-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Werkstücks
für ein
thermisches Fügeverfahren
zum Ausbilden einer stoffschlüssigen
Verbindung zwischen wenigstens zwei Flächen eines oder mehrerer Werkstücke mittels
wenigstens einer Fügenaht,
bei dem wenigstens ein Zusatzwerkstoff verwendet wird, ein entsprechendes Werkstück und die
Verwendung eines entsprechenden Werkstücks für ein thermisches Fügeverfahren.
-
In
thermischen Fügeverfahren
wird Wärmeenergie
zur Verbindung von Werkstücken
oder von wenigstens zwei Teilen eines Werkstücks (z. B. bei der Anfertigung
von Rohren) verwendet. Es kann zwischen Schweißverfahren und Lötverfahren
unterschieden werden.
-
Schweißen bezeichnet
das stoffschlüssige unlösbare Verbinden
von Bauteilen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck mit oder
ohne Verwendung von Schweißzusatzwerkstoffen.
Beim Schweißen
schmilzt der Grundwerkstoff auf. Aus dem Grundwerkstoff und den
gegebenenfalls zugeführten
Schweißzusatzwerkstoffen
wird eine Schweißnaht
oder ein Schweißpunkt
erzeugt.
-
Beim
Löten wird
eine stoffschlüssige
Verbindung zwischen Bauteilen hergestellt, indem eine flüssige Phase
durch Schmelzen eines Lotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusion an
den Grenzflächen
(Diffusionslöten)
ausgebildet wird. Beim Löten
wird die Solidustemperatur der Grundwerkstoffe, d. h. die untere
Grenze ihrer Schmelzbereiche, nicht erreicht. Im Gegensatz zu den
Schweißverfahren
schmelzen die Grundwerkstoffe daher beim Löten nicht auf. Es lässt sich
zwischen Hart- und Weichlötverfahren
unterscheiden, wobei die Unterschiede im Wesentlichen in der Schmelz-
bzw. Liquidustemperatur der Lote bestehen. Beim Weichlöten beträgt diese
bis zu 450°C, beim
Hartlöten
bis zu 900°C.
-
Soweit
im folgenden allgemein von ”Bauteilen” oder ”Werkstücken” gesprochen
wird, sollen immer ein oder mehrere Werkstücke gemeint sein, die an Ober-
und Unterseite oder an Stoßflächen verbunden
werden sollen. Man spricht allgemein auch vom Verbinden zweier Fügepartner.
-
Wenngleich
die Erfindung im Folgenden hauptsächlich unter Bezugnahme auf
Schweißverfahren
beschrieben wird, kann sie in gleicher Weise bei Lötverfahren
eingesetzt werden, bei denen ein Zusatzwerkstoff (auch beispielsweise
das Lot) zur Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zugeführt wird.
-
Zur
Herstellung von Schweißnähten in
der erforderlichen Qualität,
bzw. um eine Schweißung bestimmter
Materialien erst zu ermöglichen,
werden bei verschiedensten Schweißverfahren die genannten Zusatzwerkstoffe
(Schweißzusätze) verwendet. Für die unterschiedlichen
zu verschweißenden
Werkstoffe (beispielsweise vergütete
Baustähle,
kaltzähe Stähle, warmfeste
Stähle,
nichtrostende Stähle,
Aluminium-, Kupfer- und/oder Nickellegierungen etc.) werden unterschiedliche,
an das jeweilige Material angepasste Zusatzwerkstoffe verwendet.
-
Die
Zusatzwerkstoffe können
auf unterschiedliche Weise während
des Schweißprozesses zugeführt werden.
Beim einfachen Lichtbogen-Handschweißen werden beispielsweise Stabelektroden verwendet,
für teilmechanische
Schweißverfahren kommen
Fülldrähte und/oder
(Füll-)Draht-/Gas-Kombinationen
zum Einsatz. In einigen Fällen,
wie beispielsweise dem Unterpulverschweißen, werden Draht-Pulver-Kombinationen
eingesetzt. Der Zusatzwerkstoff muss während des Schweißvorganges kontinuierlich
und angepasst an die Schweißgeschwindigkeit
zugeführt
werden.
-
Durch
die Bereitstellung eines Zusatzwerkstoffs mit einer definierten
Zusammensetzung wird eine Verbesserung der Legierungseigenschaften
der Schmelze erreicht. Die Schmelze, die aus Anteilen der (gegebenenfalls
auch unterschiedlichen) Grundwerkstoffe besteht, wird durch den
Schweißzusatz auflegiert.
Hierdurch erhält
sie eine Zusammensetzung, die nach der Erstarrung bestimmte, optimierte Eigenschaften
aufweist. Beispielsweise kann durch eine optimierte Zusammensetzung
eines Zusatzwerkstoffs eine erhöhte
Zugfestigkeit, eine verminderte Riss- und Porenanfälligkeit
und/oder eine erhöhte
Korrosionsfestigkeit bewirkt werden. Ein Beispiel für die Anwendung
eines Zusatzwerkstoffs ist die Zugabe von Drähten mit erhöhtem Siliziumanteil, um
beim Schweißen
von Aluminium die Rissgefahr zu reduzieren. Nickelhaltige Drähte können bei
der Verschweißung
von Gusswerkstoffen zum Einsatz kommen, wodurch eine Schweißbarkeit
solcher Werkstoffe teilweise erst ermöglicht wird. Da während eines
Schweißprozesses
typischerweise ein Verlust von Legierungsbestandteilen (sogenannter Abbrand)
erfolgen kann, sind Schweißzusätze in der Regel
höher legiert
als die Grundmaterialien, um diesen Verlust auszugleichen. Diese
Funktion des Zusatzwerkstoffs hat insbesondere Bedeutung bei Edelstählen, bei
welchen auch im Bereich von Schweißnähten eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit
gewährleistet
sein muss.
-
Bei
neuartigen Schweißverfahren
wie beispielsweise beim Laserschweißen, beim Elektronenstrahlschweißen und
beim Plasma-Stichlochschweißen
kann es zu Schwierigkeiten bei der Bereitstellung der Zusatzwerkstoffe
kommen.
-
Beim
Laserschweißen
dient ein fokussierter Laserstrahl als Energiequelle. Dieser wird
im Schweißkopf
mit Hilfe eines Spiegels oder einer Linse gebündelt. Zur Vermeidung einer
Verschmutzung dient ein sogenannter Crossjet, ein Gasstrom, der quer
durch den Laserkopf fließt.
Das Laserschweißen
erlaubt sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten bei
schmalen Nähten,
die ein großes
Tiefe-Breite-Verhältnis aufweisen.
Beim Laserschweißen
kann mit minimalem Verzug geschweißt werden.
-
Das
Elektronenstrahlschweißen
wird üblicherweise
im Vakuum und in strahlungsabgeschirmten Einheiten durchgeführt. Hierbei
wird die für
den Schweißvorgang
erforderliche Energie durch hochspannungsbeschleunigte Elektronen
in die Prozesszone eingebracht. In der Regel wird ein Triodensystem
(Katode, Steuerelektrode und Anode) zur Erzeugung und Lenkung des
Elektronenstrahls verwendet. Die Energieeinbringung in das Werkstück erfolgt durch
die Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen in Wärme. Auch
dieses Verfahren ermöglicht
hohe Schweißgeschwindigkeiten
bei tiefen und schmalen Schweißnähten.
-
Das
Plasma-Stichlochschweißen
ist ein Schweißverfahren,
bei dem ein mittels eines Lichtbogens und eines Plasmagases erzeugter
und durch eine Kupferdüse
und evtl. ein Fokussiergas eingeschnürter Plasmastrahl ein Werkstück durchtritt.
Diese Fokussierung erzielt eine hohe Energiedichte des Plasmastrahls.
Hierdurch kann die Schweißenergie auf
einer sehr kleinen Fläche
eingebracht werden. Durch die hohe Energiedichte beim Plasma-Stichlochschweißen kann
die Schweißgeschwindigkeit
im Vergleich zum herkömmlichen
Plasmaschweißen
erheblich gesteigert werden.
-
In
allen vorgenannten neuartigen Schweißverfahren sind also hohe Schweißgeschwindigkeiten und
schmale Schweißnähte erzeugbar.
Dies erfolgt in allen Fällen über stark
konzentrierte Schweißenergie
mit hoher Energiedichte. Diese stark konzentrierte Energie erschwert
es jedoch, die Energie bei gleichzeitig hohen Schweißgeschwindigkeiten
reproduzierbar auf das Werkstück
und die zugeführten
Zusatzwerkstoffe (beispielsweise einen Schweißdraht) zu verteilen. Die Schwierigkeiten
nehmen zu, je dünner
der Zusatzdraht wird, da dieser mit geringerem Querschnitt instabiler
wird. Die reproduzierbare Positionierung des Drahtes und insbesondere
seine Förderung
mit konstanter Geschwindigkeit werden hierdurch zunehmend erschwert.
In Einzelfällen
ist es sehr aufwendig bzw. unmöglich,
Schweißzusatzdrähte mit
den benötigten
kleinen Durchmessern herzustellen. Bei der Zuführung pulverförmiger Schweißzusatzwerkstoffe
ergibt sich das Problem in ähnlicher Weise,
da auch hier eine kontinuierliche Zuführung in entsprechend kleinen
Mengen stark erschwert wird.
-
Vor
diesem Hintergrund besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten
Verfahren zur Bereitstellung von Zusatzwerkstoffen insbesondere
bei den genannten thermischen Fügeverfahren,
bei denen mit Schweißstrahlen
(Plasmastrahl, Laserstrahl, Elektronenstrahl) hoher Energiedichte
gearbeitet wird. Gleiches gilt für
entsprechende Lötverfahren, wie
Laserhartlöten
oder Lichtbogen- oder Plasmalöten.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem
thermischen Fügeverfahren,
bei dem mit Strahlen hoher Energiedichte als Energiequelle (für das Schweißen oder
Löten)
und unter Einsatz wenigstens eines Zusatzwerkstoffs (Schweißzusatzes
oder Zusatzmaterials) gearbeitet wird, die Bereitstellung dieses
Zusatzwerkstoffs einfacher und effektiver zu gestalten. Hierdurch
soll die Prozessstabilität,
die Qualität
der Fügenähte und/oder
die maximal realisierbare Fügegeschwindigkeit
verbessert bzw. erhöht
werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks für ein thermisches
Fügeverfahren,
durch ein solches Werkstück
und durch die Verwendung eines solchen Werkstücks für ein thermisches Fügeverfahren
mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung.
-
Erfindungsgemäß wird die
gestellte Aufgabe dadurch gelöst,
dass in einem Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks für ein thermisches
Fügeverfahren
zum Ausbilden einer stoffschlüssigen
Verbindung zwischen wenigstens zwei Flächen eines oder mehrerer Werkstücke mittels
wenigstens einer Fügenaht
unter Verwendung wenigstens eines Zusatzwerkstoffes, wenigstens
einer der Zusatzwerkstoffe bereits vor dem Fügen der Fügepartner auf das bzw. auf
wenigstens ein Werkstück
aufgebracht wird.
-
Unter ”Aufbringen” eines
Zusatzwerkstoffs auf ein Werkstück
vor dem Fügen
wird ein zeitlich möglichst
beständiges
Aufbringen beispielsweise in Form einer Beschichtung verstanden.
Es sollte gewährleistet
sein, dass der aufgebrachte Zusatzwerkstoff bis zur Werkstückbearbeitung
durch das thermische Fügeverfahren
auf dem Werkstück
haften bleibt und sich während
des thermischen Fügeverfahrens wie
ein bisher zugeführter
Zusatzwerkstoff verhält.
Im Folgenden sei der Einfachheit halber von ”Beschichtung” die Rede,
wenn von aufgebrachten Zusatzwerkstoffen gesprochen wird, wobei
dies nicht beschränkend
verstanden werden soll.
-
Es
sei unter ”Zusatzwerkstoff” ein Werkstoff verstanden,
der – wie
oben ausgeführt – in dem
thermischen Fügeverfahren
zusätzlich
zu den Grundwerkstoffen bei der Herstellung einer Fügenaht verwendet
wird. Üblicherweise
kann es sich hierbei beispielsweise um drahtförmige und/oder pulverförmige Zusatzwerkstoffe
handeln. Bei Lötverfahren
sei das Lot als hiervon umfasst anzusehen.
-
Ferner
sei unter ”Grundwerkstoff” das zu
bearbeitende Material verstanden, wobei es sich beispielsweise um
ein, zwei oder mehrere zu verbindende Flächen (Überlapp oder Stoßkanten)
gleichen oder unterschiedlichen Materials handeln kann.
-
Die
Erfindung ermöglicht
es, dass bei einem thermischen Fügeverfahren
entweder gar kein weiterer Zusatzwerkstoff mehr während des
Schweißverfahrens
zugeführt
werden muss oder wenigstens auf einen Teil dieser zuzuführenden
Zusatzwerkstoffe verzichtet werden kann, da der Zusatzwerkstoff
(zumindest teilweise) bereits auf zumindest eine Fügefläche oder
Fügekante
der Fügepartner
aufgebracht ist. Das eigentliche Fügeverfahren kann dann ohne komplizierte
Zuführungen
von Zusatzwerkstoffen auf Standardanlagen stattfinden.
-
Durch
die Erfindung kann die Dosierung von Legierungselementen in der
Fügenaht
durch die geometrischen Abmessungen der Beschichtung sowie ihrer
Zusammensetzung sehr genau eingestellt werden. Diese Dosierung bleibt
auch bei Geschwindigkeitsänderungen
während
des Schweißens
konstant, wohingegen gemäß Stand
der Technik eine Draht- oder Pulverzufuhr an die Schweißgeschwindigkeit angepasst
werden muss. Dies kann im Bereich von Beschleunigungsstrecken Probleme
bereiten. Ferner ist zur Realisierung einer angepassten Zufuhr ein entsprechender
regelungstechnischer Aufwand erforderlich.
-
Durch
die Entkopplung des Fügeprozesses von
der Bereitstellung der Zusatzwerkstoffe können für jeden einzelnen Prozess optimale
Verfahrensparameter gewählt
und die dabei maximal möglichen Geschwindigkeiten
und Qualitäten
erzielt werden. In einem entsprechenden Beschichtungsprozess kann das
technisch und wirtschaftlich optimale Verfahren und/oder Zusatzmaterial
eingesetzt werden. Auf die Anfertigung von speziellen Drähten, Legierungen und/oder
Pulvern kann unter Umständen
verzichtet werden. Die beiden Prozesse können auch räumlich getrennt und beispielsweise
von verschiedenen Zulieferern und Spezialisten mit optimalen Geräten wirtschaftlich
optimiert durchgeführt
werden.
-
Das
Verfahren ist je nach Wahl des Zusatzwerkstoffs geeignet für Metalle,
insbesondere niedrig legierte Stähle,
hoch legierte Stähle,
Stahlguss, Werkzeugstähle,
Aluminium, Titan, Buntmetalle und dergleichen. Ferner ist das Verfahren
auch für
das Verbinden von keramischen Werkstoffen durch Aufspritzen von
Metallen als Zusatzwerkstoff und einem nachfolgenden Aufschmelzen
der metallischen Schicht zwischen den Bauteilen denkbar.
-
In
einer Ausgestaltung können
mehrere Schichten von Zusatzwerkstoffen auf ein Werkstück aufgebracht
werden. Durch die Aufbringung mehrerer Schichten von Reinstoffen
bzw. Komponenten kann eine Mischung dieser Schichten während des späteren Verfahrens,
wie unten erläutert,
bewirkt werden. Auf eine im Vorfeld vorzunehmende Mischung, beispielsweise
die Herstellung von Drähten bestimmter Zusammensetzung
kann daher verzichtet werden. Ferner lassen sich durch schichtweise Aufbringung
tieferliegende Schichten vor Korrosion oder Oxidation schützen, so
dass in dieser Hinsicht nunmehr auch ”anfällige” Materialien in einfacher Weise
als Zusatzstoffe verwendet werden können.
-
Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, dass die chemische Zusammensetzung
und/oder die Menge des oder der Zusatzwerkstoffe während des
Aufbringens auf das Werkstück
variiert wird bzw. werden. Innerhalb eines Schweißprozesses
oder zwischen unterschiedlichen Schweißprozessen können damit
chemisch unterschiedlich zusammengesetzte Zusatzwerkstoffe verwendet
werden, indem diese unterschiedlichen Zusatzwerkstoffe beispielsweise entlang
der späteren
Fügenaht
entsprechend auf das Werkstück
aufgebracht werden. Hierdurch können auch
unterschiedliche Legierungseigenschaften in Abschnitten einer entsprechenden
Schweißnaht
erzielt werden. Bei einer Materialänderung während eines Schweißvorgangs
können
durch eine angepasste Änderung
von Zusatzwerkstoffen adaptiv Eigenschaften der Schweißnaht beeinflusst
werden. Die Beschichtungen können
aus mehr oder weniger artgleichen Materialien zum Grundwerkstoff
bestehen und sich nur in der prozentualen Zusammensetzung unterscheiden.
Es können
jedoch auch zu den Werkstücken
unterschiedliche Materialien (insbesondere solche mit unterschiedlichen
Schmelzpunkt) bereitgestellt werden, wobei das Beschichtungsmaterial dann
als Lot fungieren kann und die Fügeflächen bei dem
Fügeprozess
nicht aufgeschmolzen werden.
-
Ferner
kann auch vorgesehen sein, wenigstens einen Zusatzwerkstoff in unterschiedlichen
Mengen zu verwenden. Hierbei kann es sich entweder um eine Mischungskomponente
einer entsprechenden Zusatzwerkstoffmischung handeln, jedoch kann
auch die Gesamtmenge an Zusatzwerkstoff zwischen Schweißvorgängen oder
während
eines Schweißvorgangs
variiert werden. Hierdurch kann beispielsweise bei Geometrie- und/oder
Materialänderungen während des
Schweißvorgangs
eine größere oder geringere
Menge Zusatzwerkstoff bereits im Vorfeld angepasst bereitgestellt
werden.
-
Durch
die Erfindung wird beim thermischen Fügen vorteilhafterweise eine
materialhomogene Fügenaht
aus wenigstens einem Zusatzwerkstoff und/oder aus wenigstens einem
Zusatzwerkstoff und wenigstens einem aufgeschmolzenen Grundwerkstoff
gebildet. Durch eine Mischung von Grundwerkstoff und Zusatzwerkstoff
wird eine homogene Legierung in der Schmelze erzeugt. Nach der Erstarrung weist
diese dann die gewünschten
Materialeigenschaften auf. Vorteilhafterweise wird der aufgebrachte
Zusatzwerkstoff beim späteren
thermischen Fügeverfahren
vollständig
erfasst, aufgeschmolzen und durch die Bewegung des Schweißbades in
der gesamten Fügenaht
gleichmäßig verteilt.
-
Es
kann sich als vorteilhaft erweisen, die Oberfläche zumindest eines Teils eines
Werkstücks vor
der Aufbringung des wenigstens einen Zusatzwerkstoffs und/oder vor
dem Herstellen der stoffschlüssigen
Verbindung chemisch und/oder mechanisch vorzubehandeln. Die Materialoberfläche kann mit
einer geeigneten Oberflächenstruktur
und/oder mit einer entsprechenden Beschichtung ausgestattet werden,
wodurch die Beschichtung mit dem Zusatzwerkstoff erleichtert wird.
Andererseits kann die Vorbereitung der Oberfläche vor dem Herstellen der stoffschlüssigen Verbindung
ein definiertes Aufrauhen der Oberfläche beinhalten. Hierdurch kann
beim Laserschweißen
eine gegenüber
glatten Oberflächen wesentlich
verbesserte Absorption des Laserstrahls bewirkt werden. Auch Lichtbögen können abhängig von
der Wahl der Materialoberfläche
(sowie der Materialzusammensetzung an der Oberfläche) insbesondere beim Schweißen von
Aluminium effektiver übertragen
werden. Derartige Oberflächenbehandlungen
können
die Energieeinkopplung erhöhen
und damit die Fügegeschwindigkeit
steigern.
-
In
vorteilhafter Weise kann der Zusatzwerkstoff durch ein thermisches
Spritzverfahren aufgebracht werden. Gängige thermische Spritzverfahren sind
das Flammspritzen mit Draht, Stab oder Pulver, das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen,
das Detonationsspritzen, das Plasmaspritzen, das Lichtbogenspritzen
und das Kaltgasspritzen. Die einzelnen Verfahren können den
aufzubringenden Zusatzwerkstoffen und dem Werkstück angepasst werden.
-
In
einigen Fällen
kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, den Zusatzwerkstoff
durch Kleben und/oder Streichen aufzubringen. Kleben und/oder Streichen
haben in diesem Zusammenhang den Vorteil, dass keine besondere apparative
Ausstattung für die
Aufbringung des Zusatzwerkstoffs erforderlich ist.
-
Vorteilhafterweise
wird der Zusatzwerkstoff in der Nähe wenigstens eines zu fügenden Bereichs wenigstens
eines Werkstücks
aufgebracht. Hierdurch kann bewirkt werden, dass der in der Nähe der späteren Fügenaht aufgebrachte
Zusatzwerkstoff während
des Schweißprozesses
vollständig
erfasst, aufgeschmolzen und durch Bewegungen des oder innerhalb
des Schweißbades
in der gesamten Schweißnaht
verteilt wird. Der ”zu
fügende
Bereich” stellt
dabei insbesondere eine Fügekante
eines Werkstücks
(Stumpfstoß)
oder eine Fügefläche (Überlappungsstoß) dar.
-
Mit
besonderem Vorteil werden in einem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellende
Werkstücke
in Form eines Stapels (z. B. Stapel von Blechen) oder einer Rolle
(z. B. Rolle von Metallbändern)
angeordnet, und wenigstens einer der Zusatzwerkstoffe auf eine Stirnseite
des Stapels oder der Rolle aufgebracht.
-
Hierdurch
lassen sich insbesondere Werkstücke
erzeugen, die in Fügeverfahren
verwendbar sind, bei denen wenigstens eine Fügenaht zwischen wenigstens
zwei Fügekanten
(von denen mindestens eine beschichtet ist) in Form eines Stumpfstoßes ausgebildet
wird.
-
Bei
der Herstellung eines Stumpfstoßes kann
ein Zusatzwerkstoff auf wenigstens eine Fügekante (Stirnseite) aufgebracht
werden. Hierdurch liegt der Zusatzwerkstoff über die gesamte Stoßfläche verteilt
vor und wird sehr effektiv bis in den Bereich der Wurzel eingebracht.
Vor allem beim Verschweißen
von dünneren
Werkstücken
(Blechen) kann damit ein entsprechender Beschichtungsprozess an
Werkstückstapeln
oder -rollen (sogenannten Coils) durchgeführt werden. Hierdurch wird
der Beschichtungsprozess (senkrecht zur Blechfläche) wesentlich effektiver
gestaltet und gleichzeitig Verlustmaterial, insbesondere bei Pulverbeschichtung,
reduziert.
-
In
einigen Fällen
kann sich auch als vorteilhaft erweisen, die herzustellenden Werkstücke in Form
eines Stapels mit treppenartig zueinander versetzten Kanten anzuordnen,
und wenigstens einen der Zusatzwerkstoffe auf zueinander versetzte
Bereiche der Werkstücke
aufzubringen. Hierdurch können entsprechend
hergestellte Werkstücke
mit besonderem Vorteil bei Verfahren verwendet werden, bei denen
eine Fügenaht
zwischen wenigstens zwei Fügeflächen in
Form eines Überlappungsstoßes ausgebildet
wird. Durch einen Überlappungsstoß kann eine besonders
feste Verbindung zwischen zwei zu schweißenden Werkstücken hergestellt
werden.
-
Vorteilhafterweise
wird bei Ausbildung eines Überlappungsstoßes wenigstens
ein Zusatzwerkstoff auf wenigstens eine Fügefläche und evtl. Fügekante wenigstens
eines Fügepartners
aufgebracht. In ähnlicher
Weise, wie oben dargestellt, kann auch hier eine Beschichtung von
Werkstückstapeln
oder -rollen (Coils) erfolgen, wobei die einzelnen Materialschichten
treppenartig gegeneinander versetzt sein können. Hierdurch kann der Zusatzwerkstoff
auf einen definierten Bereich am Rand einer jeden Materialschicht
aufgebracht werden. Besonders vorteilhaft kann die dargestellte
Form der Aufbringung des Zusatzwerkstoffs bei geringen Materialstärken verwendet
werden, wenn die auf eine Stirnseite des Materials aufgebrachte
Zusatzwerkstoffmenge ansonsten nicht ausreichen würde.
-
Die
Erfindung umfasst ferner die Verwendung eines entsprechend hergestellten
Werkstücks für ein thermisches
Fügeverfahren.
-
Mit
besonderem Vorteil wird dabei – wie
bereits weiter oben ausgeführt – als thermisches
Fügeverfahren
ein Lötverfahren
und/oder Schweißverfahren
mit konzentrierter Energieeinbringung, insbesondere ein Laserschweißverfahren,
ein Elektronenstrahlschweißverfahren
und/oder ein Plasma-Stichlochschweißverfahren bzw. ein Laserhartlötverfahren oder
ein Lichtbogen- oder Plasmalötverfahren
verwendet. Für
spezielle Verfahren zum Laserschweißen können CO2-Laser, Festkörperlaser,
Scheibenlaser, Faserlaser oder Diodenlasereingesetzt werden.
-
Ein
erfindungsgemäßes Werkstück für ein thermisches
Fügeverfahren
ist gekennzeichnet durch wenigstens einen vor dem Fügen auf
das Werkstück aufgebrachten
Zusatzwerkstoff. Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Zusatzwerkstoff
im Bereich der für
das anschließende
thermische Fügeverfahren verwendeten
Fügenaht
aufgebracht, insbesondere ist der entsprechende Bereich des Werkstücks mit dem
Zusatzwerkstoff beschichtet.
-
Bezüglich weiterer
Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkstücks und seiner Verwendung in
einem thermischen Fügeverfahren
sei im übrigen
auf die bereits oben im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung des
Werkstücks
genannten Merkmale und Vorteile ausdrücklich hingewiesen.
-
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegeben Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichung ausführlich
beschrieben.
-
Figurenbeschreibung
-
1 zeigt
einen im Stumpfstoß durchgeführten Schweißprozess
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
2 zeigt
einen in Stumpfstoß durchgeführten Schweißprozess
gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
3 zeigt
die Beschichtung eines Blechstapels gemäß einer weiteren besonders
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung an einer Stoßkante.
-
4 zeigt
die Beschichtung einer Rolle (Coil) an einer Stoßkante entsprechend einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
5 zeigt
die Beschichtung von Metalloberflächen und Stoßkanten
gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
Gleiche
Bezugszeichen beschreiben gleiche oder entsprechende Elemente, wobei
im Folgenden auf eine wiederholte Erläuterung verzichtet wird.
-
In 1 ist
ein Schweißvorgang
im Stumpfstoß entsprechend
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der 1 sind
zwei Werkstücke, 1, 2,
oder zwei Teile eines Werkstücks
(allgemeiner zwei Fügepartner)
dargestellt, die durch ein Schweißverfahren miteinander verbunden
werden. Die Schweißenergie wird über eine
Schweißdüse oder
-kopf 3 mittels eines Laser-, Elektronen- oder Plasmastrahls 3' und/oder eines
Lichtbogens 3' bewirkt.
In der Abbildung verfährt
die Schweißdüse in Pfeilrichtung
(Bezugszeichen 4) in Bezug auf das Werkstück, wobei das
Werkstück
und/oder die Schweißdüse 3 oder
der Schweißkopf 3 beweglich
sein können.
Die Werkstücke 1, 2 weisen
Stoß-
oder Fügekanten 5, 6 auf.
Auf einem Abschnitt der Stoßkante 5 ist
durch die Schraffur schematisch ein aufgebrachter Schweißzusatzwerkstoff 8 dargestellt.
Durch die Einwirkung des Schweißbrenners
wird der Schweißzusatzwerkstoff 8 zusammen
mit den Werkstücken 1, 2 aufgeschmolzen.
Die Schmelze erstarrt zur Schweißnaht 7. Wenngleich
der 1 nur die Stoßkante 5 mit
einer Beschichtung gezeigt ist, kann ebenso vorgesehen sein, auch
die Stoßkante 6 mit
einem Schweißzusatzwerkstoff 8 zu
beschichten.
-
Ein ähnlicher
Schweißprozess
ist in 2 gezeigt, wobei jedoch eine Oberfläche des
Werkstücks 1 in
der Nähe
der zu verschweißenden
Kante 5 mit einem Schweißzusatzwerkstoff 8 versehen
ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise eine größere Menge
an Schweißzusatzwerkstoff
auf das entsprechende Werkstück 1 aufgebracht
werden, beispielsweise wenn die Materialstärke des Werkstückes zu gering
ist, um an der Stoßkante
eine ausreichende Menge vorzusehen. Unter Einwirkung des Energiestrahls 3' kann beispielsweise
ein Aufschmelzen der Beschichtung 8 bewirkt werden, während die
Werkstücke 1, 2 selbst
nicht aufschmelzen. Durch Kapillarkräfte kann sich der Zusatzwerkstoff
in der Fügefuge verteilen.
Der Zusatzwerkstoff erstarrt schließlich zur Naht 7.
Es handelt es sich hierbei also um ein Lötverfahren. Andererseits kann
auch ein Aufschmelzen der Werkstücke 1, 2 bewirkt
werden, so dass ein Verschweißen
dieser Werkstücke
bewirkt wird.
-
In 3 ist
gezeigt, wie eine Beschichtung eines Stapels 11 von Werkstücken mit
Schweißzusatzwerkstoff
durchgeführt
werden kann. Die Werkstücke 1A bis 1G sind
als Bleche ausgebildet. In Pfeilrichtung 10 wird durch
ein geeignetes Verfahren ein Schweißzusatzwerkstoff 8 auf
die Stirnseiten 5A bis 5G der Bleche 1A bis 1G aufgebracht.
Nach Trennung der Bleche können
diese dann beispielsweise wie im Rahmen der 1 dargestellt
verarbeitet werden.
-
Die 4 zeigt
in entsprechender Weise das Aufbringen von Schweißzusatzwerkstoff 8 auf
die Stirnseite 25 eines in Form einer aufgewickelten Blechspule 20 (Coil)
vorliegenden Werkstücks 1.
-
In 5 ist
gezeigt, wie ein Schweißzusatzwerkstoff 8 in
Pfeilrichtung 10 auf einen Stapel 12 von Werkstücken 1A bis 1G aufgebracht
wird, wobei die Werkstücke 1A bis 1G treppenartig
leicht zueinander versetzt sind. Hierdurch wird bewirkt, dass Zusatzwerkstoff 8 sowohl
auf die Randbereiche der entsprechenden Werkstücke 1A bis 1G,
als auch auf die Kanten 15A bis 15G aufgebracht
wird. Durch ein Beschichtungsverfahren, wie es im Rahmen der 5 dargestellt
ist, kann beispielsweise ein Werkstück für ein Schweiß- bzw.
Lötverfahren
gemäß 2 vorbereitet
werden, insbesondere auch für
ein überlappendes
Fügen von
Werkstückflächen.
-
Es
versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur besonders bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt sind, die den Schutzbereich der Erfindung
nicht beschränken.