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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Einschweißtiefe beim Verschweißen zweier Werkstücke.
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DE 10 155 384 A1 offenbart ein Verfahren zur Schnellanalyse von metallischer Schmelze oder von Gussteilen, bei dem das zu analysierende Metall bzw. die Probe mittels eines Laserstrahls verdampft und der erzeugte Metalldampf einer Emissions-Spektralanalyse zum quantitativen oder qualitativen Nachweis von Legierungsbestandteilen unterzogen wird.
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DE 10 2004 004 666 B3 offenbart ein Schweißverfahren, bei dem eine Durchmischung eines auf einem Basismaterial aufgetragenen Materials mit dem Basismaterial durch spektroskopische Analyse des vom erzeugten Plasma emittierten elektromagnetischen Wellenspektrums überprüft wird.
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In der
US 2008/0210674 A1 ist ein Verfahren zum Verschweißen von vollverzinkten Blechen gezeigt, bei dem zeitgleich Spektrallinien von Zink und in den Werkstücken enthaltenem Eisen detektiert werden. Das Schweißverfahren wird anhand der detektierten Spektrallinien derart geregelt, dass ein zu schnelles Verkochen der Zinkschicht vermieden und so einer unerwünschten Porenbildung der zu erzeugenden Schweißnaht entgegengewirkt wird. Ein Regeln der Einschweißtiefe ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
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Auch aus der
DE 1 912 344 A ist es bekannt, während eines Schweißprozesses ein aus einer Schweißzone emittiertes elektromagnetisches Wellenspektrum spektroskopisch zu erfassen. Das emittierte Wellenspektrum wird bei charakteristischen Spektrallinien eines Markerstoffs ausgewertet und die Einschweißtiefe in Abhängigkeit von einer Intensität der detektierten Spektrallinie(n) geregelt. Als Markerstoff kann ein in den Werkstücken enthaltenes Werkstoffelement oder aber Zink herangezogen werden, das in beidseitig aufgetragenen Korrosionsschutzschichten der Werkstücke enthalten ist. Im Falle eines beabsichtigten Durchschweißens der Werkstücke wird vorgeschlagen, den Markerstoff in Richtung des Laserstrahls hinter den miteinander zu verschweißenden Werkstücken als Opfermaterial anzuordnen. Bei einem fehlenden Durchschweißen der Werkstücke ist mit den genannten Verfahren ein nur wenig differenziertes Regeln der Einschweißtiefe möglich. Darüber hinaus ist keines dieser Verfahren für einen universellen Einsatz zum Regeln der Einschweißtiefe geeignet. Im Falle der Verwendung des beidseitig auf den Werkstücken angeordneten Zinks als Markerstoff ist die Regelung der Einschweißtiefe unsicher und störanfällig.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Regeln einer Einschweißtiefe beim Verschweißen zweier Werkstücke anzugeben, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet und das insbesondere universell einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Markerstoff vor dem Schweißprozess ausschließlich, d. h. selektiv lokal, zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Werkstücken angeordnet. Es versteht sich, dass der Markerstoff im Idealfall nicht oder nur in einer unwesentlichen Konzentration in dem Material der Werkstücke enthalten ist. Dadurch kann die Einschweißtiefe während des Schweißprozesses insgesamt differenzierter und auf eine gegenüber Störungen robustere Weise geregelt werden. Sofern der Markerstoff durch den beim Schweißprozess erforderlichen Energieeintrag zumindest teilweise verdampft (vaporisiert) und/oder ionisiert wird, können in dem von der Schweißzone emittierten elektromagnetischen Wellenspektrum eine oder auch mehrere charakteristische Spektrallinien des Markerstoffs nachgewiesen werden. Die gemessene Intensität der charakteristischen Spektrallinie des Markerstoffs korreliert mit einer Einschweißtiefe beim Verschweißen der Werkstücke. Die Einschweißtiefe kann somit anhand der (Intensität der) Spektrallinie des Markerstoffs auf einfache Weise geregelt werden. Ist die Intensität der Spektrallinie geringer als eine vorgegebene Soll-Intensität, die einer gewünschten (Soll-)Einschweißtiefe entspricht, so wird aufgrund einer nicht ausreichenden Einschweißtiefe eine zu geringe Menge des Markerstoffs vaporisiert/ionisiert. Die Einschweißtiefe kann durch Verändern von Schweißparametern, beispielsweise einer Erhöhung der Leistung eines beim Schweißen eingesetzten Schweißwerkzeugs (Schweißbrenner, Laserstrahl), bzw. durch eine Verringerung der Schweißgeschwindigkeit nachgeregelt werden, bis die gemessene Intensität der charakteristischen Spektrallinie des Markerstoffs der vorgegebenen Soll-Intensität entspricht. Übersteigt die gemessene Intensität der charakteristischen Spektrallinie des Markerstoffs eine der gewünschten Soll-Einschweißtiefe entsprechende Soll-Intensität, so ist die Einschweißtiefe zu groß. Die Einschweißtiefe wird in diesem Falle durch entsprechende Änderung der Schweißparameter verringert, bis die gemessene Intensität der Soll-Intensität entspricht. Durch das selektive Anordnen des Markerstoffs zwischen den beiden Werkstücken kann das Verfahren auf kostengünstige Weise beim Verschweißen von Werkstücken aus einem beliebigen Material eingesetzt werden. Die Werkstücke können dabei dieselbe Werkstoffzusammensetzung oder auch eine unterschiedliche Werkstoffzusammensetzung aufweisen. Darüber hinaus ist es für das erfindungsgemäße Verfahren unerheblich, ob die Werkstücke blank oder aber oberflächenbehandelt, insbesondere beidseits mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen, sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist beim Verschweißen der Werkstücke im Bereich eines Überlappstoßes oder eines Stumpfstoßes gleichermaßen geeignet.
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Nach der Erfindung wird der Markerstoff bevorzugt nur im Bereich des Fügestoßes der beiden Werkstücke angeordnet. Dies bietet Zeit- und Kostenvorteile. Darüber hinaus können die Werkstücke unmittelbar weiterverarbeitet werden, ohne zuvor überschüssigen Markerstoff entfernen zu müssen.
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Der Markerstoff wird nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auf einem der beiden oder auf beide Werkstücke (einseitig) aufgetragen. Dies bietet einerseits fertigungstechnische Vorteile, da der Markerstoff so besonders sparsam und im Wesentlichen unverlierbar an vorgegebenen Stellen des Werkstücks befestigt werden kann. Eine unerwünschte Positionsänderung des Markerstoffs während des Schweißprozesses kann dadurch verhindert werden.
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Zum Auftragen des Markerstoffs können jeweils geeignete Beschichtungsverfahren, insbesondere ein nasschemisches Beschichtungsverfahren oder beispielsweise auch ein Plasmabeschichtungsverfahren, eingesetzt werden.
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Der Markerstoff kann nach der Erfindung insbesondere als Bestandteil einer Legierungsbeschichtung auf eines der beiden Werkstücke oder auf beide Werkstücke aufgetragen werden. Die Legierungsbeschichtung weist dabei bevorzugt eine im Hinblick auf an den Werkstücken auftretende Heißrisse protektive Wirkung auf. Sofern Werkstücken aus Aluminium bzw. aus einer Aluminiumlegierung miteinander verschweißt werden, kann der Markerstoff insbesondere Bestandteil einer Siliziumlegierungsbeschichtung, insbesondere das darin enthaltene Silizium selbst, sein.
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Der Markerstoff kann nach der Erfindung zwischen den Stoßflächen der Werkstücke auch lose oder geklemmt gehalten angeordnet werden. Dadurch erübrigen sich mitunter aufwendige Beschichtungsverfahren. Auch kann dadurch die Einsatzbreite des Verfahrens nochmals vergrößert werden.
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Im Hinblick auf eine besonders einfache Handhabung und Positionierung des Markerstoffs zwischen den Werkstücken kann dieser erfindungsgemäß auf ein Trägermaterial, beispielsweise auf eine (Kunststoff-)Folie, aufgebracht werden. Die Folie ist vorzugsweise mit einem Klebstoff versehen oder selbstklebend ausgeführt und kann so vereinfacht an den Werkstücken fixiert werden. Darüber hinaus kann überschüssiger Markerstoff nach dem Schweißprozess vereinfacht entfernt werden, indem die Folie von dem/den Werkstücken abgezogen wird.
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Als Markerstoff können insbesondere chemische Elemente wie Kalium, Kalzium, Lithium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Kupfer oder auch andere chemische Elemente eingesetzt werden, die beim Verschweißen der beiden Werkstücke in einen (instabilen) angeregten energetischen Zustand überführt und dadurch spektroskopisch nachgewiesen werden können.
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Nach der Erfindung können auch mehrere unterschiedliche Markerstoffe eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich ein nochmals weiteres Einsatzspektrum des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ist einer der beiden Markerstoffe in einer nicht nur unwesentlichen Menge pro Volumeneinheit in einem oder beiden Werkstücken enthalten, so kann die Einschweißtiefe anhand der Intensität der Spektrallinie eines anderen Markerstoffs geregelt werden. In dem Falle, dass die Markerstoffe an unterschiedlichen Positionen zwischen den Werkstücken angeordnet werden, kann die Einschweißtiefe darüber hinaus nochmals präziser geregelt werden.
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Sofern die Werkstücke im Bereich eines Überlappstoßes miteinander verschweißt werden, kann beispielsweise ein erster Markerstoff unmittelbar auf einer Fügelinie angeordnet werden, entlang derer die Werkstücke miteinander verschweißt werden. Ein zweiter Markerstoff kann – in der Ebene des Fügestoßes – beispielsweise zu beiden Seiten des ersten Markerstoffs angeordnet werden. Die Einschweißtiefe kann dadurch zusätzlich anhand der Intensität der charakteristischen Spektrallinie des zweiten Markerstoffs (fein)geregelt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Regeln der Einschweißtiefe beim Laserschweißen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 zwei Werkstücke, die mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt werden, wobei ein von der Schweißzone emittiertes elektromagnetisches Wellenspektrum an einer charakteristischen Spektrallinie für einen ausschließlich zwischen den beiden Werkstücken angeordneten Markerstoff ausgewertet und die Einschweißtiefe anhand einer messtechnisch bestimmten Intensität der Spektrallinie des Markerstoffs geregelt wird, in einer Schnittdarstellung;
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2 die zwei Werkstücke aus 1 bei einer für eine Anbindung der beiden Werkstücke optimalen Schweißtiefe, bei der die Intensität Iist der charakteristischen Spektrallinie des Markerstoffs einer vorgegebenen Sollintensität ISoll1 entspricht, in einer Schnittdarstellung;
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3 die zwei Werkstücke aus 1 beim gezielten Durchschweißen der Werkstücke, bei dem die Intensität Iist der charakteristischen Spektrallinie des Markerstoffs einer vorgegebenen Sollintensität ISoll2 entspricht, in einer Schnittdarstellung;
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4 zwei miteinander zu verschweißende Werkstücke mit einem Markerstoff, der ausschließlich zwischen den Werkstücken und nur im Bereich des Fügestoßes der beiden Werkstücke mit einer definierten Breite angeordnet ist, in Vorderansicht;
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5 die zwei Werkstücke aus 4 mit nebeneinander angeordneten Markerstoffen, die unterschiedliche charakteristische Spektrallinien aufweisen, in Vorderansicht;
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6 zwei Werkstücke, die im Bereich ihres Stumpfstoßes miteinander zu verschweißen sind, wobei der Markerstoff ausschließlich zwischen den Werkstücken im Bereich des Stumpfstoßes angeordnet ist, in einer Schnittdarstellung;
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7 die Werkstücke aus 6 mit zwei Markerstoffen, die ausschließlich zwischen den Werkstücken und nur im Bereich des Stumpfstoßes übereinanderliegend angeordnet sind, in einer Schnittdarstellung;
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8a–8c eine Stütze (8a), ein Spannmittel (8b) und einen Maschinenboden (8c), die jeweils den Markerstoff aufweisen; und
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9 ein Blockdiagramm mit einzelnen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln einer Einschweißtiefe beim Verschweißen zweier Werkstücke.
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1 zeigt eine Laserschweißvorrichtung 10 mit einem mehrachsig bewegbaren Laserbearbeitungskopf 12, der eine variabel einstellbare Fokussieroptik 14 für einen von der Laserschweißvorrichtung 10 erzeugten Laserstrahl 16 aufweist. Eine Steuereinrichtung 18 dient einem Steuern (Regeln) aller Funktionen der Laserschweißvorrichtung 10.
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Der Laserstrahl 16 ist auf zwei metallische Werkstücke 20a, 20b gerichtet, die im Bereich ihres als Überlappstoß ausgebildeten Fügestoßes 22 miteinander verschweißt werden sollen.
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Ein Markerstoff 24 ist ausschließlich lokal zwischen den beiden Werkstücken 20a, 20b und nur im Bereich des Fügestoßes 22 der beiden Werkstücke 20a, 20b angeordnet. Der Markerstoff 24 ist vorliegend auf das in 1 untere Werkstück 20b als Bestandteil einer mit 26 bezeichneten Beschichtung aufgetragen. Der Markerstoff 24 kann auch auf beide Werkstücke 20a, 20b aufgetragen sein. Der Markerstoff 24 ist in den Werkstücken 20a, 20b nicht oder nur in einem unwesentlichen Umfang enthalten und weist einen derartigen charakteristischen Schmelzpunkt auf, dass der Markerstoff 24 bei einem direkten Energieeintrag durch den beim Schweißen eingesetzten Laserstrahl 16 verdampft und zumindest teilweise von seinem energetischen Grundzustand in einen (instabilen) energetisch angeregten Zustand überführbar ist. Die Beschichtungen 26 sind üblicherweise deutlich schmaler als die zu erzeugende Schweißnaht.
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Während des Schweißprozesses werden die Werkstücke 20a, 20b durch den Energieeintrag des Laserstrahls im Bereich einer Schweißzone 28 sehr schnell über ihre Schmelztemperatur hinaus erhitzt. Im Bereich der Schweißzone 28 bildet sich daher eine Schmelze 30.
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In der Schmelze 30 bildet sich bei der gewählten Laserleistung in Richtung des Laserstrahls 16 eine sogenannte Dampfkapillare 32 (engl.: key hole) aus. Bei der vorliegend gezeigten Einschweißtiefe Eist erstreckt sich die Dampfkapillare 32 nur in das erste Werkstück 20a hinein und erreicht den Markerstoff 24 nicht. Die Dampfkapillare 32 ist ein im Wesentlichen schlauchförmiger Werkstückhohlraum, der mit Metalldampf 34 angefüllt ist. Der Metalldampf 34 enthält vorliegend vaporisierte atomare Bestandteile des metallischen Materials der Werkstücke 20a, 20b, die zumindest teilweise in einem ionisierten (angeregten) energetischen Zustand vorliegen.
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Zum Detektieren eines von ionisierten Bestandteilen des Metalldampfs 34 aus dem Bereich der Schweißzone 28 emittierten elektromagnetischen Wellenspektrums 36 dient eine zur Schweißzone 28 hin ausgerichtete Detektionseinheit 38.
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Die Detektionseinheit 38 ist mit einer Auswerteeinheit 40 verbunden. Die Auswerteeinheit 40 dient einer Auswertung des mittels der Detektionseinheit 38 detektierten elektromagnetischen Wellenspektrums 36, insbesondere an einer für den Markerstoff charakteristischen Spektrallinie λM. Eine messtechnisch erfasste Intensität I des detektierten Wellenspektrums 36 sowie insbesondere der für den eingesetzten Markerstoff 24 charakteristischen Spektrallinie λM ist an einer Anzeige 42 über die Wellenlänge λ aufgetragen. Für ein optimales Verschweißen der beiden Werkstücke 20a, 20b ohne deren Durchschweißung ist eine erste Soll-Intensität Isoll1 für die Spektrallinie λM des Markerstoffs 24 vorgegeben. Der Sollwert ISoll1 korreliert zu einer in 2 näher erläuterten gewünschten ersten Soll-Einschweißtiefe ESoll1.
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Die Auswerteeinheit 40 ist mit der Steuereinrichtung 18 der Laserschweißvorrichtung 10 gekoppelt, mittels derer der Laserstrahl 16 in seiner Leistung, seiner jeweiligen Fokuslage relativ zu den Werkstücken 20a, 20b sowie eine Verstellbewegung (Geschwindigkeit und Richtung) des Laserbearbeitungskopfs 12 relativ zu den miteinander zu verschweißenden Werkstücken 20a, 20b steuerbar sind.
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Da die Schmelze 30 und die Dampfkapillare 32 sich nicht in das in 1 untere Werkstück 20b hinein erstrecken, ist eine gegenseitige Anbindung der beiden Werkstücke 20a, 20b vorliegend nicht möglich. Da vorliegend kein Markerstoff vaporisiert/ionisiert wird, ist die gemessene Intensität Iist der charakteristischen Spektrallinie λM des Markerstoffs 24 Null.
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2 zeigt die beiden Werkstücke 20a, 20b während des Schweißprozesses bei einer gegenüber dem in 1 wiedergegebenen Zustand vergrößerten Laserleistung. Die Schmelze 30 und auch die Dampfkapillare 32 erstrecken sich durch die Beschichtung 26 mit dem darin enthaltenen Markerstoff 24 hindurch bis in das zweite Werkstück 20b hinein. Der Markerstoff wird durch den Energieeintrag des Laserstrahls 16 im Bereich eines ersten Volumenquerschnitts V1 längs des Fügestoßes vaporisiert. Der über die Dampfkapillare 32 nach oben austretende Metalldampf 34 weist daher vaporisierten und zumindest teilweise ionisierten Markerstoff 24 auf. Die gezeigte Einschweißtiefe ESoll1 erlaubt eine optimale Anbindung der beiden Werkstücke 20a, 20b ohne deren vollständige Durchschweißung. Die gemessene Intensität Iist der Spektrallinie λM des Markerstoffs 24 entspricht einer für die optimale Anbindung der beiden Werkstücke 20a, 20b vorgegebenen Sollintensität ISoll1.
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3 zeigt die beiden Werkstücke aus 2 während des Schweißprozesses bei einer zweiten Soll-Einschweißtiefe ESoll2, die einem Durchschweißen der beiden Werkstücke 20a, 20b entspricht. Die Dampfkapillare 32 erstreckt sich vollständig durch die beiden Werkstücke 20a, 20b hindurch. Der Markerstoff 24 wird in einem im Vergleich zu 2 größeren zweiten Volumenquerschnitt V2 längs des zu verschweißenden Fügestoßes 22 vaporisiert und ionisiert. Die Intensität I der charakteristischen Spektrallinie λM des Markerstoffs 24 entspricht einer für das gezielte Durchschweißen der Werkstücke 20a, 20b vorgegebenen zweiten Sollintensität ISoll2.
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4 zeigt beispielhaft zwei miteinander zu verschweißende Werkstücke 20a, 20b in einer Draufsicht. Der Markerstoff 24 ist im Bereich des Fügestoßes 22 längs einer zu schweißenden Fügelinie 44 zwischen den beiden Werkstücken 20a, 20b angeordnet. Die Beschichtung 26 mit dem Markerstoff 24 weist dabei eine Breite B auf, die ungefähr einer Breite B' einer beim Verschweißen der beiden Werkstücke 20a, 20b zu erzeugenden Schweißnaht 46 entspricht. Die zu erzeugende Schweißnaht 46 ist in 4 ausschnittsweise mit gestrichelten Linien wiedergegeben. Die Beschichtungen 26 sind üblicherweise deutlich schmaler als die Schweißnaht 46.
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Wie aus 5 näher hervorgeht, können zum nochmals differenzierteren Regeln der Einschweißtiefe auch zwei oder mehr (nicht gezeigt) Markerstoffe 24, 24' zwischen den miteinander zu verschweißenden Werkstücken 20a, 20b angeordnet werden. Die beiden Markerstoffe 24, 24' weisen dabei unterschiedliche charakteristische Spektrallinien λM (1 bis 3) auf. Ein erster Markerstoff 24 ist vorliegend auf der zu schweißenden Fügelinie 44 im Bereich des Fügestoßes 22 der beiden Werkstücke 20a, 20b angeordnet. Zu beiden Seiten des ersten Markerstoffs 24 ist längs der Fügelinie 44 jeweils ein weiterer Markerstoff 24' angeordnet. Anhand der Intensität I der Spektrallinie(n) λM des weiteren Markerstoffs 24' im detektierten Wellenspektrum 36 (1 bis 3) kann die Einschweißtiefe Eist während des Schweißvorgangs auf eine Soll-Einschweißtiefe ESoll1, ESoll2 feinreguliert werden.
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Der Markerstoff 24 kann, wie dies aus 6 näher hervorgeht, auch zwischen zwei Werkstücken 20a, 20b angeordnet werden, die über einen als Stumpfstoß ausgebildeten Fügestoß 22 miteinander zu verschweißen sind. Der Markerstoff 24 ist dabei ausschließlich lokal zwischen den beiden Werkstücken 20a, 20b im Bereich des Fügestoßes 22 angeordnet.
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7 zeigt zwei Werkstücke 20a, 20b, die in einer zu den in 6 gezeigten Werkstücken entsprechenden Weise miteinander verschweißt werden sollen. Zwischen den Werkstücken 20a, 20b sind vorliegend zwei Markerstoffe 24, 24' angeordnet, die sich bezüglich ihrer jeweiligen charakteristischen Spektrallinien λm, unterscheiden. Der erste Markerstoff 24 erstreckt sich von einer Oberseite 48 der Werkstücke 20a, 20b bis ungefähr zu deren Mittelebene 50. Der zweite Markerstoff 24' grenzt im Bereich des Fügestoßes 22 an den ersten Markerstoff 24 an und erstreckt sich bis zu einer Unterseite 52 der Werkstücke 20a, 20b.
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Wie in 8a–8c gezeigt ist, kann eine die Werkstücke 20a, 20b während des Verschweißens abstützende Stütze 54 oder ein die Werkstücke 20a, 20b während des Verschweißens festspannendes Spannmittel 56 oder ein unterhalb der Werkstücke 20a, 20b vorgesehener Maschinenboden (Maschinenwanne) 58 den gleichen oder einen weiteren Markerstoff 24 aufweisen. Dabei können die Stütze 54, das Spannmittel 56 oder der Maschinenboden 58 aus dem Markerstoff 24 gebildet oder mit dem Markerstoff 24 beschichtet sein.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren 100 zum Regeln der Einschweißtiefe Eist beim Verschweißen zweier Werkstücke 20a, 20b unter zusätzlicher Bezugnahme auf 9 näher erläutert.
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In einem ersten Schritt 102 wird zumindest ein Markerstoff 24, 24' ausschließlich lokal zwischen den beiden Werkstücken 20a, 20b angeordnet. Der Markerstoff 24 wird dabei vorzugsweise nur im Bereich des Fügestoßes 22 der beiden miteinander zu verschweißenden Werkstücke 20a, 20b angeordnet. Der Markerstoff ist im Material der miteinander zu verschweißenden Werkstücke 20a, 20b nicht oder nur in einer vernachlässigbar geringen Menge enthalten.
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Während des Schweißens 104 der beiden Werkstücke 20a, 20b im Bereich des Fügestoßes 22 wird das aus der Schweißzone 28 emittierte elektromagnetische Wellenspektrum 36 in einem weiteren Schritt 106 spektroskopisch erfasst.
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Das elektromagnetische Wellenspektrum wird in einem weiteren Schritt 108 bei einer charakteristischen Spektrallinie λM der eingesetzten Markerstoffe 24, 24' ausgewertet und die Einschweißtiefe Eist in einem weiteren Schritt 110 in Abhängigkeit von einer Intensität I der Spektrallinie λM des Markerstoffs 24, 24' auf eine gewünschte Soll-Einschweißtiefe ESoll1, ESoll2 geregelt.
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Gemäß 1 ist die Einschweißtiefe Eist für eine gegenseitige Anbindung der beiden Werkstücke 20a, 20b zu gering. Der lediglich zwischen den beiden Werkstücken 20a, 20b angeordnete Markerstoff 24 wird, wie vorstehend bereits erläutert wurde, durch den beim Schweißen 104 eingesetzten Laserstrahl 16 weder vaporisiert noch ionisiert. Die Intensität Iist der Spektrallinie λM des Markerstoffs 24 ist daher Null. Die Einschweißtiefe E wird in diesem Fall stufenweise oder kontinuierlich derart vergrößert, bis die Intensität Iist der Spektrallinie λM eine vorgegebene Größe, beispielsweise die in 2 wiedergegebene Sollintensität ISoll1 oder die in 3 für ein Durchschweißen der Werkstücke wiedergegebene Sollintensität ISoll2, erreicht hat. Dies kann beispielsweise durch Ändern der Fokuslage der Fokussieroptik 14 der Laserschweißvorrichtung 10 und/oder durch eine Erhöhung der Leistung des Laserstrahls 16 erfolgen. Zum Nachregeln der Einschweißtiefe Eist während des Schweißprozesses 102 kann auch die Schweißgeschwindigkeit in einer experimentell bestimmten Weise reduziert werden. Im umgekehrten Falle, d. h. wenn die messtechnisch erfasste Intensität Iist der charakteristischen Spektrallinie(n) λM die jeweils vorgegebene Sollintensität ISoll1, ISoll2 überschreitet, wird die Einschweißtiefe Eist, beispielsweise durch ein entsprechendes Reduzieren der Laserleistung, verringert, bis die Soll-Intensität ISoll1, ISoll2 der charakteristischen Spektrallinien λM des Markerstoffs bzw. der Markerstoffe erreicht ist.
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Der bzw. die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren 100 eingesetzten Markerstoffe 24, 24' können insbesondere ein Bestandteil einer Legierungsbeschichtung eines oder beider Werkstücke 20a, 20b sein, die zur Vermeidung von Heißrissen dient. Im Falle des Verschweißens von Werkstücken 20a, 20b aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung ist diesbezüglich eine Siliziumlegierung mit Silizium als Markerstoff 24 bevorzugt. Alternativ ist beispielsweise eine Lithiumlegierung mit Lithium als Markerstoff 24 einsetzbar. Es versteht sich, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise auch Lithium (Li), Kalium (K), Kalzium (Ca), Kupfer (Cu) oder Magnesium (Mg) als Markerstoff 24 eingesetzt werden können. Der Markerstoff 24 weist in jedem Falle bevorzugt eine charakteristische Spektrallinie λM auf, die sich von einer für Zink charakteristischen Spektrallinie λM unterscheidet. Dadurch kann das Verfahren auch bei teil- oder vollverzinkt ausgeführten (korrosionsgeschützten) Werkstücken 20a, 20b zuverlässig eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10155384 A1 [0002]
- DE 102004004666 B3 [0003]
- US 2008/0210674 A1 [0004]
- DE 1912344 A [0005]
