DE102009035726A1

DE102009035726A1 - Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung

Info

Publication number: DE102009035726A1
Application number: DE102009035726A
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Kluge; Rudolf Paasch
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-08-01
Filing date: 2009-08-01
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung (16) von zwei Werkstücken (12, 14) mittels eines Energiestrahls, bei welchem die Werkstücke (12, 14) an zu verschweißenden Fügeflächen (18) zumindest bereichsweise aneinander anliegen und der Energiestrahl entlang einer durch die zwei Fügeflächen (18) gebildeten Fügestelle geführt wird, wodurch Material der Werkstücke (12, 14) an den zu verschweißenden Fügeflächen (18) aufgeschmolzen und nach einem Abkühlen eine Schweißnaht (16) gebildet wird, wobei zumindest eine Anschlagstelle (20) vorgesehen wird, welche durch zwei jeweilige, korrespondierende und geringer als ein vorbestimmter Schrumpfweg der Schweißnaht (16) in Schrumpfrichtung voneinander beabstandete Anschlagsflächen (24) der Werkstücke (12, 14) gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung sind hinlänglich bekannt. Bei derartigen Verfahren kommt es in der Regel zu einem übermäßigen Verzug von Bauteilen aufgrund eines hohen Energieeintrags in die zu schweißenden Bauteile. Eine Auswirkung dieser Schweißverzüge wird in der Regel einem freien Spiel wirkender Kräfte überlassen. Um dennoch hohe Genauigkeiten sicherzustellen, ist in der Regel eine zweimalige zerspanende Bearbeitung der Bauteile erforderlich, woraus ein Werkstoffverlust resultiert. Diese Bearbeitung, Aufmaße, ein Mehrgewicht und eine Nachbearbeitung zumindest an Referenzflächen erhöhen Kosten für ein derartiges Verfahren bzw. Fertigungskosten zur Herstellung der Schweißverbindung insgesamt erheblich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Kostenreduzierung für das Verfahren ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung mittels eines Energiestrahls, bei welchem die Werkstücke an zu verschweißenden Fügeflächen zumindest bereichsweise aneinander anliegen und der Energiestrahl entlang einer durch die zwei Fügeflächen gebildeten Fügestelle geführt wird, wodurch Material der Werkstücke an den zu verschweißenden Fügeflächen aufgeschmolzen und nach einem Abkühlen eine Schweißnaht gebildet wird, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass zumindest eine Anschlagsstelle vorgesehen wird, welche durch zwei jeweilige, korrespondierende und geringer als ein vorbestimmter Schrumpfweg der Schweißnaht in Schrumpfrichtung voneinander beabstandete Anschlagsflächen der Werkstücke gebildet wird. Durch diese Anschlagsstelle ist ein Begrenzung des Schrumpfweges der Schweißnaht auf ein definiertes Maß ermöglicht, was ein Ausrichten eines Bauteils mit den zwei zu schweißenden Werkstücken an der Anschlagsstelle und nicht etwa entsprechend einem Gleichgewicht von frei gewordenen und induzierten Eigenspannungen des Bauteils infolge eines Energieeintrags ermöglicht.
Eine eingangs erwähnte Vorbearbeitung, Aufmaße und ein daraus resultierendes Mehrgewicht des Bauteils und eine Nachbearbeitung sind somit vermieden, womit im Vergleich zum Stand der Technik geringere Kosten für das Verfahren und für eine Fertigung des Bauteils mit den zwei Werkstücken einhergehen.
Der genannte vorbestimmte Schrumpfweg kann dabei beispielsweise durch Simulationen oder Versuche oder auch anderweitig ermittelt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise eine Querschrumpfung mit einem Schrumpfweg von 0,1 mm einer radialen Laserschweißung durch die Anschlagsstelle auf 0,06 mm begrenzt werden, wodurch ein Ausrichten und somit eine Geradheit eines entsprechendes Bauteils ohne Aufmaß und Nachbearbeitung sichergestellt ist.
Vorteilhafterweise wird die Anschlagsstelle außerhalb eines thermischen Einflussbereichs des Energiestrahls vorgesehen, was eine Beeinflussung der Anschlagsstelle durch einen Energieeintrag des Energiestrahls vermeidet. Dies ermöglicht eine noch definiertere und stärkere Begrenzung des Schrumpfwegs. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei jeglichen Schweißverfahren wie beispielsweise Plasma- oder MAG-Schweißen als auch bei Laserschweißen einsetzbar ist, sei es, dass das Verfahren per Hand oder automatisch durchgeführt wird. In jeglicher Hinsicht erlaubt es eine weitgehende Vermeidung eines undefinierten Schweißverzugs an beispielsweise zerspanend vorbearbeiteten Einzelteilen, sowohl bei einem Einsatz verzugsarmer als auch sonst verzugsträchtiger Schweißverfahren.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die entsprechenden Fügeflächen und die entsprechenden Anschlagsflächen in demselben Bearbeitungsprozess des jeweiligen Werkstücks ausgebildet werden. Dies bedeutet eine hochpräzise Ausbildung der Fügeflächen und der Anschlagsflächen insbesondere zueinander und damit eine weitere Sicherstellung der Vermeidung oder zumindest Minimierung des undefinierten Schweißverzugs.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei einer Verschweißung von zwei Bauteilen einer Getriebewelle, insbesondere einer Getriebewelle für Nutzfahrzeuge, einsetzbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Figur zeigt eine Längsschnittansicht einer Getriebewelle mit zwei Werkstücken, welche über eine Schweißverbindung miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine Anschlagsstelle vorgesehen ist.
Die Figur zeigt eine Getriebewelle 10, welche ein erstes Getriebewellenteilstück 12 und ein zweites Getriebewellenteilstück 14 umfasst.
Die Getriebewellenteilstücke 12 und 14 sind durch eine Schweißnaht 16 miteinander verbunden. Die Schweißnaht 16 ist dabei mittels eines Verfahrens ausgebildet, bei welchem die Getriebewellenteilstücke 12 und 14 an zu verschweißenden Fügeflächen 18 aneinander anliegen und ein Energiestrahl entlang einer durch die zwei Fügeflächen 18 gebildeten Fügestelle geführt wird, wodurch Material der Getriebewellenteilstücke 12 und 14 an den zu verschweißenden Fügeflächen 18 aufgeschmolzen wird und nach einem Abkühlen eine Schweißnaht gebildet wird.
Aufgrund eines Energieeintrags durch den Energiestrahl kommt es zu einem Schweißverzug der Getriebwellenteilstücke 12 und 14 und bei einem Abkühlen der Schweißnaht 16 zu einer Querschrumpfung derselbigen.
Zur Realisierung einer verzugsarmen Schweißverbindung und zur Begrenzung eines Schrumpfwegs der Querschrumpfung der Schweißnaht 16 wird bei dem Verfahren zum Verschweißen der Getriebewellenteilstücke 12 und 14 eine Anschlagsstelle 20 vorgesehen, welche durch zwei jeweilige, korrespondierende und geringer als der vorbestimmte Schrumpfweg der Schweißnaht 16 in Schrumpfrichtung gemäß Richtungspfeilen 22 voneinander beabstandete Anschlagsflächen 24, der Getriebewellenteilstücke 12 und 14 gebildet wird. X bezeichnet dabei einen Abstand der Anschlagsflächen 24 welcher also geringer als der vorbestimmte Schrumpfweg der Schweißnaht 16 ist.
Eine Querschrumpfung der Schweißnaht 16 mit einem Schrumpfweg von beispielsweise 0,1 mm, wobei die Schweißnaht 16 durch eine radiale Laserschweißung ausgebildet wird, kann durch die Anschlagsstelle 20 auf 0,06 mm begrenzt werden, was ein Ausrichten und somit eine Geradheit der Getriebewellenteilstücke 12 und 14 und damit der gesamten Getriebewelle 10 ohne Aufmaß der jeweiligen Getriebewellenteilstücke 12 und 14 und ohne Nachbearbeitung sicherstellt. Somit ist das Ausrichten der Getriebewellenteilstücke 12 und 14 nach der Anschlagsstelle 20 ermöglicht und nicht etwa entsprechend einem Gleichgewicht freigewordener und induzierter Eigenspannungen in Folge des beschriebenen Energieeintrags durch den Energiestrahl.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung (16) von zwei Werkstücken (12, 14) mittels eines Energiestrahls, bei welchem die Werkstücke (12, 14) an zu verschweißenden Fügeflächen (18) zumindest bereichsweise aneinander anliegen und der Energiestrahl entlang einer durch die zwei Fügeflächen (18) gebildeten Fügestelle geführt wird, wodurch Material der Werkstücke (12, 14) an den zu verschweißenden Fügeflächen (18) aufgeschmolzen und nach einem Abkühlen eine Schweißnaht (16) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anschlagsstelle (20) vorgesehen wird, welche durch zwei jeweilige, korrespondierende und geringer als ein vorbestimmter Schrumpfweg der Schweißnaht (16) in Schrumpfrichtung voneinander beabstandete Anschlagsflächen (24) der Werkstücke (12, 14) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagsstelle (20) außerhalb eines thermischen Einflussbereichs des Energiestrahls vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Fügeflächen (18) und die entsprechenden Anschlagsflächen (24) in demselben Bearbeitungsprozess des jeweiligen Werkstücks (12, 14) ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bauteile (12, 14) einer Getriebewelle (10), insbesondere einer Getriebewelle (10) für Nutzfahrzeuge, verschweißt werden.