelaustrittsrichtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung (A) verläuft und in einer äußeren Nut (8) der Kühlmitteldüse (4) endet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) an der Kühlmitteldüse (4) unmittelbar gegenüberliegend der Schweißnaht angeordnet ist und von der Kühlmittelaustrittsöffnung (7) aus entgegengesetzt zur Schweißrichtung (A) verläuft.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) an dem der Kühlmittelaustrittsöffnung gegenüberliegenden Ende eine Fase (21) aufweist.
  4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelführungskanal (5) der Kühlmitteldüse (4) zumindest teilweise parallel zum Gasführungskanal (3) der Gasdüse (2) verläuft.
  5. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen dem Kühlmittelführungskanal (4) und der Kühlmittelaustrittsbohrung (7) 20° bis 50°, vorzugsweise 30° bis 40° beträgt.
  6. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (β) zwischen der Gas- und/oder Kühlmitteldüse (2, 4) zu den verschweißenden Bauteilen oder Blechen (6) 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30° beträgt.
  7. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse und/oder die Kühlmitteldüse (2, 4) aus einem Düsenkörper (11) und einem an diesem lösbar befestigten Düsenendstück (10) aufgebaut sind, welche vorzugsweise miteinander verstiftet sind.
  8. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmitteldüse (4) zumindest im Bereich des Düsenendstücks (10) unmittelbar an der Gasdüse (2) anliegt.
  9. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse und/oder die Kühlmitteldüse (2, 4) zumindest teilweise aus einem hoch wärmeleitfähigen Metall, vorzugsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, bestehen.
  10. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdüse (2) zusammen mit der Kühlmitteldüse (4) oder deren Düsenkörper (11) und/oder Düsenendstücke (10) einstückig ist.
  11. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Gasführungskanals (5), insbesondere im Bereich des Gasaustritts mindestens 10 mm2, vorzugsweise mindestens 25 mm2 beträgt.
  12. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung der Gas- und/oder Kühlmitteldüse (2, 4) Justagemittel (15, 16) vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Düsenhalterung eine Adapterplatte (12) vorgesehen ist, welche vorzugsweise Aufnahmen für die Justagemittel (15, 16) aufweist.
  14. Verfahren zum Laserschweißen von Blechen und Bändern unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas ein Mischgas aufweisend Helium, Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff verwendet wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweißgeschwindigkeit mindestens 8 bis 10 m/min beträgt.
  17. Verfahren einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015139778A (ja) * 2014-01-27 2015-08-03 株式会社アマダホールディングス レーザ加工装置及びレーザ加工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293061A (ja) * 1989-05-08 1990-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd ノズル
DE19537924A1 (de) * 1994-10-18 1996-05-02 Thyssen Industrie Verfahren zum Kühlen eines Schweißnahtbereichs beim Laserschweißen und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens
DE19708047A1 (de) * 1997-02-28 1998-09-10 Thyssen Stahl Ag Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von auf Stoß geführten Bändern oder Blechen mittels Laserstrahl
JPH10277766A (ja) * 1997-04-03 1998-10-20 Amada Co Ltd 高速ピアス穴加工方法および同加工方法に使用するレーザ加工ヘッド

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293061A (ja) * 1989-05-08 1990-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd ノズル
DE19537924A1 (de) * 1994-10-18 1996-05-02 Thyssen Industrie Verfahren zum Kühlen eines Schweißnahtbereichs beim Laserschweißen und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens
DE19708047A1 (de) * 1997-02-28 1998-09-10 Thyssen Stahl Ag Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen von auf Stoß geführten Bändern oder Blechen mittels Laserstrahl
JPH10277766A (ja) * 1997-04-03 1998-10-20 Amada Co Ltd 高速ピアス穴加工方法および同加工方法に使用するレーザ加工ヘッド

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 02 293 061 A (abstract). DOKIDX [online] [recherchiert am 04.10.2007]. In: DEPATIS
JP 02293061 A (abstract). DOKIDX [online] [recherchiert am 04.10.2007]. In: DEPATIS *
JP 10 277 766 A (abstract). DOKIDX [online] [recherchiert am 04.10.2007]. In: DEPATIS
JP 10277766 A (abstract). DOKIDX [online] [recherchiert am 04.10.2007]. In: DEPATIS *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015139778A (ja) * 2014-01-27 2015-08-03 株式会社アマダホールディングス レーザ加工装置及びレーザ加工方法

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