DE102008050992B3

DE102008050992B3 - Nozzle for welding using pulsed laser beam, comprises nozzle channel, which is enclosed by nozzle wall, is flow-throughable by working gas and is supplied to welding wire in guiding tube, where receiving tube is provided for guiding tube

Info

Publication number: DE102008050992B3
Application number: DE102008050992A
Authority: DE
Inventors: Max Ernst; Gerhard Stehle
Original assignee: Individual
Current assignee: JG Weisser Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-13
Filing date: 2008-10-13
Publication date: 2010-04-01
Anticipated expiration: 2028-10-14

Abstract

The nozzle (510) for welding using a pulsed laser beam (5), comprises a nozzle channel (514), which is enclosed by a nozzle wall, is flow-throughable by a working gas and is supplied to a welding wire (3) in a guiding tube, where a receiving tube (516) is provided for the guiding tube and axially completely penetrates the nozzle channel. The nozzle area-wise has a curvature with a radius (R), where the curvature is convexly aligned with respect to the laser beam. The working gas, the welding wire and the guiding tube are guided into the nozzle channel. The nozzle (510) for welding using a pulsed laser beam (5), comprises a nozzle channel (514), which is enclosed by a nozzle wall, is flow-throughable by a working gas and is supplied to a welding wire (3) in a guiding tube, where a receiving tube (516) is provided for the guiding tube and axially completely penetrates the nozzle channel. The nozzle area-wise has a curvature with a radius (R), where the curvature is convexly aligned with respect to the laser beam. The working gas, the welding wire and the guiding tube are guided into the nozzle channel. The receiving tube is fixed inside of the nozzle wall, is arranged in sections with a radial distance (A) to the nozzle wall, is fixed over the entire length (L) through a continuous web on the nozzle wall, is arranged in the nozzle centrally on the entry side and radially outwardly on the exit side, and is arranged on the exit side at a position of the nozzle wall facing a workpiece. The nozzle wall is locally implemented on the exit side with increased wall thickness in an area of the periphery radially opposite to the receiving tube. The receiving tube is arranged on the exit side in an axially projecting manner. The nozzle wall has a cooling device. A channel, through which a cooling agent is conducted, is implemented in the nozzle wall. The nozzle is partially produced by a laser beam welding process, and consists of martensite-hardenable tool steel. Independent claims are included for: (1) an arrangement for welding using a pulsed laser beam; and (2) a method for applying a material on a workpiece using a welding wire, a working gas and a pulsed laser beam.

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gemäß DE 103 27 462 A1 , eine Anordnung zum Schweißen mittels eines gepulsten Lasers mit den Merkmalen des Anspruchs 15 sowie ein Verfahren zum Auftragen eines Materials auf ein Werkstück mittels eines Schweißdrahtes, eines Arbeitsgases und eines gepulsten Laserstrahls mit den Merkmalen des Anspruchs 25. Die betroffenen Werkstücke sind vorzugsweise dreidimensionale (3D), metallische Werkstücke.The invention relates to a nozzle with the features of the preamble of claim 1 according to DE 103 27 462 A1 a pulsed laser welding apparatus having the features of claim 15 and a method of applying a material to a workpiece by means of a welding wire, a working gas and a pulsed laser beam having the features of claim 25. The workpieces concerned are preferably three-dimensional (3D ), metallic workpieces.

Das Auftragen eines Materials auf ein Werkstück mittels eines Laserstrahls unter Zuführen eines Schweißdrahtes fällt unter den Begriff Laserstrahlschweißen. Dabei entsteht an der Stelle des Werkstücks, auf das der Laserstrahl auftrifft eine Schmelze. In diese Stelle wird zusätzlich ein Schweißdraht zugeführt. Beim Laserstrahlschweißen gehört die Schweißdrahtzuführung eher zu den Ausnahmen. Schweißen ohne Schweißdraht ist dagegen sehr verbreitet im Einsatz.The Applying a material to a workpiece by means of a laser beam under feeding a welding wire falls down the term laser beam welding. In this case arises at the location of the workpiece on which the laser beam a melt hits. In this place is additionally an Welding wire supplied. At the laser welding belongs the welding wire feed sooner to the exceptions. welding without welding wire is very common in use.

Die Schmelze muss stets vollständig von einer Schutzgasdecke gegenüber der Atmosphäre abgedeckt sein, damit die Schweißnaht die gewünschte Qualität erhält. Schutzgas kann auf verschiedene Art und Weise zur Schmelze geleitet werden.The Melt must always be complete from a protective gas blanket opposite the atmosphere be covered so that the weld receives the desired quality. protective gas can be sent to the melt in various ways.

DE 198 02 305 C2 offenbart Laserschweißköpfe. In dem darin offenbarten Laserschweißkopf ist eine Düse angeordnet. Zwei Gasaustrittskanäle für ein der Schweißstelle zugeführtes Arbeitsgas und ein Schutzgas sind bezüglich eines Laserstrahls ausgerichtet. Die Gasaustrittskanäle führen die Gase entweder koaxial oder in einem Winkel ≤ 25° bezüglich des Laserstrahls in Richtung des Werkstücks. Der Laserstrahl wird koaxial durch die im Wesentlichen rotationssymmetrische Düse auf das Werk stück gerichtet. Der Düsenkörper ist seitlich von außen nach innen von einer Drahtzuführung durchdrungen. Der Schweißdraht ist somit nahe der Austrittsöffnung in einem Winkel bezüglich des Laserstrahls in die Düse geführt. DE 198 02 305 C2 discloses laser welding heads. In the laser welding head disclosed therein, a nozzle is arranged. Two gas outlet channels for a working gas supplied to the welding point and a protective gas are aligned with respect to a laser beam. The gas outlet channels lead the gases either coaxially or at an angle ≤ 25 ° with respect to the laser beam in the direction of the workpiece. The laser beam is directed coaxially through the substantially rotationally symmetrical nozzle on the workpiece. The nozzle body is laterally penetrated from outside to inside by a wire feed. The welding wire is thus guided near the outlet opening at an angle with respect to the laser beam in the nozzle.

Solche nahezu rotationssymmetrischen Düsen mit zentral ausgerichtetem Laserstrahl schränken einen Anwender bzw. eine Schweißmaschine in der Bewegungsfreiheit deutlich ein, sodass gewisse Geometrien von Werkstücken, beispielsweise starke Krümmungen nicht bearbeitet werden können.Such almost rotationally symmetrical nozzles with centrally aligned laser beam restrict a user or a welding machine clearly in the freedom of movement, so that certain geometries of workpieces, for example, strong bends can not be edited.

Bekannte Laserschweißvorrichtungen weisen außerdem herkömmliche Drahtvorschubeinrichtungen auf, die zumeist ungeregelt den Draht zum Werkstück fördern. Solche Drahtvorschubeinrichtungen müssen somit exakt bezüglich der Werkstückkontur angesteuert werden, sodass gleichmäßig dicke Schweißschichten aufgetragen werden können. Solche exakten Abstimmungen sind schwer zu realisieren oder gar unmöglich, was die Vielfalt der Konturen beim Laserstrahlschweißen bisher deutlich einschränkt. Kann nämlich eine der Kontur des Werkstücks angepaßte Schweißgeschwindigkeit mit entsprechender Drahtvorschubgeschwindigkeit nicht schnell genug synchronisiert werden, werden die Schweißnähte unterschiedlich dick über ihre Länge. Auch wäre es wünschenswert, eine selbsttätige Regelung der Drahtvorschubgeschwindigkeit möglich zu machen, ohne dass Werkstückgeometrien oder Schweißgeschwindigkeiten in eine Berechnung eingehen.Known Laser welding equipment also show conventional Wire feeders on, which usually unregulated the wire to the workpiece promote. Such wire feed devices must therefore exactly with respect to the Workpiece contour be controlled, so evenly thick welding layers can be applied. Such exact votes are hard to realize or even impossible So far, the variety of contours in laser beam welding has been significantly reduced. can namely one of the contour of the workpiece adapted welding speed not fast enough with the appropriate wire feed speed be synchronized, the welds are different in thickness over their Length. Also would it be desirable, an automatic Control the wire feed speed to make possible without that Workpiece geometries or welding speeds to enter into a calculation.

Bekannte Laserstrahlschweißverfahren sind darüber hinaus bezüglich der Vorhersagbarkeit der exakten Stelle, an der Schweißdraht und Laserstrahl sich treffen, ungenau. Der Schweißdraht verlässt zum Einen bekannte Düsen je nach Spannungen im Schweißdraht an verschiedenen Positionen in radialer Richtung des Austrittsquerschnitts der Düse. Zum Anderen sind solche Ungenauigkeiten problematisch, wenn es um ein Fortsetzen einer Schweißnaht oder ein Anknüpfen an einen Heftpunkt geht.Known Laser beam welding process are over it with respect to the predictability of the exact spot at the welding wire and Laser beam meet, inaccurate. The welding wire leaves on the one hand known nozzles depending on Tensions in the welding wire at different positions in the radial direction of the outlet cross-section the nozzle. On the other hand, such inaccuracies are problematic when it comes to a continuation of a weld or a tie goes to a stapling point.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Düse, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Schweißen mittels eines gepulsten Lasers zur Verfügung zu stellen, welche auf komfortable Art und Weise präzise, gleichmäßige Schweißnähte auf einem Werkstück erzeugen, insbesondere wenn enge Werkstückkonturen vorgegeben sind. Ferner ist es Aufgabe, stets eine sichere Abschirmung der entstehenden Schweißnaht gegenüber der Atmosphäre zu gewährleisten.task The present invention is a nozzle, a device and a method of welding by means of a pulsed laser to provide, which on comfortable way precise, uniform welds on a workpiece generate, especially when narrow workpiece contours are given. It is also the task, always a safe shielding of the resulting Weld across from the atmosphere to ensure.

Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Düse mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 26.These Tasks are solved through a nozzle with the features of the characterizing part of claim 1, of a device with the features of claim 17 and a method with the features of claim 26.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.refinements The invention are specified in the respective subclaims.

Die Erfindung ermöglicht durch eine von einem gepulsten Laserstrahl separate Zuführung des Schweißdrahtes gemeinsam mit dem Arbeitsgas eine Zuführung möglichst nahe an eine Schweißstelle des Werkstücks und eine sichere Versorgung mit Arbeitsgas. Die Führung des Drahtes in einem Winkel von etwa 30° bis 60°, insbesondere 45°, zu dem gepulsten Laserstrahl erhöht die Freiheitsgrade zur Bearbeitung komplizierter Geometrien. Die Laserstrahlführung wiederum kann von der Schweißstelle weiter beabstandet angeordnet sein, sodass hierdurch keine Einschränkungen in der Bewegungsfreiheit entstehen, da die raumgreifenden Baugruppen eines Lasergenerators entsprechend weit vom Werkstück entfernt vorgesehen sind. Außerdem ist es vorteil haft, dass der Draht möglichst lang in der Düse geführt ist, damit die Auftreffstelle auf dem Werkstück möglichst bei allen Zuständen des Drahtes exakt vorhergesagt werden kann.By means of a supply of the welding wire separate from a pulsed laser beam, the invention together with the working gas permits a supply as close as possible to a welding point of the workpiece and a secure supply of working gas. The guidance of the wire at an angle of about 30 ° to 60 °, in particular 45 °, to the pulsed laser beam increases the degrees of freedom for processing complicated geometries. The laser beam guide, in turn, may be spaced further apart from the weld, so that there are no restrictions on the freedom of movement, since the bulky assemblies of a laser generator correspondingly far from the factory are provided remotely. In addition, it is advantageous that the wire is guided as long as possible in the nozzle, so that the point of impact on the workpiece can be accurately predicted as possible in all states of the wire.

Eine Drahtvorschubeinrichtung mit einer Sensoreinheit zur Messung der von einem Draht aufgenommenen Druckreaktionskraft und mit einer Regelungseinheit, die aufgrund der gemessenen Druckrektionskraft ein Ansteuersignal an eine Fördereinrichtung abgibt, ist in EP 1 795 292 A1 offenbart. Eine solche Drahtvorschubeinrichtung ist für den erfindungsgemäßen Anwendungsfall im Drahtzuführsystem verwendet. Dadurch werden gleichmäßige Schweißnähte ermöglicht, ohne dass die Geschwindigkeit Bewegung des Werkstücks berücksichtigt werden muss.A wire feed device with a sensor unit for measuring the pressure reaction force picked up by a wire and with a control unit which emits a drive signal to a conveyor on the basis of the measured pressure reaction force is disclosed in US Pat EP 1 795 292 A1 disclosed. Such a wire feed device is used for the application according to the invention in the wire feed system. This allows uniform welds without having to account for the speed of movement of the workpiece.

Gegenüber bekannten Verfahren zum Laserstrahlschweißen (SLM) bietet das erfindungsgemäße Verfahren besondere Vorteile dadurch, dass mit dem gepulsten Laser ein exakter Heftpunkt gesetzt werden kann, ohne dass der Schweißdraht wieder vom Werkstück getrennt wird. Hieran kann nachfolgend die Schweißnaht anknüpfen, ohne dass Feinjustierungen bezüglich des Heftpunkts notwendig sind. Besonders vorteilhaft ist in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Unterbrechen des Bewegens des Werkstücks ermöglicht, bei dem sich ebenfalls der Schweißdraht nicht vom Werkstück löst. Dies ermöglicht beispielsweise den Konturen eines Werkstücks angepasste Ausrichtungen des Lasers, während einer Pause im Schweißprozess. Anschließend ist eine Feinjustierung nicht nötig, da der Schweißdraht noch an der Schweißstelle haftet.Opposite known Method for laser beam welding (SLM) offers the method according to the invention special advantages in that with the pulsed laser a precise Stapling point can be set without the welding wire again from the workpiece is disconnected. This can be followed by the weld, without that fine adjustments regarding of the stapling point are necessary. It is particularly advantageous in one embodiment the method according to the invention allows interrupting the movement of the workpiece, in which also the welding wire does not come off the workpiece. This allows for example, the contours of a workpiece adapted alignments the laser while a break in the welding process. Subsequently is a fine adjustment not necessary because the welding wire still at the weld liable.

In Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Düse und ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Es zeigenIn Drawings are two embodiments the nozzle according to the invention and a embodiment the arrangement of the invention shown. Show it

1 eine Seitenansicht eines Drahtzuführsystems mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Düse, 1 a side view of a wire feed system with a first embodiment of a nozzle,

2 eine weitere Seitenansicht des Drahtzuführsystems aus 2 another side view of the wire feed system

1, wobei die Seitenansichten der 1 und 2 um 90° zueinander gedreht sind. 1 , the side views of the 1 and 2 rotated by 90 ° to each other.

3 eine Detaildarstellung A aus 2 zur vergrößerten Darstellung eines Teils des Drahtzuführsystems, 3 a detailed view A from 2 to enlarge a part of the wire feed system,

4a–f verschiedene Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels eine Düse mit einer Kühleinrichtung. 4a F different views of a second embodiment of a nozzle with a cooling device.

Ein Ausführungsbeispiel eines Drahtzuführsystems 1 ist in den 1 bis 3 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind nicht in allen Figuren alle Bezugszeichen eingetragen.An embodiment of a wire feed system 1 is in the 1 to 3 shown. Identical parts are provided with the same reference numerals. For reasons of clarity, not all figures are entered in all figures.

Ein Ausführungsbeispiel eines Drahtzuführsystems 1 umfasst eine Einrichtung zum Abrollen des Schweißdrahtes 3, eine Drahtvorschubeinrichtung 530, ein Verbindungsrohr 520 und eine Düse 510. Durch das Drahtzuführsystem 1 hindurch ist von der Einrichtung zum Abrollen des Schweißdrahtes 3 bis zu einem Austritt der Düse 510 der Schweißdraht 3 in einem Führungsrohr 538 geführt.An embodiment of a wire feed system 1 includes a device for unwinding the welding wire 3 , a wire feed device 530 , a connecting pipe 520 and a nozzle 510 , Through the wire feed system 1 passes through the device for unwinding the welding wire 3 up to an exit of the nozzle 510 the welding wire 3 in a guide tube 538 guided.

Der Schweißdraht 3 ist unter Spannung auf einer Drahtrolle 30 aufgewickelt. Auf diese Art entstandene Wicklungen sind seitlich durch Kragen 34 in axialer Richtung begrenzt. In radialer Richtung liegen die Wicklungen innen auf einer kreisrunden Fläche auf. Von außen werden sie durch zwei gegenüberliegende Federelemente 36 an die Fläche gedrückt. Somit ist ein selbstständiges Abrollen des Schweißdrahtes 3 verhindert. Die Federelemente 36 haben neben dem Andrücken an die Fläche der Drahtrolle 30 auch die Aufgabe, die Drahtrolle 30 leicht abzubrem sen, wenn sie abgewickelt wird. Dies geschieht durch Betätigen der Drahtvorschubeinrichtung 530. Um ein gleichmäßiges Abwickeln zu ermöglichen, müssen die Wicklungen nebeneinander liegen, sodass eine axial nahezu ebene Umfangsfläche 38 parallel zur Fläche der Drahtrolle 30 entsteht, an welcher die Federelemente 36 anliegen, wobei jede Wicklung der äußersten Lage durch die Federelemente 36 berührt wird.The welding wire 3 is under tension on a wire reel 30 wound. Windings made in this way are laterally by collars 34 limited in the axial direction. In the radial direction, the windings lie on the inside on a circular surface. From the outside they are by two opposite spring elements 36 pressed to the surface. Thus, an independent rolling of the welding wire 3 prevented. The spring elements 36 have next to the pressing on the surface of the wire roll 30 also the task, the wire role 30 easy to bruise when unwound. This is done by pressing the wire feed device 530 , In order to allow a uniform unwinding, the windings must be next to each other, so that an axially almost flat peripheral surface 38 parallel to the surface of the wire roll 30 arises, on which the spring elements 36 abut, wherein each winding of the outermost layer by the spring elements 36 is touched.

Die Drahtrolle 30 ist auf einem Rollenträger 60 aufgespannt. Dazu befinden sich in Speichen des Rollenträgers 60 Rollenspanner 64 in Nuten 62. Die Rollenspanner 64 können in den Nuten 62 radial gegen die Drahtrolle 30 verspannt werden.The wire scroll 30 is on a roll carrier 60 clamped. These are in spokes of the role carrier 60 roll tensioner 64 in grooves 62 , The roll tensioners 64 can in the grooves 62 radially against the wire roll 30 be tense.

Der Rollenträger 60 und die Federelemente 36 sind an einem oberen Abschnitt eines Systemhalters 40 befestigt. Der Rollenträger ist axial in einer Trägerbefestigung 66 aufgenommen. Die Federelemente 36 sind mittels Spannschrauben 32 zum Einen an dem Systemhalter 40 befestigt und zum Anderen mittels der Spannschrauben 32 derart bezüglich einer Verdrehung festgestellt, dass die Kraft bzw. die daraus resultierende Durchbiegung der Federelemente oder einer Verformung einer Gummilippe an einem Ende der Federelemente für das Andrücken des Schweißdrahtes 3 an die Drahtrolle 30 und die Kraft für das Abbremsen für mehrere Lagen von Wicklungen ausreicht.The roller carrier 60 and the spring elements 36 are at an upper portion of a system holder 40 attached. The roller carrier is axially in a carrier attachment 66 added. The spring elements 36 are by means of clamping screws 32 on the one hand on the system holder 40 attached and on the other hand by means of the clamping screws 32 so determined with respect to a rotation that the force or the resulting deflection of the spring elements or a deformation of a rubber lip at one end of the spring elements for pressing the welding wire 3 to the wire scroll 30 and the force for deceleration is sufficient for multiple layers of windings.

An einem unteren Abschnitt des Systemhalters 40 ist die Drahtvorschubeinrichtung 530 befestigt. Der Schweißdraht 3 wird von der Drahtrolle 30 abgewickelt und in die Drahtvorschubeinrichtung 530 eingeführt. Sodann fördert die Drahtvorschubeinrichtung 530 den Schweißdraht 3 und übernimmt selbst das Abwickeln von der Drahtrolle 30.At a lower portion of the system holder 40 is the wire feed device 530 buildin Untitled. The welding wire 3 gets off the wire scroll 30 unwound and in the wire feed device 530 introduced. Then promotes the wire feed device 530 the welding wire 3 and handles the unwinding of the wire roll itself 30 ,

Alle Komponenten des Drahtzuführsystems 1 sind direkt oder indirekt mit dem Systemhalter 40 verbunden. Der Systemhalter 40 trägt somit ein vom Laserstrahl 5 unabhängiges Modul und kann als solches komfortabel an einem Arbeitstisch befestigt und bezüglich des Laserstrahls 5 ausgerichtet werden. Der Arbeitstisch ist in keiner der Figuren dargestellt. Lediglich der Laserstrahl 5 ist in 3 dargestellt. Ein ebenfalls nicht dargestelltes Werkstück ist auf dem Arbeitstisch unter dem Laserstrahl 5 bewegbar aufgenommen. Hierzu eignet sich insbesondere eine Aufnahme mit 5 Achsen.All components of the wire feed system 1 are directly or indirectly with the system holder 40 connected. The system holder 40 thus contributes from the laser beam 5 independent module and as such can be conveniently attached to a work table and with respect to the laser beam 5 be aligned. The work table is not shown in any of the figures. Only the laser beam 5 is in 3 shown. An also not shown workpiece is on the work table under the laser beam 5 movably received. For this purpose, in particular a recording with 5 Axes.

Auch andere Konstruktionen sind mit dem Modul vorstellbar. Der Arbeitstisch ist nicht zwingend notwendig. Die Bauteile können auch auf andere Art und Weise in eine Position zum Laserstrahl 5 gebracht werden oder der Laserstrahl 5 zum Werkstück. Dabei ist es komfortabel, dass das Modul in nahezu allen vorstellbaren Konstruktionen leicht anzubringen und auszurichten ist, sodass eine ausreichende Versorgung mit Schweißdraht 3 und Arbeitsgas gegeben ist.Other constructions are conceivable with the module. The work table is not mandatory. The components can also be moved in a different way to a position to the laser beam 5 be brought or the laser beam 5 to the workpiece. It is convenient that the module is easy to install and align in almost all conceivable constructions, so that there is sufficient supply of welding wire 3 and working gas is given.

Die im Wesentlichen aus der EP 1 795 292 A1 bekannte Drahtvorschubeinrichtung 530 weist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Regelung auf, sodass der Schweißdraht 3 abhängig von einem Gegendruck des Werkstücks auf den Schweißdraht 3 zum Werkstück geführt wird. Ein derart geregelter Antrieb der Drahtvorschubeinrichtung 530 reagiert somit, sobald die Bewegung des Werkstücks andere Fördergeschwindigkeiten benötigt, um eine gleichmäßig dicke Schweißnaht zu erzeugen. Im Extremfall wird die Bewegung des Werkstücks gestoppt. Ohne dass ein Anwender oder eine Maschinensteuerung dies berücksichtigen muss, reagiert die Drahtvorschubeinrichtung 530 mit einem Förderstopp. Wird die Bewegung des Werkstücks wieder fortgesetzt, kommt automatisch auch wieder der Drahtvorschub mit der geforderten Fördergeschwindigkeit in Gang.The essentially from the EP 1 795 292 A1 known wire feed device 530 has in an advantageous embodiment, a control, so that the welding wire 3 depending on a back pressure of the workpiece on the welding wire 3 is guided to the workpiece. Such a controlled drive of the wire feed device 530 thus reacts as soon as the movement of the workpiece requires different delivery speeds in order to produce a uniformly thick weld seam. In extreme cases, the movement of the workpiece is stopped. Without a user or machine control having to take this into account, the wire feeder responds 530 with a production stop. When the movement of the workpiece is resumed, the wire feed automatically starts again at the required conveying speed.

In der Drahtvorschubeinrichtung 530 beginnend wird der Schweißdraht 3 bis über den Austritt der Düse 510 hinaus in einem Führungsrohr 538 geführt. Das Führungsrohr 538 hat dem Schweißdraht 3 zugewandt eine Oberfläche, die einen einwandfreien Lauf des Schweißdrahts 3 ermöglicht. Das Führungsrohr 538 sorgt für einen nahtlosen Übergang zwischen der Drahtvorschubeinrichtung 530 und zwischen den nachfolgenden Komponenten des Drahtzuführsystems 1. Schließlich wird das Führungsrohr 538 durch ein Aufnahmerohr 516 der Düse 510 zur Schweißstelle geführt.In the wire feeder 530 Starting the welding wire 3 until over the outlet of the nozzle 510 out in a guide tube 538 guided. The guide tube 538 has the welding wire 3 facing a surface that ensures proper running of the welding wire 3 allows. The guide tube 538 ensures a seamless transition between the wire feeder 530 and between the subsequent components of the wire feed system 1 , Finally, the guide tube 538 through a pick-up tube 516 the nozzle 510 led to the weld.

Die Komponenten des Drahtzuführsystems 1 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Gewinde miteinander verbunden. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Komponenten mit alternativen Mechanismen, beispielsweise Bayonette-Verschlüssen, zu verbinden. Auch ist es ggf. sinnvoll, Komponenten miteinander zu verschweißen.The components of the wire feed system 1 are connected by threads in the present embodiment. It is of course also possible to connect the components with alternative mechanisms, for example bayonet locks. It may also be useful to weld components together.

Zum Schweißdraht 3 wird im Verbindungsrohr 520 ein Arbeitsgas durch einen Arbeitsgaseinlass 522 eingeleitet. Bei dem Arbeitsgas handelt es sich beispielsweise um ein Schutzgas, insbesondere Argon. Es ist auch denkbar verschiedene Arbeitsgase zu verwenden und somit mehrere Arbeitsgaseinlässe 522 vorzusehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Arbeitsgaseinlass 522 in einem der Düse 510 abgewandten Axialabschnitt des Verbindungsrohrs 520 angeordnet.To the welding wire 3 is in the connecting pipe 520 a working gas through a working gas inlet 522 initiated. The working gas is for example a protective gas, in particular argon. It is also conceivable to use different working gases and thus multiple working gas inlets 522 provided. In the illustrated embodiment, a working gas inlet 522 in one of the nozzle 510 remote axial portion of the connecting pipe 520 arranged.

An das Verbindungsrohr 520 ist als unterste Komponente des Drahtzuführsystems 1 die Düse 510 gasdicht angeschlossen. Ein erstes Ausführungsbeispiel der Düse 510 ist in 3 als Teil einer Detaildarstellung A vergrößert dargestellt. Die Düse 510 ist über ihre gesamte Länge L mit einem Radius R konkav bezüglich des Laserstrahls 5 gekrümmt. Eine ähnliche Krümmung kann in nicht dargestellten Ausführungsbeispielen auch lediglich abschnittsweise ausgeführt sein, wenn beispielsweise Werkstückgeometrien dies erfordern. Die Düse 510 hat oben einen Eintrittsquerschnitt 511 und unten einen Austrittsquerschnitt 519, die durch eine Düsenwand 518 definiert sind. Eine Laserseite der Düsenwand 518 ist dem Laserstrahl 5 zugewandt und eine Schattenseite liegt ihr gegenüber.To the connecting pipe 520 is the lowest component of the wire feed system 1 the nozzle 510 connected gas-tight. A first embodiment of the nozzle 510 is in 3 shown enlarged as part of a detailed representation. The nozzle 510 is over its entire length L with a radius R concave with respect to the laser beam 5 curved. A similar curvature can also be performed only partially in embodiments not shown, for example, if workpiece geometries require it. The nozzle 510 has an entry cross section at the top 511 and below an outlet cross-section 519 passing through a nozzle wall 518 are defined. A laser side of the nozzle wall 518 is the laser beam 5 facing and a shadow side is facing her.

Das Aufnahmerohr 516 für das Führungsrohr 538 ist in dem oberen Eintrittsquerschnitt 511 der Düse 510 zentral angeordnet. Auf der Schattenseite ist das Aufnahmerohr 516 im Inneren der Düse 510 mittels eines durchgehenden Steges 517 über die gesamte Länge L radial nach außen abgestützt. Ein durchgehender Steg 517 hat den Vorteil, dass er eine laminare Strömung des Arbeitsgases durch die Düse 510 nicht stört. In dem unteren Austrittsquerschnitt 519 liegt das Aufnahmerohr 516 unten an der Schattenseite der Düse 510 an und kommt somit dem Werkstück besonders nahe. Das Aufnahmerohr 516 mit dem aufgenommenen Führungsrohr 538 ragt über den Austrittsquerschnitt 519 aus der Düse 510 in Richtung des Werkstücks heraus.The recording tube 516 for the guide tube 538 is in the upper inlet section 511 the nozzle 510 centrally located. On the shadow side is the pickup tube 516 inside the nozzle 510 by means of a continuous web 517 supported over the entire length L radially outward. A continuous bridge 517 has the advantage of providing a laminar flow of working gas through the nozzle 510 does not bother. In the lower outlet cross-section 519 is the recording tube 516 down on the shadow side of the nozzle 510 and thus comes very close to the workpiece. The recording tube 516 with the recorded guide tube 538 protrudes over the outlet cross section 519 from the nozzle 510 out in the direction of the workpiece.

Über dem Schweißdraht 3 strömt das Arbeitsgas in einem Düsenkanal 514. Somit sind in dem Düsenkanal 514 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Düse 510 ausschließlich ein Arbeitsgas und der Schweißdraht 3 geführt.Above the welding wire 3 the working gas flows in a nozzle channel 514 , Thus, in the nozzle channel 514 in the illustrated first embodiment of the nozzle 510 exclusively a working gas and the welding wire 3 guided.

Ein nicht dargestelltes Werkstück läge etwa senkrecht zum Laserstrahl 5 nahe des Austrittsquerschnitts 519 unter des Düse 510, sodass das austretende Arbeitsgas sich glockenartig über die Schweißstelle legt. Eine derartige Gaseinleitung ermög licht Einsparungen an Arbeitsgas gegenüber bekannten Laserstrahlschweißverfahren. Zur Unterstützung der glockenartigen Ausbildung einer Schutzgasdecke über der Schweißstelle ist die Düsenwand 518 in einem Bereich nahe des Austrittsquerschnitts 519 zum Austrittsquerschnitt 519 hin auf der Laserseite mit einer verdickten Wandstärke ausgeführt, um die Strömung des Arbeitsgases nach unten abzulenken.An unillustrated workpiece would be approximately perpendicular to the laser beam 5 near the outlet section 519 under the nozzle 510 , so that the escaping working gas lays bell-like over the weld. Such gas introduction made light savings on working gas over known laser beam welding. To support the bell-like formation of a protective blanket over the weld, the nozzle wall 518 in a region near the outlet cross-section 519 to the outlet section 519 out on the laser side with a thickened wall thickness to deflect the flow of the working gas downwards.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Düse 510' ist in den 4a bis 4f dargestellt. Die Düse 510' unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel der Düse 510 dadurch, dass die Düsenwand eine Kühleinrichtung 540 aufweist. In einem zumindest abschnittsweise nahezu parallel zum Schweißdraht verlaufenden Kanal 542 wird ein Kühlmittel in Richtung des Austrittsquerschnitts 519' geführt. Bevor der Austrittsquerschnitt 519' erreicht wird, wird das Kühlmittel in Umfangsrichtung in der Düsenwand 518' zu einem Abführkanal umgeleitet.A second embodiment of a nozzle 510 ' is in the 4a to 4f shown. The nozzle 510 ' differs from the first embodiment of the nozzle 510 in that the nozzle wall is a cooling device 540 having. In an at least partially substantially parallel to the welding wire channel 542 is a coolant in the direction of the outlet cross-section 519 ' guided. Before the outlet section 519 ' is achieved, the coolant in the circumferential direction in the nozzle wall 518 ' redirected to a discharge channel.

Das Kühlmittel ist bevorzugt deionisiertes Wasser. Alternativ kommen auch andere Kühlmittel in flüssiger oder gasförmiger Form zum Einsatz, beispielsweise Druckluft.The coolant is preferably deionized water. Alternatively, there are others Coolant in liquid or gaseous Form for use, such as compressed air.

Beide Düsen (510, 510') der Ausführungsbeispiele sind mittels eines Verfahrens zum Laserschweißen hergestellt. Die Düsen (510, 510') bestehen aus Martensit-aushärtbarem Werkzeugstahl 1.2709. Andere Materialien kommen ebenfalls in Frage.Both nozzles ( 510 . 510 ' ) of the embodiments are produced by means of a method for laser welding. The nozzles ( 510 . 510 ' ) consist of martensite hardenable tool steel 1.2709. Other materials are also possible.

11: Drahtzuführsystemwire feeding system
33: Schweißdrahtwelding wire
55: Laserstrahllaser beam
3030: Drahtrollewire roll
3232: Spannschraubeclamping screw
3434: Kragencollar
3636: Federelementspring element
3838: Wickelumfangwinding periphery
4040: Systemhaltersystem support
6060: Rollenträgerroller carrier
6262: Nutgroove
6464: Rollenspannerroll tensioner
6666: TrägerbefestigungBracket Mount
510, 510'510 510 ': Düsejet
511, 511'511 511 ': EintrittsquerschnittInlet cross-section
512512: ArbeitsgaskanalWorking gas channel
514514: Düsenkanalnozzle channel
516516: Aufnahmerohrreceiving tube
517517: Stegweb
518, 518'518 518 ': Düsenwandnozzle wall
519, 519'519, 519 ': AustrittsquerschnittOutlet cross section
520520: Verbindungsrohrconnecting pipe
522522: ArbeitsgaseinlassWorking gas inlet
530530: DrahtvorschubeinrichtungWire feeder
538538: Führungsrohrguide tube
540540: Kühleinrichtungcooling device
542542: Kanalchannel
AA: Abstanddistance
LL: Längelength
RR: Radiusradius

Claims

Jet ( 510 . 510 ' ) for welding by means of a pulsed laser beam ( 5 ) with - a nozzle channel ( 514 ), from a nozzle wall ( 518 ) is enclosed and can be flowed through by at least one working gas and a welding wire ( 3 ) in a guide tube ( 538 ) can be fed, wherein a receiving tube ( 516 ) for the guide tube ( 538 ), characterized in that the receiving tube ( 516 ) the nozzle channel ( 514 ) axially completely penetrated.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to claim 1, characterized in that the nozzle ( 510 . 510 ' ) at least in sections has a curvature with a radius (R), wherein the curvature with respect to the laser beam ( 5 ) convexly aligned.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the claims 1 or 2, characterized in that in the nozzle channel ( 514 ) exclusively a working gas, the welding wire ( 3 ) and the guide tube ( 538 ) are guided.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving tube ( 516 ) inside the nozzle wall ( 518 . 518 ' ) is fixed.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving tube ( 516 ) at least in sections with a radial distance (A) to the nozzle wall ( 518 ) is arranged.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of claims 4 or 5, characterized in that the receiving tube ( 516 ) over the entire length (L) by a continuous web ( 517 ) on the nozzle wall ( 518 . 518 ' ) is fixed.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the receiving tube ( 516 ) in the nozzle ( 510 . 510 ' ) is arranged centrally on the inlet side and radially on the outlet side.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to claim 7, characterized characterized in that the receiving tube ( 516 ) on the outlet side at a location of the nozzle wall facing a workpiece ( 518 . 518 ' ) is arranged.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle wall ( 518 ) on the outlet side in a region of the circumference radially opposite the receiving tube ( 516 ) is executed at least locally with increased wall thickness.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving tube ( 516 ) is arranged on the outlet side axially protruding.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle wall ( 518 ) a cooling device ( 540 ) having.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to claim 11, characterized in that in the nozzle wall ( 518 ) a channel ( 542 () 540 ) is performed, through which a coolant is hindurchleitbar.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle ( 510 . 510 ' ) is at least partially made by a laser beam welding (SLM) process.

Jet ( 510 . 510 ' ) according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzle ( 510 . 510 ' ) consists of martensite hardenable tool steel 1.2709.

Arrangement for welding by means of a pulsed laser beam ( 5 ) with a wire feed system ( 1 ), wherein the wire feed system ( 1 ) comprises: - a device for unwinding the welding wire ( 3 ), - a wire feed device ( 530 ), - a guide tube ( 538 ) for the welding wire ( 3 ), - a connecting tube ( 520 ) with at least one working gas inlet ( 522 ) and - a nozzle ( 510 . 510 ' ) according to one of claims 1 to 14.

Arrangement according to claim 15, characterized in that an angle (α) between that from the nozzle ( 510 . 510 ' ) emerging welding wire ( 3 ) and outside the nozzle ( 510 . 510 ' ) incident on a workpiece laser beam ( 5 ) is adjustable in a range of 30 ° to 60 °, in particular 45 °.

Arrangement according to one of claims 15 or 16, characterized in that the welding wire ( 3 ) in the wire feed system ( 1 ) Is feasible together with the working gas to a workpiece.

Arrangement according to one of claims 15 to 17, characterized in that the guide tube ( 538 ) starting in the wire feed device ( 530 ) is disposed axially to the plane of the nozzle exit, in particular beyond the nozzle exit, throughout.

Arrangement according to one of claims 15 to 18, characterized in that the nozzle ( 510 . 510 ' ), in particular with a screw or Bayonetteverbindung, to the connecting pipe ( 538 ) connected.

Arrangement according to one of claims 15 to 19, characterized in that the nozzle ( 510 . 510 ' ) and the connecting tube ( 520 ) in one piece and interchangeable with a screw or Bayonetteverbindung to the wire feed device ( 530 ) are connected.

Arrangement according to one of claims 15 to 20, characterized in that the wire feed device ( 530 ) has a control, so that the welding wire ( 3 ) is dependent on a back pressure of a workpiece on the welding wire to the workpiece conveyed.

Arrangement according to one of claims 15 to 21, characterized in that the working gas in one of the nozzle ( 510 . 510 ' ) facing away from axial section of the connecting tube ( 520 ) in the connecting tube ( 520 ) can be introduced.

Arrangement according to one of claims 15 to 22, characterized in that the means for unrolling the welding wire ( 3 ) a wire roll ( 30 ) with in particular on the wire winding adjacent spring elements ( 36 ).

Arrangement according to one of claims 15 to 23, characterized in that the wire feed system ( 1 ) one of the laser beam ( 5 ) independent, all facilities for the management of the welding wire ( 3 ) module is.

Method for applying a material to a workpiece by means of a welding wire ( 3 ), a working gas and a pulsed laser beam ( 5 ), the welding wire ( 3 ) and the working gas through a nozzle ( 510 . 510 ' ) according to one of claims 1 to 14, with the following method steps: a. Aligning the workpiece with respect to the laser beam ( 5 b. Unwinding the welding wire ( 3 ) by activating a wire feed device ( 530 ) c. Activating the laser beam ( 5 ), d. Moving the workpiece along a predetermined space curve to create the predetermined contour by applying the material, e. Disabling the wire feeder ( 530 ) and f. Disconnecting the connection between the welding wire ( 3 ) and the workpiece with a pulse of the laser.

A method according to claim 25, characterized in that for interrupting and then continuing the application, the following method steps are interposed: g. Deactivating the laser and then immediately deactivating the movement of the workpiece without disabling the wire feeding device ( 530 ) to interrupt the application so that the welding wire ( 3 ) remains connected to the workpiece, and h. reactivation of moving the workpiece and reactivation of the pulsed laser beam ( 3 ) to continue the application.

Method according to one of claims 25 or 26, characterized in that a gas, in particular compressed air, as a coolant in a cooling device ( 540 ) of the nozzle ( 510 . 510 ' ) is used.

Method according to one of claims 25 or 26, characterized in that a liquid, in particular deionized water, as a coolant in a cooling device ( 540 ) of the nozzle ( 510 . 510 ' ) is used.