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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundteil.
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Ein Laserschweißverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 101 37 523 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden mehrere, in Längsrichtung eines Bauteils, beabstandete, einander überlappende Teilschweißnähte erzeugt, die insgesamt eine (gemeinsame) Schweißnaht ausbilden. Mittels des bekannten Verfahrens lässt sich die Neigung des Bauteils zu Verzug gegenüber der Verwendung der Einbringung einer einzigen Schweißnaht vermindern.
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Darüber hinaus ist es aus der
EP 0 781 622 A2 bekannt, zwei Bauteile durch Verwendung zweier jeweils schlangenförmiger Schweißnähte miteinander zu verbinden, wobei Schweißnähte einen derartigen Versatz zueinander aufweisen, die Maxima der beiden Schweißnähte einander gegenüberliegen.
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Das Laserstrahlschweißen bietet durch die Ausbildung einer Dampfkapillare im Schweißbad gegenüber konventionellen Schweißverfahren ein sehr hohes Verhältnis von Nahttiefe zu Nahtbreite (Aspektverhältnis). Dadurch sind hohe Einschweißtiefen bei vergleichsweise geringer thermischer Belastung für das herzustellende Verbundteil möglich, was sich wiederum in einem vergleichsweise geringen Verzug des Verbundteils wiederspiegelt. Dennoch sind die auftretenden Verzugserscheinungen für eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen es auf eine exakte Bauteilgeometrie ankommt, selbst beim Laserschweißen noch zu groß. Die beim Schweißen eingebrachte Wärmemenge führt zu einer Volumenausdehnung der erhitzten Bereiche der miteinander zu verbindenden Bauteile. Diese Volumenausdehnung ist größer als diejenige Dehnung, die der Werkstoff, bzw. die Werkstoffe elastisch aufnehmen kann/können. Infolgedessen kommt es zu Plastifizierungen, also irreversiblen Verformungen. Beim Abkühlen setzt der umgekehrte Vorgang ein – thermische Schrumpfungen führen zu Plastifizierungen, die jedoch diejenigen Plastifizierungen beim Erhitzen nicht kompensieren. Daher bleiben auch beim Laserschweißen nach dem Schweißvorgang unerwünschte Eigenspannungen und Verformungen zurück, wobei die Verformungen direkt am Verbundbauteil als Verzug messbar sind.
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Neben der aus der
DE 101 37 523 A1 bekannten Lösung liefert der Stand der Technik zahlreiche weitere Vorschläge, den Verzug und auftretende Eigenspannungen zu reduzieren. Beispielsweise ist es möglich, eine Verzugsminimierung durch Verkleinern der Wärmeeinflusszone zu realisieren, wobei die Verkleinerung der Wärmeeinflusszone durch Erhöhen der Schweißgeschwindigkeit erreicht werden kann. Darüber hinaus ist es bekannt, Verzugsminimierungen durch Tiefschweißen zu realisieren. Beim Tiefschweißen werden Schweißnähte hergestellt, deren Tiefe größer ist als deren Breite. So wird bei sogenannten I-Nähten am Stumpfstoß der Soll-Anbindungsquerschnitt ausschließlich über die Nahttiefe gewährleistet, was eine verminderte Nahtbreite und damit einen verminderten Wärmeeintrag mit sich bringt. Darüber hinaus ist es bekannt, eine Verzugsminimierung durch eine entsprechende Formgebung des Nahtquerschnitts durch Einwirken von elektromagnetischen Kräften oder besonderen Laserstrahlführungskonzepten (Pendel- oder Pulsbewegung) zu realisieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Laserschweißverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass bei weiterhin geringer Verzugsneigung der Bauteile alternative Schweißnahtformen erzeugt werden können. Insbesondere soll das Laserschweißverfahren dazu geeignet sein, breite Schweißnahtquerschnitte verzugs- und/oder eigenspannungsminimiert herstellen zu können. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein Verbundteil, umfassend mindestens zwei miteinander verschweißte Bauteile vorzuschlagen, bei dem Verzugserscheinungen und/oder Eigenspannungserscheinungen aufgrund der Verschweißung minimiert sind.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Laserschweißverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verbundteils mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt dabei, wie ans sich bekannt, der Gedanke zugrunde, mindestens eine Schweißnaht, mit der zwei Bauteile durch Laserschweißen miteinander verbunden sind, aus mindestens zwei, vorzugsweise schlanken, Teilschweißnähten auszubilden. Die Teilschweißnähte sind dabei zumindest abschnittsweise, vorzugsweise entlang ihrer gesamten Längserstreckung, unmittelbar nebeneinander anzuordnen, derart, dass sie sich, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise entlang ihrer gesamten Längserstreckung quer zu ihrer Längserstreckung, vorzugsweise minimal, überlappen und/oder unmittelbar aneinander angrenzen, sodass aus der Gesamtheit der Teilschweißnähte die gemeinsame, die Bauteile miteinander verbindende Schweißnaht gebildet wird. Anders ausgedrückt wird eine konventionelle Schweißnaht, die zwei Bauteile mit einem Anbindungsquerschnitt verbindet, der sich aus der Nahtbreite und der Nahttiefe ergibt, durch mehrere schlanke Teilschweißnähte ersetzt, wobei die Nahttiefen der Teilschweißnähte bevorzugt der Nahttiefe der zu ersetzenden gemeinsamen Schweißnaht entsprechen. Da jede einzelne Teilschweißnaht eine wesentlich geringere Wärmeeinflusszone besitzt als die zu ersetzende herkömmliche Schweißnaht, ist auch die Wärmeeinflusszone der gesamten, aus mehreren Teilschweißnähten gebildeten Schweißnaht stark verringert. Da üblicherweise der Verlauf der Eigenspannung quer zur Schweißnaht einen Vorzeichenwechsel beschreibt, kommt es bei der Aufbringung mehrerer Teilschweißnähte zu Auslöschungs- und Kompensationseffekten. Insbesondere dann, wenn zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Schweißnähte zeitlich versetzt eingebracht werden, überlagern sich neue thermische Dehnungen und Schrumpfungen durch das Erzeugen einer Teilschweißnaht in komplexer Weise mit den vorhandenen, durch das vorherige Einbringen einer Teilschweißnaht verursachten, plastischen Dehnungen und Eigenspannungen. Durch ein zeitlich versetztes Einbringen der Wärmeenergie ermöglicht man den Bauteilen, mehr thermische Dehnungen durch elastische Dehnungen abzufangen, die beim Abkühlen relaxieren ohne dass Verformungen zurückbleiben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es zur Erzeugung der alternativen Schweißnahtformen vorgesehen, dass die gemeinsame Schweißnaht aus einer Vielzahl von winklig zur Längserstreckung der resultierenden Schweißnaht und/oder zur Längserstreckung des Fügespaltes verlaufenden Teilschweißnähten gebildet, wobei die Länge jeder einzelnen Teilschweißnaht bevorzugt (wesentlich) geringer ist als die Längserstreckung der zu erzeugenden gemeinsamen Schweißnaht. Auf diese Weise kann, insbesondere bei einem zeitlich versetzten Einbringen der Teilschweißnähte, eine möglichst homogene Wärmeeinbringung in Längserstreckung der gemeinsamen Schweißnaht realisiert werden. Alternativ werden die Teilschweißnähte schlangenlinienförmig erzeugt. Der vorzugsweise sinusförmige Verlauf der Teilschweißnähte ermöglicht in bestimmten Anwendungsfällen besonders günstige Überlagerungserscheinungen. Die Teilschweißnähte können derart schlangenlinienförmig angeordnet werden, dass sich zwei benachbarte Teilschweißnähte in keinem Bereich kreuzen. Ebenso ist eine nicht kreuzende Anordnung von benachbarten Teilschweißnähten realisierbar, wobei es bevorzugt ist, dass eine erste Teilschweißnaht im Kreuzungspunkt bereits erstarrt ist, wenn die zweite Teilschweißnaht diesen Kreuzungspunkt erreicht. Es ist jedoch für einige Anwendungsfälle auch realisierbar, dass die erste Teilschweißnaht im Kreuzungspunkt noch nicht erstarrt ist, sodass sich die Schmelzbäder der Teilschweißnähte im Kreuzungspunkt vermischen.
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Insgesamt ist bei einer aus mehreren Teilschweißnähten bestehenden Schweißnaht bei gleichem aufgeschmolzenem Bauteilvolumen wie bei einer herkömmlichen Schweißnaht mit weniger Verzug und weniger Eigenspannungen zu rechnen. Hierdurch steigt die Präzision des aus den Bauteilen hergestellten Verbundteils sowie die Belastbarkeit der Verbindung. Es liegt im Rahmen der Erfindung sämtliche Teilschweißnähte mit jeweils einer eigenen Laserstrahlquelle zu erzeugen. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung mindestens zwei der Teilschweißnähte mit einer gemeinsamen Laserstrahlquelle zu erzeugen. Insbesondere kann der Laserstrahl entsprechend geführt und/oder in mindestens zwei Teilstrahlen aufgeteilt werden. Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Verfahren kann insbesondere dort eingesetzt werden, wo die Anforderungen an die Präzision eines herzustellenden Verbundteils einen thermischen Fügeprozess normalerweise nicht zulassen oder aber ein anschließendes Richten oder Nachbearbeiten des Verbundteils erfordern. Durch den Entfall von Folgeprozessen bietet das Verfahren ein hohes Kostensenkungspotenzial. Zusätzlich erschließt das Laserschweißverfahren durch reduzierten Verzug und reduzierte Eigenspannungen auch völlig neue Anwendungsgebiete für Schweißverbindungen im Bereich von Präzisionsbauteilen, wie Ventilkomponenten, Kraftstoff-Injektoren, etc. Es liegt im Rahmen der Erfindung, mindestens eine der Teilschweißnähte mit mehreren Laserstrahlen zu erzeugen, wobei auch für die so erzeugten Teilschweißnähte in Weiterbildung der Erfindung gilt, dass sie ihr eigenes, dann durch mehrere Laserstrahlen erzeugtes, Schweißbad aufweisen.
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Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Laserschweißverfahrens, bei der mindestens zwei unmittelbar benachbarte Teilschweißnähte, beispielsweise durch einen Zeitversatz, derart hergestellt bzw. eingebracht werden, dass jede Teilschweißnaht, zumindest abschnittsweise, vorzugsweise zumindest näherungsweise über ihre gesamte Längserstreckung, besonders bevorzugt über ihre gesamte Längserstreckung, ihr eigenes Schmelzbad aufweist. Anders ausgedrückt sind die Teilschweißnähte derart zu erzeugen, dass diese bei querschnittlicher Betrachtung der Schweißnaht nach einem Aufsägen bzw. Auftrennen des Verbundteils als eigenständige Schweißnähte sichtbar sind. Noch anders ausgedrückt sind mindestens zwei unmittelbar benachbarte Teilschweißnähte so einzubringen, dass das Schmelzbad einer ersten Teilschweißnaht in zumindest dem Bereich benachbart zu dem gerade eine zweite Teilschweißnaht eingebracht wird, zumindest weitgehend, vorzugsweise vollständig erstarrt ist. Gerade das Erzeugen von Teilschweißnähten mit einem zumindest abschnittsweise eigenen Schmelzbad ermöglicht es durch Überlagerungseffekte bereits vorhandene plastische Dehnungen und Eigenspannungen durch neu hinzugefügte plastische Dehnungen und Eigenspannungen zu überlagern, insbesondere derart, dass eine insgesamt minimierte Eigenspannung bzw. ein minimierter Verzug resultiert.
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Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform des Laserschweißverfahrens, bei dem, insbesondere zum Erzeugen zweier unmittelbar benachbarter Teilschweißnähte mit jeweils eigenem Schmelzbad, mindestens zwei, vorzugsweise sämtliche, jeweils unmittelbar benachbarte Teilschweißnähte zeitlich versetzt erzeugt werden. Dabei ist es beispielsweise möglich mit dem Erzeugen einer zweiten Teilschweißnaht erst zu beginnen, nachdem eine erste Teilschweißnaht erzeugt wurde. Das Nacheinander-Einbringen von Teilschweißnähten hat zudem den Vorteil, dass insgesamt nur ein einziger Laserstrahl benötigt wird. Je nach Dimensionierung der Teilschweißnähte ist es jedoch auch möglich die Startzeitpunkte zum Einbringen zweier Teilschweißnähte nur soweit zeitlich zu beabstanden, dass bereits mit der zweiten Teilschweißnaht begonnen wird bevor das Erzeugen der ersten Teilschweißnaht beendet wird. Hierdurch kann das Laserschweißverfahren zeitlich optimiert werden. Bevorzugt werden die Startzeitpunkte zweier unmittelbar benachbarter Teilschweißnähte so zeitlich versetzt, dass die erste Teilschweißnaht zumindest in einem Bereich benachbart zu dem gerade die zweite Teilschweißnaht eingebracht wird, zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig ausgehärtet ist. Die Verzugs- und Eigenspannungsminimierung bei einer zeitlich versetzten Einprägung der Teilschweißnähte ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die nachlaufenden Teilschweißnähte eine thermische Dehnung bewirken, welche die thermischen Schrumpfungen der benachbarten, bereits aufgebrachten Teilschweißnaht/Teilschweißnähte beim Abkühlen ausgleichen. Lediglich die Dehnungen und Schrumpfungen von zwei äußeren, insbesondere zuletzt eingebrachten, Teilschweißnähten können nicht (vollständig) ausgeglichen werden. Dies kann insbesondere dadurch kompensiert werden, dass die Teilschweißnähte (wesentlich) schmäler sind als herkömmliche Schweißnähte.
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Ebenso ist es möglich, mindestens zwei der Teilschweißnähte und unterschiedliche Schweißgeschwindigkeiten zu realisieren, wodurch ebenfalls eigenständige Schweißbäder realisierbar sind.
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Zusätzlich oder alternativ zu einem zeitlichen Versetzen der Startzeitpunkte zweier unmittelbar benachbarter Teilschweißnähte und/oder zum Erzeugen der Teilschweißnähte mit unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeiten ist es möglich, die Startpunkte der Teilschweißnähte räumlich, bei einem rotationssymmetrischen Bauteil in Umfangsrichtung, zueinander versetzt anzuordnen, insbesondere derart, dass Teilschweißnähte mit jeweils einem eigenen Schweißbad erzeugt werden um somit eine Verzugs- und Eigenspannungskompensation durch Überlagerungseffekte zu realisieren.
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Zusätzlich oder alternativ zu einem zeitlich versetzten Einbringen der Teilschweißnähte und/oder zu einem räumlichen Versatz der Startpunkte der Teilschweißnähte und/oder zur Realisierung von unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeiten wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen mindestens zwei unmittelbar benachbarte Teilschweißnähte gegenläufig zu erzeugen, wobei bei Bedarf gleichzeitig mit dem Einbringen der Schweißnähte begonnen werden kann. Bei drei benachbarten Teilschweißnähten können die beiden äußeren Teilschweißnähte beispielsweise gleichzeitig in eine erste Richtung durch eine Relativbewegung von Laserstrahlen zu dem Verbundteil hergestellt werden und insbesondere gleichzeitig der mittlere, zu beiden äußeren Teillaserstrahlen benachbarte Laserstrahl in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung. Auf diese Weise können drei Teilschweißnähte, oder bei analoger Vorgehensweise auch mehr als drei Teilschweißnähte, zumindest abschnittsweise mit jeweils einem eigenen Schmelzbad geschaffen werden, selbst wenn das Erzeugen gleichzeitig erfolgt.
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Die Ausbildung der gemeinsamen Schweißnaht aus mehreren quer zu ihren Längserstreckungen benachbarten Teilschweißnähten ermöglicht es zudem unterschiedliche Nahtgeometrien zu realisieren. In einer einfachsten Ausführungsform verlaufen zumindest zwei der Teilschweißnähte, vorzugsweise sämtliche Teilschweißnähte, in Richtung ihrer Tiefenerstreckung parallel zueinander, so dass eine im wesentlichen rechteckige Nahtkontur der erzeugten gemeinsamen Teilschweißnaht realisiert werden kann.
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Ferner ist es möglich andere Stoßarten, wie beispielsweise eine Kehlnaht zu erzeugen, wenn zumindest zwei der Teilschweißnähte in Richtung ihrer Tiefenerstreckung nicht parallel, sondern angewinkelt zueinander verlaufen. Insbesondere ist es erstmals möglich, wenn mindestens eine Teilschweißnaht nach außen geneigt wird, mehr Wärmeenergie in tiefere Bauteilschichten einzubringen als an der Oberfläche. Besonders für Kehlnähte an ebenen oder rotationssymmetrischen Verbundseiten kann sich dies positiv auf das Verzugs- und Eigenspannungsverhalten auswirken. Bei Kehlnähten führen Schrumpfungen zu einer Verkleinerung des Winkels zwischen den Bauteilen, der in der Regel ohne Schrumpfungen 90° beträgt.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung bei der die Teilschweißnähte sehr schmal sind. Bevorzugt beträgt die Breite, d. h. die Erstreckung quer zur Längserstreckung einer Teilschweißnaht zwischen etwa 40 μm und etwa 400 μm, besonders bevorzugt zwischen etwa 100 μm und etwa 200 μm. Besonders bevorzugt wird zum Erzeugen der Teilschweißnähte mindestens ein Faserlaser eingesetzt. Durch das Vorsehen derart schmaler Teilschweißnähte wird die Wärmeeinflusszone jeder einzelnen Schweißnaht und damit die gesamte Wärmeeinflusszone der resultierenden gemeinsamen Schweißnaht erheblich verringert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1: eine Gegenüberstellung einer herkömmlichen einteiligen Laserschweißnaht und einer Laserschweißnaht, die aus mehreren nebeneinander angeordneten Teilschweißnähten gebildet ist,
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2a: in einer schematisierten Darstellung ein Verfahren zum zeitlich versetzten Erzeugen von Teilschweißnähten,
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2b: eine vergrößerte Darstellung der Teilschweißnähte gemäß 2a, wobei thermische Bedienungs- und Schrumpfungserscheinungen dargestellt sind,
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3: in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum gegenläufigen Erzeugen von drei Teilschweißnähten,
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4: in einer schematischen Darstellung eine mögliche Anordnung von nebeneinander angeordneten Teilschweißnähten, die winklig zu einem Fügespalt verlaufen,
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5: in einer schematischen Darstellung eine schlangenförmige Ausbildung von mehreren nebeneinander angeordneten Teilschweißnähten,
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6a bis 6d: jeweils in einer oberen Darstellung einen gewünschten Laserschweißnahtquerschnitt und jeweils darunter eine mögliche Anordnung/Überlagerung von Teilschweißnähten zum Erreichen des darüber gezeigten Nahtquerschnitts.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist in der linken Zeichnungshälfte eine herkömmliche Laserschweißnaht mit der Breite B und der Tiefe T gezeigt. Die Schweißnaht verjüngt sich in Richtung ihrer Tiefenerstreckung. Zu erkennen ist der eigentliche Schweißbereich SB und die diesen umgebende für Verzug und Eigenspannungen verantwortliche vergleichsweise große Wärmeeinflusszone WEZ.
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In der rechten Zeichnungshälfte der 1 ist querschnittlich eine gemeinsame Schweißnaht 1 gezeigt. Diese ist gebildet aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Teilschweißnähten 2a bis 2k, wobei sich jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Teilschweißnähte 2a, 2b; 2b, 2c; 2c, 2d; 2d, 2e; 2e, 2f; 2f, 2g; 2g, 2h; 2h, 2i; 2i, 2j; 2j, 2k quer zu ihrer in die Zeichnungsebene hinein verlaufende Längserstreckung etwas überlappen. Die Teilschweißnähte 2a bis 2k weisen jeweils eine Breitenerstreckung in ihrem oberen Bereich von etwa 80 μm auf und verlaufen in Richtung ihrer Tiefenerstreckung zumindest näherungsweise parallel zueinander. Die Teilschweißnähte 2a bis 2k wurden derart eingebracht, dass jede der Teilschweißnähte 2a bis 2k ihr eigenes Schweißbad aufwies, d. h. eine von jeweils zwei unmittelbar benachbarten Einschweißnähten, z. B die Teilschweißnaht 2c, war bereits erstarrt, bevor die jeweils unmittelbar benachbarte Teilschweißnaht, beispielsweise die Teilschweißnaht 2b, erzeugt wurde, so dass die eigenständigen Teilschweißnähte 2a bis 2k resultieren. Aus 1 ist zu erkennen, dass die aus einer Vielzahl von Teilwärmeeinflusszonen 3a bis 3k gebildete Gesamt-Wärmeeinflusszone 3 kleiner ist als die Wärmeeinflusszone einer herkömmlichen Schweißnaht. Dabei muss die gesamte eingebrachte Wärmeenergie bei einer aus Teilschweißnähten 2a bis 2k gebildeten Schweißnaht 1 nicht zwangsläufig geringer sein als die bei einer herkömmlichen Schweißnaht eingebrachte Wärmemenge. Trotzdem sind die Verzugs- und Eigenspannungserscheinungen bei einer aus mehreren Teilschweißnähten 2a bis 2k gebildeten Schweißnaht 1 aufgrund von Überlagerungserscheinungen geringer als bei einer herkömmlichen Schweißnaht. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die Teilschweißnähte 2a bis 2k mit Hilfe von Faserlaserstrahlen erzeugt worden.
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In 2a sind zwei übereinander angeordnete Bauteile 4, 5 aus Metall gezeigt. Zwischen diesen Bauteilen 4, 5 ist ein Fügespalt 6 ausgebildet. Die Bauteile 4, 5 werden mit einer Schweißnaht 1 miteinander verbunden, die aus insgesamt fünf Teilschweißnähten 2a bis 2f gebildet wird, wobei die Teilschweißnähte 2a bis 2f parallel zum Fügespalt 6 verlaufen. Aus 2a ist zu erkennen, dass die Teilschweißnähte 2a bis 2e quer zu ihrer Längserstreckung nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils zwei unmittelbar nebeneinander angeordnete Teilschweißnähte 2a, 2b; 2b, 2c; 2c, 2d; 2d, 2f sich quer zur Längserstreckung überlappen. Die Teilschweißnähte 2a bis 2e werden, wie aus 2a ersichtlich ist, zeitlich versetzt eingebracht. Begonnen wird mit der mittleren Teilschweißnaht 2c, die einen zeitlichen und somit räumlichen, durch den Buchstaben a gekennzeichneten, Vorsprung vor den beiden unmittelbar benachbarten Teilschweißnähten 2b, 2d hat, welche wiederum einen zeitlichen und somit räumlichen Vorsprung gegenüber den beiden äußeren Teilschweißnähten 2a, 2e haben. Der zeitliche Abstand ist so bemessen, dass die Teilschweißnaht 2c im Bereich des vorderen Endes der benachbarten Teilschweißnähte 2b, 2d bereits wieder erstarrt ist. Ebenso sind die Teilschweißnähte 2b, 2d in dem Bereich wieder erstarrt, benachbart zu dem sich die vorderen Enden der äußeren Teilschweißnähte 2a, 2e befinden, so dass sämtliche Teilschweißnähte 2a bis 2k ihr eigenes Schweißbad aufweisen, sich also zwei unmittelbar benachbarte Teilschweißnähte 2a bis 2e nicht unmittelbar vollständig vermischen oder eine gemeinsame Teilschweißnaht bilden.
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In 2b sind die Teilschweißnähte 2a bis 2e gemäß 2a in einer vergrößerten Darstellung gezeigt. Eingezeichnet sind jeweilige thermische Dehnungs- und Schrumpfungseffekte, sowie resultierende Überlagerungseffekte, die vorzugsweise zu einem Ausgleich von Dehnungen und Schrumpfungen führen, was insgesamt zu einem reduzierten Verzug und zu reduzierten Eigenspannungen führt. Jede einzelne Teilschweißnaht 2a bis 2e erzeugt bei Erwärmungen in der Umgebung des eigenständigen Schmelzbades thermische Dehnungen und beim Abkühlen thermische Schrumpfungen. Werden die Schrumpfungen der Teilschweißnähte 2a bis 2e durch die Dehnungen von benachbarten Teilschweißnähten 2a bis 2e (nahezu) ausgeglichen, kann ein Zustand mit geringen Eigenspannungen und einem geringen Verzug erreicht werden. Lediglich bei den äußeren beiden Teilschweißnähten 2a bis 2e, die zuletzt eingebracht werden, können Dehnungen und Schrumpfungen nicht (vollständig) ausgeglichen werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu einem in den 2a und 2b gezeigten zeitlichen Versatz können auch die Startpunkte der Teilschweißnähte 2a bis 2e entlang der Längserstreckung des Fügespaltes 6 versetzt angeordnet werden, um so Teilschweißnähte mit eigenen Schweißbädern zu realisieren. Zusätzlich oder alternativ können zumindest zwei der Teilschweißnähte 2a bis 2e mit unterschiedlichen Schweißgeschwindigkeiten eingebracht werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird die mittlere Teilschweißnaht 2b gegenläufig zu den jeweils unmittelbar benachbarten Teilschweißnähten 2b, 2c und gleichzeitig mit diesen eingebracht um zumindest abschnittsweise separate Schweißbäder zu erzielen. Analog können weitere Teilschweißnähte (nicht gezeigt) alternierend eingebracht werden. Alternativ kann durch numerische Simulation eine optimierte Abfolge berechnet werden.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß den 2a, 2b und 3 sind nicht Gegenstand der Erfindung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind eine Vielzahl von Teilschweißnähten 2a bis 2g parallel zueinander angeordnet. Die Teilschweißnähte 2a bis 2g verlaufen winklig zur Längserstreckung des Fügespalts 6 zwischen den miteinander zu verschweißenden Bauteilen 4, 5. Durch eine geeignete Erzeugungsreihenfolge, die beispielhaft durch die Ziffern 1 bis 6 dargestellt ist, kann eine besonders homogene Energieverteilung entlang der Längserstreckung des Fügespaltes erfolgen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 verlaufen vier Teilschweißnähte 2a bis 2d schlangenlinienförmig um den Fügespalt 6 zwischen den Bauteilen 4, 5 herum. Die Teilschweißnähte 2a bis 2d kreuzen sich jeweils im Bereich der Maxima und Minima. Es ist auch eine nicht kreuzende Anordnung realisierbar.
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In den Figuren 6a bis 6d sind unterschiedliche Schweißnahtgeometrien gezeigt, wobei in einer oberen Reihe der gewünschte, idealisierte Schweißnahtquerschnitt und darunter eine entsprechende Anordnung von Teilschweißnähten 2a bis 2k zum Erzielen des jeweils gewünschten Schweißnahtquerschnitts gezeigt ist.
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In 6a wird ein im wesentlichen rechteckig konturierter Schweißnahtquerschnitt erzielt durch das Erzeugen einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, sich in einer Längsrichtung erstreckenden und in einer Tiefenrichtung parallel zueinander verlaufenden Teilschweißnähten 2a bis 2k.
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In 6b ist eine kehlförmige Schweißnaht gezeigt. Diese kann dadurch realisiert werden, dass die Teilschweißnähte einer Gruppe von in Querrichtung mittigen Teilschweißnähten in Richtung ihrer Tieferstreckung parallel zueinander verlaufen und die Teilschweißnähte einer Gruppe von in Querrichtung äußeren Teilschweißnähten 2a–2k nach innen abgewinkelt werden, also mit der Bauteiloberfläche einen Winkel von > 90° einschließen.
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In 6c ist ein brückenförmig konturierter Schweißnahtquerschnitt gezeigt, bei dem die Teilschweißnähte 2a–2k von jeweils in Querrichtung äußeren Gruppen von Teilschweißnähten eine größere Tiefenerstreckung haben als die zentrisch angeordneten Teilschweißnähte.
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In 6d ist ein besonders vorteilhafter Schweißnahtquerschnitt gezeigt. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass die Breitenerstreckung der aus einer Vielzahl von Teilschweißnähten gebildeten Schweißnaht mit zunehmender Tiefenerstreckung größer wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen den in Querrichtung äußeren Teilschweißnähten und einer sich in Längsrichtung erstreckenden Symmetrieebene der gemeinsamen Schweißnaht ein Winkel α von mehr als 90° besteht. Bei der gezeigten Schweißnaht nimmt die Menge der eingebrachten Wärmeenergie mit zunehmender Schweißnahttiefe zu.
