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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Blechteilanordnung für ein Haushaltsgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Blechteilanordnung für ein Haushaltsgerät gemäß dem Patentanspruch 16 sowie ein solches Haushaltsgerät gemäß dem Patentanspruch 18. Die Blechteilanordnung für das Haushaltsgerät kann ein Spülbehälter einer Geschirrspülmaschine sein.
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Bei der Herstellung von geschweißten Spülbehältern für Geschirrspülmaschinen können Blechteile aus austenitischen oder ferritischen Edelstählen verwendet werden. Ferritische Edelstähle sind im Vergleich zu austenitischen Edelstählen relativ billig. Die Schweißverbindungsstellen von Blechteilen aus ferritischen Stählen weisen aber eine höhere Korrosionsempfindlichkeit auf. Geschirrspülbehälter aus ferritischen Stählen sind daher oftmals nicht geschweißt, sondern gebördelt und abgedichtet.
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Bei der konventionellen Herstellung eines Spülbehälters bilden sich beim Verschweißen zweier Blechteilenden Chromcarbide und in Reaktion mit Sauerstoff Oxidschichten. Beides führt zu einer Korrosionsanfälligkeit des Schweißbereichs, insbesondere beim Kontakt mit Spülflüssigkeit. Bei Rollnaht- oder Quetschnaht-Schweißnähten sind zusätzlich kleine Spalte an den Überlappungsstellen möglich, die zur Spaltkorrosion neigen, insbesondere bei Kontakt mit chloridionenhaltiger Spülflüssigkeit.
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Die Druckschrift
EP 0 771 606 A2 offenbart ein Strahlschweißverfahren, bei welchem ein erster Strahl auf eine zwischen einer Oberfläche eines ersten Blechs und einer Stirnfläche eines zweiten Blechs gebildete Kehle gerichtet ist. Weiterhin ist ein zweiter Strahl auf die freie Kante des zweiten Blechs gerichtet, um diese zu verrunden.
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Die Druckschrift
EP 1 057 577 A2 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht-Oberfläche beim Laserstrahlschweißen, die für die korrosionssichere Aufbringung eines Oberflächenschutzsystems geeignet ist, bei welchem in einem ersten Verfahrensschritt ein Tiefschweißen erfolgt und in einem zweiten Verfahrensschritt die beim Tiefschweißen entstandene Schweißraupe nochmals mit im Vergleich zum ersten Verfahrensschritt geringerer Laserleistung zum Wärmeleit-Schweißen überfahren wird, wobei der jeweils überfahrene Bereich der Schweißraupe über den gesamten Querschnitt oder Bereiche davon aufgeschmolzen wird.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 041 314 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines wasserführenden Haushaltsgerätes, insbesondere einer Geschirrspülmaschine oder Waschmaschine, wenigstens aufweisend einen Spülbehälter zur Aufnahme von Spülgut, welcher wenigstens abschnittsweise aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus rostfreiem Stahl, gebildet ist. Zur Bildung des Spülbehälters werden wenigstens zwei unterschiedliche metallische Werkstoffe verwendet. Weiterhin offenbart die Druckschrift ein wasserführendes Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine oder Waschmaschine, wenigstens aufweisend einen Spülbehälter zur Aufnahme von Spülgut, welcher wenigstens abschnittsweise aus metallischen Werkstoffen, insbesondere aus nichtrostendem Stahl, gebildet ist. Der Spülbehälter ist aus wenigstens zwei unterschiedlichen metallischen Werkstoffen gefertigt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Blechteilanordnung für ein Haushaltsgerät bereitzustellen, bei welchem eine Schweißverbindungsstelle eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, des Patentanspruchs 16 oder des Patentanspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem Patentanspruch erfolgt bei der Herstellung einer Blechteilanordnung für eine Haushaltsgerät in einem Schweißschritt ein Verschweißen von Blechteilenden von zwei Blechteilen, danach in mindestens einem Nachbehandlungsschritt eine Nachbehandlung der gebildeten Schweißverbindungsstelle zum Korrosionsschutz mittels Laserbelichtung und letztlich in mindestens einem Nachbehandlungsschritt ein Schließen eines während des Schweißschritts zwischen den Blechteilenden der beiden Blechteile gebildeten Übergangsspalts.
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Es hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Laserbelichtung die Oberflächenstruktur der Schweißverbindungsstelle derart verändert wird, dass diese eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweist. Auf diese Weise wird die Korrosionsanfälligkeit des Schweißbereichs durch eine verfahrenstechnisch einfache Nachbehandlung wesentlich reduziert.
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Während des Schweißschritts kann sich zwischen den mindestens zwei miteinander zu verbindenden Blechteilenden der beiden Blechteile ein Übergangsspalt bilden. Aufgrund von Kapillarkräften kann sich in dem Übergangsspalt Spülflüssigkeit sammeln und es kann eine sogenannte Spaltkorrosion auftreten. Dadurch, dass der Übergangsspalt in dem mindestens einen Nachbehandlungsschritt durch die Laserbelichtung geschlossen wird, kann eine Spaltkorrosion vermieden werden. Dabei kann das dem Spülraum zugewandte Blechteilende auf der mit Flüssigkeit beaufschlagbaren Seite bis zu seiner Blechkante insbesondere keilförmig zulaufen und/oder in stoffschlüssiger Verbindung mit dem anderen Blechteilende sein.
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Insbesondere kann die Laserbelichtung auf einer mit Flüssigkeit beaufschlagbaren Seite der Schweißverbindungsstelle erfolgen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Schweißnaht eines Geschirrspülbehälters vor einer Korrosion geschützt werden, welche auf den direkten Kontakt der Schweißverbindungsstelle mit Spülflüssigkeit basiert.
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Bevorzugt kann das zumindest eine Blechteil aus ferritischen Stählen und/oder austenitischen Stählen gebildet sein, wodurch die Produktionskosten beispielsweise eines Spülbehälters für eine Geschirrspülmaschine reduziert werden können.
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Insbesondere kann die Schweißverbindungsstelle durch Rollennahtschweißen, vorzugsweise Überlappnaht-, Quetschnaht- oder Stumpfnahtschweißen gebildet sein. Auf diese Weise kann eine durchgehende Schweißnaht anstelle einer Punktschweißnaht gebildet sein, wodurch eine flüssigkeitsdichte Schweißverbindung, beispielsweise für einen Spülbehälter, erzeugt werden kann. Somit kann auf eine weitere Dichtungsmaßnahme, wie zum Beispiel eine Gummidichtung, verzichtet werden.
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Insbesondere kann es für die Massenfertigung zweckmäßig sein, wenn die Schweißverbindungsstelle durch Rollennahtschweißen hergestellt wird. Dadurch lässt sich zum Beispiel eine sich in Tiefenrichtung eines Spülbehälters einer Geschirrspülmaschine durchgängig erstreckende Schweißnaht herstellen.
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Besonders bevorzugt kann die Laserbelichtung zusätzlich an den der Schweißverbindungsstelle angrenzenden Bereichen der Blechteilenden der beiden Blechteile erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass nach dem Schweißschritt auch die angrenzenden Bereiche der Schweißverbindungsstelle korrosionsanfällig sind und auch hier die Korrosionsempfindlichkeit durch eine Laserbelichtung reduziert werden kann.
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Der Energieeintrag bei der erfindungsgemäßen Laserbelichtung kann so gewählt werden, dass die auf der Schweißverbindungsstelle befindliche Oberflächenschicht zumindest teilweise abgetragen wird. So kann die Oberflächenbeschaffenheit derart verändert werden, dass eine fortschreitende Korrosion der Schweißverbindungsstelle vermieden werden kann. Die Oberflächenschicht kann eine Oxidschicht sein.
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Der Energieeintrag der Laserbelichtung kann gegebenenfalls auch so gewählt werden, dass eine nach dem Abtragen der Oberflächenschicht in dem Bereich der gebildeten Schweißverbindungsstelle die freigelegte Oberflächenschicht angeschmolzen wird. Dadurch kann sich sowohl eine Glättung der Oberfläche als auch eine Homogenisierung des Gefüges des Materials des jeweiligen Blechteils ergeben, wodurch die Korrosionsempfindlichkeit der Schweißverbindungsstelle weiter reduziert werden kann.
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Auf der freigelegten, angeschmolzenen Oberflächenschicht kann sich unter Umständen an Luftatmosphäre erneut eine Oxidschicht bilden. Die erneute Bildung einer Oxidschicht kann dadurch vermieden werden, dass der Nachbehandlungsschritt unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
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Alternativ kann der Nachbehandlungsschritt zwei Teilschritte aufweisen, wobei in einem ersten Teilschritt die Oberflächenschicht abgetragen wird und in einem zweiten Teilschritt eine nach der Durchführung des ersten Teilschritts gebildete Oxidschicht abgetragen wird. Auf diese Weise kann eine besonders korrosionsunempfindliche Oberflächenstruktur der Schweißverbindungsstelle realisiert sein und auf die Verwendung von Schutzgas verzichtet werden. Die Laserbelichtung in dem zweiten Teilschritt kann einen im Vergleich zu dem ersten Teilschritt reduzierten Energieeintrag aufweisen. Die Oberflächenschicht kann eine Oxidschicht sein.
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Bevorzugt können die Laserparameter so ausgelegt sein, dass nach der Laserbelichtung eine Oberflächenrauheit mit einem Rz-Wert (Rauheitswert) im Bereich von 0,5 bis 2,5 μm erzeugt ist. Der Rmax-Wert (maximaler Rauheitswert) kann hierbei im bevorzugten Bereich von 0,8 bis 3,0 μm liegen. Auf diese Weise wird zusätzlich eine ausreichend geglättete Oberflächenstruktur der Schweißverbindungsstelle erreicht und eine Korrosionsempfindlichkeit weiter reduziert.
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Bevorzugt kann die Laserbelichtung unter Verwendung eines Kurzpuls-Lasers, insbesondere eines Festkörper-Lasers, erfolgen. Vorteilhaft ist die Verwendung solcher Laser dahingehend, dass die Oberflächenbehandlung der Schweißverbindungsstelle durch Einstellen geeigneter Laserparameter optimiert werden kann.
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Insbesondere kann die Laserbelichtung unter Verwendung einer Festkörper-Laserstrahlung mit einer Pulsdauer im Bereich von 10 bis 500 ns, bevorzugt 60 bis 120 ns, verwendet werden. Auf diese Weise kann die Schweißverbindungsstelle bei jedem Laserpuls mit einer für das Abtragen von Oberflächenmaterial entsprechend großen Energiedichte beaufschlagt werden. Vorteilhaft erfolgt dabei die Laserbelichtung bei einer Energiedichte, beziehungsweise bei einer Leistungsdichte, von 25 bis 100 MW/cm2, insbesondere in einem Bereich zwischen 50 und 75 MW/cm2.
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Insbesondere bei der Festkörperlaser-Belichtung stellt die Pulsfrequenz einen weiteren relevanten Verfahrensparameter dar. So kann für eine im Sinne der Erfindung vorteilhafte Oberflächenbehandlung die Pulsfrequenz bei der Festkörperlaser-Belichtung zwischen 4 und 15 kHz liegen. Bei Pulsfrequenzen unterhalb von 4 kHz steigt entsprechend die Pulsenergie, wodurch die optischen Systeme der Belichtungsvorrichtung unverhältnismäßig hoch belastet werden. Bei einer Pulsfrequenz von über 15 kHz wird dagegen ein bei der Laserbelichtung entstehenden Belichtungspunkt auf der zu behandelnden Oberfläche zu klein.
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Die oben genannten Pulsfrequenzbereiche stellen zusammen mit den genannten Pulsdauerbereichen des Festkörperlasers eine vorteilhafte Parametereinstellung der erfindungsgemäßen Nachbehandlung einer Schweißverbindungsstelle dar. Als serientauglich hat sich insbesondere der Einsatz eines Nd:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 1064 nm erwiesen. Jedoch müssen die Laserparameter den verwendeten Stählen, Materialstärken, Schweißparametern und so weiter angepasst werden.
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Vorteilhaft kann durch die Laserbelichtung eine regelmäßige Oberflächenstruktur entstehen, insbesondere mit Belichtungspunkten, in denen die Oberflächenschicht der Schweißverbindungsstelle zumindest teilweise abgetragen ist. Dabei können die Belichtungspunkte einander überlappen oder mit einem Versatzmaß voneinander beabstandet sein. Auf diese Weise ergeben die Belichtungspunkte ein regelmäßiges Raster auf der behandelten Oberfläche. Die Belichtungspunkte können bevorzugt einen Durchmesser im Bereich zwischen 0,1 und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,1 bis 0,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,2 bis 0,3 mm aufweisen. Für eine großflächig optimale Reduzierung der Korrosionsanfälligkeit können die Belichtungspunkte mit einer Flächendichte von 25 Punkten/cm2, bevorzugt bei 1600 Punkten/cm2, liegen.
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Für eine besonders vorteilhafte Oberflächenbearbeitung ist es bevorzugt, wenn die Oberflächenschicht bis zu einer Tiefe von 2 bis 5 μm, bevorzugt 3 μm, abgetragen werden kann. Der Energieeintrag mittels der Laserbelichtung ist somit entsprechend anzupassen.
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Nachfolgend ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen jeweils schematisch
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1 in einer perspektivischen Darstellung einen Spülbehälter einer erfindungsgemäß ausgebildeten Geschirrspülmaschine in demontiertem Zustand;
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2 in einer Schnittdarstellung entlang der Schnittebene I-I eine Schweißverbindungsstelle des Spülbehälters aus der 1; und
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3 Verfahrensschritte zur Herstellung des Spülbehälters aus der 1.
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In der 1 ist ein Spülbehälter 1 einer handelsüblichen Geschirrspülmaschine gezeigt, welcher einen Spülraum 2 begrenzt. In dem Spülbehälter 1 wird während eines Spülgangs hier nicht dargestelltes Spülgut mit Spülflüssigkeit beaufschlagt. Gemäß der 1 ist der Spülbehälter 1 aus zwei Blechteilen 3, 5 aus einem rostfreien ferritischen Edelstahl gebildet und kastenförmig, insbesondere in Quaderform mit einer frontseitigen Öffnung gestaltet. Das erste Blechteil 3 bildet die beiden Seitenwände 7, 9, die Deckenwand 11 und den Boden 13 des Spülbehälters 1. Das andere, zweite Blechteil 5 ist in der 1 losgelöst von dem Blechteil 3 gezeigt und bildet die Rückwand des Spülbehälters 1. In dem Boden 13 ist eine Aussparung 15 für einen hier nicht dargestellten Pumpentopf vorgesehen.
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Das Blechteil 3 ist ein langgestrecktes Zuschnittteil, das nach einem Biegevorgang den Spülraum 2 mantelförmig eingrenzt. Dessen Blechteilenden 19, 21 sind über eine Schweißverbindungsstelle 17 miteinander verbunden, die in dem unteren Bereich der Seitenwand 9 angeordnet ist. Gemäß der 1 verläuft die Schweißverbindungsstelle 17 entlang der gesamten Bautiefe des Spülbehälters 1.
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In der 2 ist die Geometrie der Schweißverbindungsstelle 17 in dem Seitenprofil sowie in einer vergrößerten Ansicht dargestellt. Wie aus der 2 hervorgeht, weist das Blechteil 3 eine Materialstärke d von etwa 0,4 mm auf. An der Schweißverbindungsstelle 17 sind die beiden überlappenden Blechteilenden 19, 21 des Blechteils 3 über eine Schweißnaht 18 stoffschlüssig miteinander verbunden. Das dem Spülraum 2 zugewandte Blechteilende 19 ist in Richtung auf seine stirnseitige Blechkante 23 keilförmig abgeflacht und mit dem äußeren Blechteilende 21 verschmolzen, wie es mit gestrichelter Linie angedeutet ist. Somit ist das innere Blechteilende 19 bis unmittelbar an seine Blechkante 23 in stoffschlüssiger Verbindung mit dem äußeren Blechteilende 21, das heißt das innere Blechteilende 19 überlappt das äußere Blechteilende 21 entlang einem vorgebbaren Endabschnitt.
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Mit der bis zur Blechkante 23 des inneren Blechteilendes 19 vorgezogenen stoffschlüssigen Verbindung kann ein für Spaltkorrosion anfälliger Übergangsspalt zwischen den Blechteilenden 19, 21 vermieden werden. Das Seitenprofil der Schweißverbindungsstelle 17 wird erfindungsgemäß durch eine später beschriebene Laserbelichtung erreicht.
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Nachfolgend ist anhand der 3 ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Spülbehälters 1 erläutert. So werden zunächst in einem Schweißschritt I die beiden Blechteilenden 19, 21 des kastenförmig gebogenen Blechteils 3, insbesondere mittels Rollnahtverschweißen, verschweißt. Dabei werden zum Beispiel zwei Rollenelektroden 25, 27 entlang der in der 1 gezeigten Bauteiltiefenrichtung x über die zwischen den Rollenelektroden befindlichen, überlappenden Blechteilenden 19, 21 geführt. Durch Stromzufuhr über die Rollenelektroden 25, 27 wird die durchgezogene Schweißnaht 18 mit einer Breite b von 5 mm gebildet.
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Aus der 3 geht hervor, dass zwischen der dem Spülraum 2 zugewandten Seite 29 des äußeren Blechteilendes 21 und der dem Spülraum 2 abgewandten Seite 31 des inneren Blechteilendes 19 ein Übergangsspalt 33 entsteht, welcher in Richtung Spülraum 2 offen ist. Bei Flüssigkeitskontakt kann sich aufgrund von Kapillarkräften zum Beispiel Spülflüssigkeit in dem Übergangsspalt 33 sammeln und es kann eine sogenannte Spaltkorrosion auftreten.
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Um eine Spaltkorrosion zu vermeiden, wird in einem, zwei Teilschritte IIa und IIb aufweisenden Nachbehandlungsschritt der Übergangsspalt 33 geschlossen. Hierzu wird eine Schweißverbindungsstelle 17 in einem Belichtungsbereich a mittels Laserbelichtung nachbehandelt. Wie aus der 3 hervorgeht, ist der Belichtungsbereich a breiter als die Breite b der Schweißnaht 18. Er umfasst insbesondere die Überlappungszone der beiden übereinander liegenden Blechteilenden 19, 21.
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Der Energieeintrag ist bei der Laserbelichtung so gewählt, dass eine Oxidschicht auf der Seite 35 des Blechteilendes 19, der auf der Innenraumseite des Spülbehälters zu liegen kommt, in dem Belichtungsbereich a abgetragen wird, die freigelegte Oberfläche angeschmolzen und der Übergangsspalt 33 geschlossen wird. Wie aus der 3 hervorgeht, läuft die Blechkante 23 des Blechteilendes 19 nach dem Teilschritt IIa keilförmig zu.
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Auf der freigelegten, angeschmolzenen Oberflächenschicht kann sich an Luftatmosphäre eine neue Oxidschicht bilden. Gemäß der 3 wird die neue Oxidschicht durch einen zweiten Nachbehandlungsschritt IIb mittels Laserbelichtung mit vermindertem Energieeintrag entfernt. Alternativ kann die Bildung einer neuen Oxidschicht vermieden werden, indem der Nachbehandlungsschritt IIa unter Schutzgas durchgeführt wird.
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In Abwandlung zu den hier im Ausführungsbeispiel überlappend übereinander miteinander verschweißten Blechteilenden kann die erfindungsgemäße Nachbehandlung deren Verschweißungsbereichs mittels Laserbelichtung auch bei Schweißnähten von Blechteilenden durchgeführt werden, deren stirnseitige Stoßkanten stumpf aneinanderstoßen und/oder aneinander gedrückt werden. Auch der Schweißbereich von sogenannten Quetschnähten, bei denen zwei Blechteilenden sich nur teilweise überlappen und aneinander gequetscht werden, kann in vorteilhafter Weise in analoger Weise mittels Laserbelichtung bearbeitet werden.
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Auf diese Weise ist zwischen zwei miteinander zu verbindenden Blechteilenden, insbesondere eines Spülbehälters einer Geschirrspülmaschine, eine mittels Laserstrahlen behandelte Schweißnaht hergestellt, die ausreichend korrosionsbeständig gemacht ist. Insbesondere kann die Korrosion in der Umgebung beziehungsweise in dem Bereich von Schweißnähten zwischen dünnen Blechteilen aus nichtrostenden ferritischen Stählen und Kombinationen von ferritisch – austenitischen Stählen vermieden oder zumindest soweit verringert werden, dass eine bestimmte, gewünschte Produktlebensdauer eingehalten werden kann. Ursache für Korrosion sind insbesondere beim Schweißprozess gebildete Chromcarbide und durch Reaktion mit Sauerstoff gebildete Oxidschichten. Beides führt zu Korrosionsanfälligkeit des jeweiligen Schweißbereichs. Bei Überlappnaht-, bevorzugt Quetschnahtschweißnähten, oder auch Stumpfstoßnaht-Schweißnähten können zusätzlich kleine Spalte an den Überlappungsstellen oder Stoßstellen der jeweilig beiden miteinander zu verbindenden Blechteilenden möglich, die zu Spaltkorrosion neigen (besonders bei Geschirrspülbehältern mit chloridionenhaltigen Wässern). Um diese Nachteile zu vermeiden, wird erfindungsgemäß nach der Schweißung, insbesondere Rollnahtschweißung, eine zusätzliche Laserbehandlung der Oberfläche über die gesamte Breite der Schweißnaht und zweckmäßigerweise auch darüber hinaus durchgeführt. Dabei kann die Intensität der Laserbehandlung gegebenenfalls so abgestimmt werden, dass die Oberfläche leicht angeschmolzen wird. Dadurch ergeben sich eine Glättung der Oberfläche, sowie eine Homogenisierung des Gefüges, zusätzlich wird der Übergangsspalt verschmolzen. Eine bei dem Aufschmelzen der Oberfläche sich wieder bildende Oxidschicht kann entweder durch Schutzgas vermieden werden, oder durch einen zweiten Laserschritt bei verminderter Energie entfernt werden. Dies hat zusätzlich eine glättende Wirkung. Durch diese Behandlung wird die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht so beeinflusst, dass auch ferritische Edelstahle oder Kombinationen von ferritischen mit austenitischen oder sonstigen Stählen, zum Beispiel an einem Spülbehälter, verwendet werden können. Durch diese Schweißnahtbehandlung wird die Gefahr von Korrosion also soweit gemindert, dass ferritische Edelstahle anstelle von teueren austenitischen Edelstahlen verwendet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spülbehälter
- 2
- Spülraum
- 3
- Blechteil
- 5
- Blechteil
- 7
- Seitenwand
- 9
- Seitenwand
- 11
- Deckenwand
- 13
- Boden
- 15
- Aussparung
- 17
- Schweißverbindungsstelle
- 18
- Schweißnaht
- 19
- Blechteilende
- 21
- Blechteilende
- 23
- Blechkante
- 25
- Rollenelektrode
- 27
- Rollenelektrode
- 29
- Seite
- 31
- Seite
- 33
- Übergangsspalt
- 35
- Seite
- a
- Belichtungsbereich
- b
- Breite
- d
- Materialstärke
- x
- Bautiefenrichtung
- I
- Schweißschritt
- IIa
- Teilschritt des Nachbehandlungsschritts
- IIb
- Teilschritt des Nachbehandlungsschritts
