DE102010018504A1

DE102010018504A1 - Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils

Info

Publication number: DE102010018504A1
Application number: DE102010018504A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Eipper Konrad; Dipl.-Ing. Weller Martin; Dipl.-Ing. Braunschweig Wolfgang
Original assignee: Daimler AG; Aleris Aluminum Koblenz GmbH
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils (10), insbesondere eines Rohres aus einem Metallhalbzeug, insbesondere aus einem Halbzeug (18) aus einer höherfesten Aluminiumlegierung, bei welchem das Halbzeug (18) entlang einer in Erstreckungsrichtung des herzustellenden Hohlprofils verlaufenden Schweißnaht (25) mittels Reibrührschweißen verschweißt wird, wobei die Schweißnaht (25) während des Schweißens in einer Schweißzone (24) von einer Nahtunterseite (26) her durch einen Gegenhalter (28) gestützt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils, insbesondere eines Rohres aus einem Metallhalbzeug.
Es ist bekannt, Hohlprofile bzw. Rohre durch Schweißen eines entsprechenden vorgebogenen Metallhalbzeuges in Erstreckungsrichtung des herzustellenden Hohlprofils zu fertigen. Zur Herstellung solcher so genannter längsnahtgeschweißter Rohre werden heutzutage ausschließlich Schmelzschweißverfahren verwendet. Solche Schweißverfahren gehen mit einem hohen Wärmeeintrag in das zu verschweißende Halbzeug einher, was insbesondere bei Rohren aus höher festen Leichtmetalllegierungen problematisch ist. Durch den Wärmeeintrag wird hier die Festigkeit und die maximal erreichbare Umformgrad der Hohlprofile bzw. Rohre stark eingeschränkt.
Eine alternative zum Schmelzschweißen ist das so genannte Reibrührschweißen, bei welchem ein rotierender Schweißstift das zu verschweißende Material durch Reibung erwärmt und in der Schweißzone vermischt. Aus der WO 99/39861 ist ein Verfahren zum Reibrührschweißen bekannt, bei welchem zusätzlich mittels einer Hochfrequenzinduktionsspule Wärme in die Schweißzone eingebracht wird, um die Geschwindigkeit des Reibrührschweißens zu erhöhen. Auch hierbei wird die Schweißzone stark erhitzt, wodurch sich das Gefüge insbesondere bei hoch- und höchstfesten Aluminiumlegierungen im Bereich der Schweißzone unvorteilhaft ändert. Insbesondere sinkt die Festigkeit und Umformbarkeit des Materials in der Schweißzone.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches ein schnelles Schweißen von Hohlprofilen bzw. Rohren bei gleichzeitig guter Gefügequalität im Schweißnahtbereich erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils, insbesondere eines Rohres aus einem Metallhalbzeug, wird das Halbzeug entlang einer in Erstreckungsrichtung des herzustellenden Hohlprofils verlaufenden Schweißnaht mittels Reibrührschweißen verschweißt. Während des Schweißens wird die Schweißnaht in einer Schweißzone von einer Nahtunterseite her durch einen Gegenhalter gestützt. Die Stützung durch den Gegenhalter ermöglicht besonders hohe Anpressdrücke des Schweißwerkzeuges an das zu verschweißende Halbzeug, so dass eine schnelle Schweißnahtherstellung ohne zusätzliche induktive Heizung oder dergleichen möglich ist. Bei einem derartigen Verfahren wird besonders wenig Wärme in die Schweißzone eingetragen, so dass es nicht zu unerwünschten Gefügeänderungen kommt. Die Festigkeit und Umformbarkeit des Rohrmaterials bleibt daher vorteilhafterweise erhalten. Vor dem Schweißen muss das Hohlprofil bzw. das Rohr vorgeformt werden. Dies kann vorzugsweise durch Rollprofilieren oder dergleichen erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schweißnaht in einem von einer Außenwand des Halbzeugs abragendem Flanschbereich erzeugt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Schweißnahtherstellung, da sowohl die Schweißnahtoberseite als auch die Schweißnahtunterseite ohne weiteres zugänglich sind. Der Gegenhalter kann dabei besonders einfach angebracht werden, die Herstellung von beliebig langen Hohlprofilen oder Rohren ist problemlos möglich.
Ist ein derartiger, von einer Außenwandung abragender Flansch nicht erwünscht, so kann die Schweißnaht alternativ auch direkt in einer Außenwandung des Halbzeugs erzeugt werden. Hierzu wird bevorzugt der Gegenhalter vor Beginn des Schweißens in einen inneren Hohlraum des Halbzeugs eingeschoben und während des Schweißens dort starr gehalten. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Schweißen derartiger Rohre, wobei die Schweißnahtlänge jedoch durch die Länge des Gegenhalters bzw. durch dessen maximal mögliche Abstützung beschränkt wird. Zweckmäßigerweise wird daher ein zweitteiliger Gegenhalter verwendet, wobei die Teile des Gegenhalters von entgegengesetzten Seiten des Halbzeugs in den inneren Hohlraum eingeschoben werden. Dies verdoppelt die maximal mögliche Schweißnahtlänge.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Halbzeug während des Schweißens bis zu einer maximalen Aufschubtiefe auf einen ersten Gegenhalter aufgeschoben werden, wobei es sich unter Erzeugung eines ersten Schweißnahtbereichs an einem ortsfesten Schweißwerkzeug vorbeibewegt. Die Bewegung des Halbzeuges ist leichter zu realisieren als die Bewegung eines Schweißwerkzeuges, da keine aufwendigen beweglichen Mittel zum Zuführen von Strom oder dergleichen vorgesehen werden müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei Erreichen der maximalen Aufschubtiefe ein zweiter Gegenhalter von einer dem ersten Gegenhalter entgegengesetzten Seite des Halbzeugs in den inneren Hohlraum eingeschoben, wobei gleichzeitig der erste Gegenhalter entfernt wird. Nach Einschieben des zweiten Gegenhalters wird das Halbzeug von dem zweiten Gegenhalter abgezogen, wobei es sich unter Zeugung eines zweiten Schweißnahtbereichs an dem ortsfesten Schweißwerkzeug vorbeibewegt. Dergestalt lassen sich auf apparativ einfache Art und Weise besonders lange Schweißnähte fertigen.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch ein Halbzeug mit Flansch während der Durchführung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Schnittdarstellung durch ein flanschloses Halbzeug während der Durchführung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 und 4 perspektivische und Schnittdarstellungen des Schweißen eines Halbzeugs mit ortsfestem Gegenhalter;
5a bis 5c verschiedene Stadien des Schweißens eines Halbzeugs mit einem zweitteiligen Gegenhalter und beweglichen Schweißwerkzeug; und
6a und 6b Verfahrensstadien des Schweißens eines Halbzeugs mit ortsfestem Schweißwerkzeug und zwei beweglichen Gegenhaltern.
Um ein Rohr oder ein Hohlprofil 10 zu erzeugen, wird zunächst ein Halbzeug, beispielsweise ein Blech aus einer höherfesten oder höchstfesten Aluminiumlegierung durch Rollprofilieren in die gewünschte Profilform gebracht. Um das Profil abzuschließen, muss es noch entlang einer Längsnaht verschweißt werden. Dies kann, wie in 1 gezeigt in einem Flanschbereich 12, in welchem zwei Blechabschnitte 14, 16 des Halbzeugs 18 überlappen, geschehen. Bevorzugt wird hierzu das Reibrührschweißen verwendet, um den Wärmeeintrag zu minimieren und Gefügeveränderungen zu verhindern. Beim Reibrührschweißen wird ein Schweißwerkzeug 20 mit einem rotierenden Stift 22 an den zu schweißenden Bereich 24 angepresst, während von einer Schweißnahtunterseite 26 her ein Gegenhalter 28 in die entgegengesetzte Richtung drückt. Durch die Rotation des Stiftes 22 des Schweißwerkzeugs 20 wird das Material im Schweißbereich 24 plastifiziert und vermischt, so dass bei minimalem Wärmeeintrag eine Schweißnaht hohe Güte entsteht. Soll ein Profil 10 ohne von einer Außenwandung 30 abragende Flansche geschaffen werden, so kann das Schweißen gemäß 2 erfolgen. Der Stift 22 des Schweißwerkzeugs 20 wird wieder entlang einer Fügezone 24 geführt, in welcher Endbereiche 32, 34 des Halbzeuges 18 auf Stoß aufeinander treffen. Der Gegenhalter 28 ist hierbei in einem inneren Hohlraum 36 des Hohlprofils 10 angeordnet.
Wie in 3 gezeigt, kann das Halbzeug 18 in Richtung des Pfeils 38 auf den Gegenhalter aufgeschoben werden, während das Schweißwerkzeug 20 mit dem rotierenden Stift 22 ortsfest bleibt. Die maximale Schweißnahtlänge wird hierbei durch die Länge des Gegenhalters 28 limitiert. 4 zeigt diese Variante des Verfahrens nochmals in einer Schnittdarstellung.
Alternativ hierzu kann, wie in 5a bis 5d dargestellt, ein zweitteiliger, beweglicher Gegenhalter verwendet werden. Hierbei werden zunächst die Teile 38 des Gegenhalters 28 in entgegengesetzter Richtung entlang der Pfeile 40, 42 von beiden Seiten des Halbzeuges 18 her in den inneren Hohlraum 36 des Halbzeuges 18 eingeschoben. Sobald sich die Hälften 38 des Gegenhalters 28 berühren, das Halbzeug 18 also im Schweißbereich 24 auf ganze Länge gestützt ist, wird das Schweißwerkzeug 20 entlang des Pfeils 44 über das Halbzeug 18 bewegt, bis die komplette Schweißnaht ausgebildet ist. Anschließend werden die Hälften 38 des Gegenhalters 28 entlang der Pfeile 46, 48 wieder aus dem inneren Hohlraum 36 des fertigen Profils 10 abgezogen.
Eine weitere Alternative ist in den 6a und 6b gezeigt. Auch hier wird ein zweitteiliger Gegenhalter 28 verwendet. Das Halbzeug 10 wird zunächst auf eine erste Hälfte 50 des Gegenhalters in Richtung des Pfeils 52 aufgeschoben, wobei die erste Hälfte 50 des Gegenhalters 28 in den inneren Hohlraum 36 des Halbzeugs 18 eindringt. Durch das Aufschieben bewegt sich das Halbzeug 18 am Schweißwerkzeug 22 unter Erzeugung einer Schweißnaht vorbei. Wird eine maximale Einschubtiefe des Gegenhalters 28 in den inneren Hohlraum 36 erreicht, so wird die erste Hälfte 50 des Gegenhalters 28 zurückgezogen und eine zweite Hälfte 54 des Gegenhalters 28 von der entgegengesetzten Seite des Halbzeuges 18 in den inneren Hohlraum 36 eingeschoben, bis die zweite Hälfte 54 die Schweißzone 24 von der Nahtunterseite 26 her stützt. Das Halbzeug 18 behält hierbei seine Bewegungsrichtung bei und wird nun in Richtung des Pfeils 52 von der zweiten Hälfte 54 des Gegenhalters 28 abgezogen, bis die Schweißnaht vollendet ist.
Alternativ zu den oben beispielhaft genannten höherfesten oder höchstfesten Aluminiumlegierungen kann mit diesem Verfahren auch ein Halbzeug aus einem anderen Werkstoff, beispielsweise aus einer herkömmlichen Aluminiumlegierung, aus Magnesium oder Titan sowie aus einer Mischform dieser Materialien als Tailored Material zu einem Hohlprofil verschweißt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 99/39861 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils (10), insbesondere eines Rohres aus einem Metallhalbzeug, bei welchem das Halbzeug (18) entlang einer in Erstreckungsrichtung des herzustellenden Hohlprofils verlaufenden Schweißnaht (25) mittels Reibrührschweißen verschweißt wird, wobei die Schweißnaht (25) während des Schweißens in einer Schweißzone (24) von einer Nahtunterseite (26) her durch einen Gegenhalter (28) gestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (25) in einem von einer Außenwandung (30) des Halbzeugs (18) abragendem Flanschbereich (12) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (25) in der Außenwandung (30) des Halbzeugs (18) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter (28) vor Beginn des Schweißens in einen inneren Hohlraum (36) des Halbzeugs (18) eingeschoben und während des Schweißens dort starr gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiteiliger Gegenhalter (28) verwendet wird, wobei die Teile (38) des Gegenhalters von entgegengesetzten Seiten des Halbzeugs (18) in den inneren Hohlraum (36) eingeschoben werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (18) während des Schweißens bis zu einer maximalen Aufschubtiefe auf einen ersten Gegenhalter (54) aufgeschoben wird, wobei es sich unter Erzeugung eines ersten Schweißnahtbereichs an einem ortsfesten Schweißwerkzeug (20) vorbeibewegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der maximalen Aufschubtiefe ein zweiter Gegenhalter (54) von einer dem ersten Gegenhalter (50) entgegengesetzten Seite des Halbzeugs (18) in den inneren Hohlraum (36) eingeschoben wird und gleichzeitig der erste Gegenhalter (50) entfernt wird, und nach Einschieben des zweiten Gegenhalters (54) das Halbzeug (18) von dem zweiten Gegenhalter (54) abgezogen wird, wobei es sich unter Erzeugung eines zweiten Schweißnahtbereichs an dem ortsfesten Schweißwerkzeug (20) vorbeibewegt.