DE102007028137A1

DE102007028137A1 - Strahlschweißverfahren

Info

Publication number: DE102007028137A1
Application number: DE102007028137A
Authority: DE
Inventors: Thorge Hammer; Thomas Göldner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2008-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strahlschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei beschichteten, insbesondere verzinkten Blechbauteilen (1, 2), bei welchem die zu verschweißenden Blechbauteile (1, 2) zunächst derart relativ zueinander angeordnet werden, dass sich im Bereich (4) einer zu erzeugendennen geeigneter Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) ausbildet. Anschließend wird ein Schweißstrahl (7) derart auf eine Oberfläche (8) eines ersten Blechbauteils (1) gerichtet, dass das erste Blechbauteil (1) im Bereich (4) der Schweißnaht durchschweißt und zumindest eine dem ersten Blechbauteil (1) zugewandte Beschichtung (3) des zweiten Blechbauteils (2) im Bereich (4) der Schweißnaht entfernt wird. In einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt wird der Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) zunächst derart reduziert, dass die beiden Blechbauteile (1, 2) zumindest im Bereich (4) der Schweißnaht aufeinander liegen. Anschließend wird mittels des Schweißstrahls (7) die die Blechbauteile (1, 2) verbindende Schweißnaht erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei beschichteten, insbesondere verzinkten Blechbauteilen.
Korrosionsgefährdete Bauteile aus Stahlblech werden, insbesondere im Automobilbau, zunehmend mit Beschichtungen, beispielsweise aus Zink, versehen. Zum Verbinden derartiger Blechbauteile werden derzeit Strahlschweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren, eingesetzt. Durch die vergleichsweise niedrige Verdampfungstemperatur der Beschichtung kann es beim Verschweißen der überlappend angeordneten Blechbauteile zur Bildung von Löchern bzw. Poren innerhalb der Schweißnaht kommen, welche die Festigkeit und Qualität der Schweißverbindung nachteilig beeinflussen.
Zur Vermeidung dieses Problems müssen Maßnahmen ergriffen werden, damit die beim Verschweißen entstehenden Schweißemissionen aus dem Bereich der Schweißnaht entweichen können. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die zu verschweißenden Blechbauteile im Überlappungsbereich nicht vollflächig aufeinander liegen, sondern dass zwischen den Blechbauteilen ein Spalt offen gehalten wird, durch den die entstehenden Schweißemissionen entweichen können.
Zur Realisierung dieses Spaltes sind bereits unterschiedliche Verfahren bekannt. Aus der DE 39 33 408 A1 ist es bereits bekannt, den Spalt durch in ein Blechbauteil eingeprägte Noppen oder Sicken herzustellen und in der DE 100 42 538 A1 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem durch eine in die Blechbauteile eingebrachte definierte Rauhigkeit ein Spalt in einem Überlappstoß erzeugt wird.
Die genannten Maßnahmen weisen dabei den Nachteil auf, dass zur Realisierung des Spaltes zwischen den Blechbauteilen eine zusätzliche Formgebung der Blechbauteile, insbesondere ein zusätzlicher zeitaufwändiger Bearbeitungsschritt zum Einbringen der Oberflächenstrukturen, erforderlich ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Strahlschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei beschichteten Blechbauteile zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ohne eine zusätzliche vorgeschaltete mechanische Bearbeitung der Blechbauteile eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung zwischen den Blechbauteilen erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Strahlschweißverfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Strahlschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei beschichteten, insbesondere verzinkten Blechbauteilen vorgesehen, bei welchem die zu verschweißenden Blechbauteile zunächst derart relativ zueinander angeordnet werden, dass sich im Bereich einer zu erzeugenden Schweißnaht ein zum Entweichen von Schweißemissionen geeigneter Spalt zwischen den Blechbauteilen ausbildet und dass ein Schweißstrahl anschließend derart auf eine Oberfläche eines ersten Blechbauteils gerichtet wird, dass das erste Blechbauteil im Bereich der Schweißnaht durchschweißt und zumindest eine dem ersten Blechbauteil zugewandte Beschichtung des zweiten Blechbauteils im Bereich der Schweißnaht entfernt wird, wobei der Spalt zwischen den Blechbauteilen anschließend derart reduziert wird, dass die beiden Blechbauteile zumindest im Bereich der Schweißnaht aufeinander liegen und dass anschließend mittels des Schweißstrahls die die Blechbauteile verbindende Schweißnaht erzeugt wird. In dem ersten Verfahrensschritt wird eine zwischen den Blechbauteilen angeordnete Beschichtung durch die Beaufschlagung mittels des Schweißstrahls verdampft und die hierbei entstehenden Schweißemissionen werden durch den Spalt zwischen den Blechbauteilen aus dem Schweißnahtbereich abgeführt. Während des zweiten Verfahrensschrittes werden die nunmehr aufeinander liegend angeordneten Blechbauteile miteinander verschweißt, wobei durch das vorherige Entfernen der zinkhaltigen Beschichtung keine für die Schweißverbindung nachteiligen Schweißemissionen entstehen und eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung erzeugt werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die Blechbauteile vor der Beaufschlagung mit dem Schweißstrahl eine definierte Lage einnehmend fixiert werden. Hierdurch wird eine Bewegung der Blechbauteile relativ zueinander und/oder relativ zu der Schweißeinrichtung während der jeweiligen Beaufschlagung mit dem Schweißstrahl ausgeschlossen. In einem Sonderfall können die fixierten Blechbauteile auch relativ zu einem feststehenden Schweißstrahl bewegt werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Spalt zwischen den Blechbauteilen durch zumindest ein zwischen den Blechbauteilen anordbares Abstandselement eingestellt wird. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Blechbauteile während des ersten Verfahrensschritts den zur Bildung eines Spaltes erforderlichen Abstand zueinander aufweisen, sodass die entstehende Schweißemissionen aus dem Bereich zwischen den Blechbauteilen entweichen können.
Dabei erweist es sich als zweckmäßig, dass das zumindest ein Abstandselement nach dem Durchschweißen des ersten Blechbauteiles und dem Entfernen der Beschichtung des zweiten Blechbauteiles zwischen den Blechbauteilen entfernt wird. Dadurch liegen die Blechbauteile im Bereich der Schweißnaht vollflächig aufeinander und es kann eine qualitativ hochwertige Schweißnaht zwischen den Blechbauteilen hergestellt werden.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass der Spalt zwischen den Blechbauteilen durch eine die Blechbauteile fixierende Spanneinrichtung eingestellt wird. Hierdurch kann auf die Anordnung und das anschließende Entfernen von zusätzlichen Abstandselementen zwischen den Blechbauteilen verzichtet werden. Mittels der Spanneinrichtung werden die Blechbauteile zunächst in dem erforderlichen Abstand zueinander angeordnet und anschließend in dem eingestellten Abstand fixiert.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Prinzipskizze von zwei abschnittsweise übereinander angeordneten beschichteten Blechbauteilen während eines ersten Verfahrensschrittes;
2 eine Prinzipskizze der in 1 dargestellten Blechbauteile während eines zweiten Verfahrensschrittes.
Die 1 und 2 zeigen jeweils zwei abschnittsweise übereinander angeordnete Blechbauteile 1, 2, welche mittels eines Strahlschweißverfahrens miteinander verbunden werden. Die beiden Blechbauteile 1, 2 weisen jeweils beidseitig eine Beschichtung 3 aus Zink auf. In einem ersten Verfahrensschritt, welcher in 1 dargestellt ist, wird das obere erste Blechbauteil 1 durch eine Kraft F₁ von dem unteren zweiten Blechbauteil 2 abgehoben, sodass sich in einem Bereich 4 einer zu erzeugenden Schweißnaht 5 ein Spalt 6 zwischen den Blechbauteilen 1, 2 ausbildet. Danach wird ein Schweißstrahl 7, beispielsweise ein Laserstrahl, derart auf eine Oberfläche 8 des ersten Blechbauteils 1 gerichtet, dass das erste Blechbauteil 1 durchschweißt wird. Während des Durchschweißens des ersten Blechbauteiles 1 tritt der Schweißstrahl 7 durch ein sogenanntes "keyhole" 9 im ersten Blechbauteil 1 hindurch und trifft auf die dem ersten Blechbauteil 1 zugewandte Beschichtung 3 des zweiten Blechbauteils 2. Infolge der Beaufschlagung mittels des Schweißstrahls 7 verdampft sowohl die Beschichtung 3 des ersten Blechbauteils als auch die dem ersten Blechbauteil 1 zugewandte Beschichtung 3 des zweiten Blechbauteils 2. Die hierbei entstehenden Schweißemissionen werden durch den Spalt 6 aus dem Bereich 4 der Schweißnaht 5 abgeführt.
Nachdem die Beschichtung 3 zwischen den Blechbauteilen 1, 2 entfernt wurde, wird in einem in 2 dargestellten zweiten Verfahrensschritt das obere erste Blechbauteil 1 auf das untere zweite Blechbauteil 2 abgesenkt. Dieser Vorgang ist in 2 durch den gestrichelten Richtungspfeil 10 dargestellt. Anschließend werden die beiden Blechbauteile 1, 2 durch die Beaufschlagung mit einer Kraft F₂ fixiert, sodass die Blechbauteile 1, 2 in einem sich überlappenden Bereich 4 vollflächig aufeinander liegen. Anschließend wird mittels des Schweißstrahls 7, der die die Blechbauteile 1, 2 verbindende Schweißnaht 5 erzeugt, indem der Schweißstrahl 7 auf die Abschnitte der Blechbauteile 1, 2 gerichtet wird, in welchen zuvor die Beschichtung 3 entfernt wurde.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird während des ersten Verfahrenschritts ausschließlich die Beschichtung 3 aus dem Bereich 4 der zu erzeugenden Schweißnaht 5 entfernt. Während des ersten Verfahrenschritts besteht keinerlei Absicht eine Schweißverbindung zwischen den beiden Blechbauteilen 1, 2 zu erzeugen. Die Erzeugung der die Blechbauteile 1, 2 verbindenden Schweißnaht 5 erfolgt dann während des zweiten Verfahrensschritts.
Dabei kann in einer abgewandelten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Laserstrahl 7 bzw. eine Laserstrahlachse 11 des Laserstrahls 7 während des ersten Verfahrensschrittes knapp neben der in dem zweiten Verfahrensschritt zu erzeugenden Schweißnaht bzw. einer Laserstrahlachse 12 des Laserstrahls 7 auf die Blechbauteile 1, 2 gerichtet werden, was in 2 durch die in einem Abstand 13 zueinander angeordneten Laserstrahlachsen 11, 12 dargestellt ist. Hierdurch können einerseits das Verdampfen der Beschichtungen 3 der Blechbauteile 1, 2 im Bereich der Schweißnaht 5 gewährleistet und andererseits ein doppeltes Aufschweißen des Materials der Blechbauteile 1, 2 und damit verbundene unerwünschte Gefügevergrößerungen in den Blechbauteilen 1, 2 verhindert werden.

1: Blechbauteil
2: Blechbauteil
3: Beschichtung
4: Bereich
5: Schweißnaht
6: Spalt
7: Schweißstrahl
8: Oberfläche
9: keyhole
10: Richtungspfeil
11: Laserstrahlachse
12: Laserstrahlachse
13: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3933408 A1 [0004]
- DE 10042538 A1 [0004]

Claims

Strahlschweißverfahren zum Verbinden von zumindest zwei beschichteten, insbesondere verzinkten Blechbauteilen (1, 2) bei welchem die zu verschweißenden Blechbauteile (1, 2) zunächst derart relativ zueinander angeordnet werden, dass sich im Bereich (4) einer zu erzeugenden Schweißnaht (5) ein zum Entweichen von Schweißemissionen geeigneter Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) ausbildet und dass ein Schweißstrahl (7) anschließend derart auf eine Oberfläche (8) eines ersten Blechbauteils (1) gerichtet wird, dass das erste Blechbauteil (1) im Bereich (4) der Schweißnaht (5) durchschweißt und zumindest eine dem ersten Blechbauteil (1) zugewandte Beschichtung (3) des zweiten Blechbauteils (2) im Bereich (4) der Schweißnaht (5) entfernt wird, wobei der Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) anschließend derart reduziert wird, dass die beiden Blechbauteile (1, 2) zumindest im Bereich (4) der Schweißnaht (5) aufeinander liegen und dass anschließend mittels des Schweißstrahls (7) die die Blechbauteile (1, 2) verbindende Schweißnaht (5) erzeugt wird.
Strahlschweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechbauteile (1, 2) vor der Beaufschlagung mit dem Schweißstrahl (7) eine definierte Lage einnehmend fixiert werden.
Strahlschweißverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) durch zumindest ein zwischen den Blechbauteilen (1, 2) anordbares Abstandselement eingestellt wird.
Strahlschweißverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Abstandselement nach dem Durchschweißen des ersten Blechbauteiles (1) und dem Entfernen der Beschichtung (3) des zweiten Blechbauteiles (2) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) entfernt wird.
Strahlschweißverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (6) zwischen den Blechbauteilen (1, 2) durch eine die Blechbauteile (1, 2) fixierende Spanneinrichtung eingestellt wird.