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Die Erfindung betrifft ein Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 angegebenen Art.
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Die
DE 10 2004 054 582 A1 zeigt ein Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen, bei welchem die Bleche aneinander fixiert und anschließend in einem überlappenden Fügebereich der Bleche mittels einer Strahlschweißvorrichtung unter Ausbildung von zumindest einer Überlappschweißnaht miteinander verschweißt werden. Die Bleche werden mittels Nieten oder Schrauben formschlüssig aneinander fixiert und anschließend mittels eines Laserstrahls miteinander verschweißt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen bereitzustellen, mittels welchem die Gefahr von Heißrissen an den zu schweißenden Blechen verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Strahlschweißverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Strahlschweißverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen zeichnet sich dadurch aus, dass die Bleche in einem dem Fügebereich zugeordneten Randbereich mittels eines Schweißstrahls unter Ausbildung von wenigstens einer Schweißnaht aneinander fixiert werden. Durch das Vorsehen der Schweißnaht zum Fixieren der Bleche vor dem Ausbilden der Überlappschweißnaht wird ein Ausbeulen der Bleche in einem von der Überlappschweißnaht abgewandten Bereich effektiv vermieden, sodass beim oder nach dem Abkühlen der Überlappschweißnaht eine Heißrissbildung an den Blechen effektiv vermieden werden kann. Mit anderen Worten dient die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche als eine Art Gegenlager, sodass der während des Herstellens der Überlappschweißnaht aufgeschmolzene Bereich nicht zu einem seitlichen Ausbeulen der Bleche führen kann, da dies durch die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche effektiv verhindert wird. Dadurch können auch besonders schmal ausgebildete überlappende Fügebereiche ohne eine Gefahr von Heißrissbildungen mittels einer Überlappschweißnaht aneinander gefügt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche und die zumindest eine Überlappschweißnaht mittels derselben Strahlschweißvorrichtung hergestellt. Dadurch, dass lediglich eine einzige Strahlschweißvorrichtung vorgesehen werden muss, können die Bleche auf besonders einfache und schnelle Weise aneinander gefügt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche und die zumindest eine Überlappschweißnaht mittels eines Laserschweißverfahrens, insbesondere mittels eines Remote-Laserschweißverfahrens, hergestellt werden. Herkömmliche Standard-Strahlschweißverfahren schweißen mit ca. 4 m/Minute und benötigen zwischen zwei Nahtabschnitten etwa 1 s zum Übersteigen. Bei der Verwendung eines Laserschweißverfahrens, insbesondere mittels eines Remote-Laserschweißverfahrens, kann mit Geschwindigkeiten von bis zu 9 m/Minute geschweißt werden, wobei die Zeiten zum Übersteigen zwischen zwei Nahtabschnitten im Wesentlichen entfallen. Dadurch können die Bleche besonders schnell geschweißt werden, insbesondere wenn eine Mehrzahl von Schweißnähten zum Fügen der Bleche vorzusehen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche mittig gegenüber einer Haupterstreckungsrichtung der Überlappschweißnaht angebracht. Dadurch wird eine besonders gute Abstützwirkung durch die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche erzielt, sodass ein Ausbeulen der Bleche während der Anbringung der Überlappschweißnaht und daraus resultierende Heißrisse effektiv vermieden werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche mit quer zur Schweißnaht oszillierenden Schwenkbewegungen des Schweißstrahls hergestellt wird. Zum einen können dadurch eventuell an den Blechen vorhandene Toleranzen ausgeglichen werden, wobei gleichzeitig eine saubere Schweißnaht zum Fixieren der Bleche hergestellt werden kann. Zum anderen kann durch das Schweißen mit oszillierenden Schwenkbewegungen des Schweißstrahls quer zur Schweißnaht eine aufwendige Sensorik gegebenenfalls entfallen, mittels welcher der Bereich erkannt werden muss, in welchem die Schweißnaht zur Fixierung der Bleche angebracht werden soll.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Bleche in dem Randbereich mit einem vorgegebenen Überstand, insbesondere von 2 mm, zueinander angeordnet werden, wobei die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche als Kehlnaht ausgebildet wird. Die Kehlnaht kann dabei relativ einfach angebracht werden, sodass die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche relativ aufwandsarm und schnell hergestellt werden kann.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schweißnaht zum Fixieren der Bleche als I-Naht oder stirnseitige Bördelnaht ausgebildet wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, falls in dem Randbereich der Bleche kein hinreichend großer Überstand vorhanden sein sollte, wobei mittels einer I-Naht oder stirnseitigen Bördelnaht trotzdem eine sichere Fixierung der zu fügenden Bleche erfolgen kann.
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Bei einem erfindungsgemäßen Strahlschweißverfahren zum Fügen von Blechen werden die Bleche in einem überlappenden Fügebereich miteinander verschweißt, wobei sich das erfindungsgemäße Strahlschweißverfahren dadurch auszeichnet, dass in dem Fügebereich eine Mehrzahl von Überlappnähten an jeweils vorgegebenen Positionen, in einer vorgegebenen Reihenfolge und an einer jeweils vorgegebenen Schweißrichtung hergestellt werden. Mit anderen Worten ist es also vorgesehen, statt einer relativ langen und durchgängigen Überlappschweißnaht eine Mehrzahl solcher Überlappschweißnähte vorzusehen, sodass temporär immer nur relativ kurze Schmelzbäder erzeugt werden. Auf diese Weise wird trotzdem eine ausreichende Gesamtlänge des Nahtabschnitts erzielt, wobei aber gleichzeitig die Festigkeit bzw. Biegung und/oder Deformation während des Herstellens der Überlappnähte deutlich reduziert wird. Insbesondere beim Vorsehen eines Remote-Laserschweißverfahrens bedeutet dies keinen Geschwindigkeitsverlust.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Anzahl und Länge der Überlappschweißnähte in Abhängigkeit von einer Rissanfälligkeit der Bleche festgelegt wird. Dadurch wird eine möglichst optimale Anzahl an Überlappschweißnähten vorgesehen, sodass eine Heißrissbildung der Bleche während oder nach dem Schweißen vermieden wird.
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Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass aus Stahl-, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen hergestellte Bleche verwendet werden. Je nach Einsatzzweck der geschweißten Bleche kann somit ein Material mit den erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf zwei Bleche, welche in einem überlappenden Fügebereich unter Ausbildung einer Überlappschweißnaht miteinander verschweißt sind;
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2 eine schematische Draufsicht auf die in 1 gezeigten Bleche, wobei in einem dem Fügebereich zugeordneten Randbereich eine weitere Schweißnaht vorgesehen ist, welche mittig gegenüber der Überlappschweißnaht angebracht ist;
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3 eine schematische Schnittdarstellung der aneinander gefügten Bleche entlang der Schnittlinie A-A gemäß 2, wobei eine Strahlschweißvorrichtung gezeigt ist, mittels welcher in einem Randbereich der Bleche eine als Kehlnaht ausgebildete Schweißnaht zum Fixieren der Bleche geschweißt wird;
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4 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der aneinander gefügten Bleche, wobei in dem hier gezeigten Fall in dem Fügebereiche eine Mehrzahl von Überlappnähten an jeweils vorgegebenen Positionen ausgebildet sind; und
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5 eine schematische Schnittansicht der beiden Bleche entlang der Schnittlinie B-B gemäß 4.
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Zwei Bleche 10, 12, welche mittels einer Überlappschweißnaht 14 aneinander gefügt sind, sind in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Bei den Blechen 10, 12 kann es sich beispielsweise um Stahl-, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen handeln.
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In 2 sind die beiden aneinander gefügten Bleche 10, 12 in einer Draufsicht gezeigt. Wie aus der vorliegenden Darstellung zu erkennen ist, ist die Überlappschweißnaht 14 über eine vollständige Länge der Bleche 10, 12 in Längsrichtung x ausgebildet. Des Weiteren ist in einem nicht näher bezeichneten Randbereich mit einem vorgegebenen Überstand 16, welcher vorliegend ca. 2 mm beträgt, eine weitere Schweißnaht 18 in Form einer Kehlnaht angebracht. Die Schweißnaht 18 dient dabei zum Fixieren der Bleche 10, 12 und wird vor Anbringen der Überlappschweißnaht 14 angebracht. Die Schweißnaht 18 zum Fixieren der Bleche 10, 12 ist mittig in Längsrichtung x bzw. in einer Haupterstreckungsrichtung x der Überlappschweißnaht 14 angebracht.
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Alternativ zu der hier gezeigten Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, dass eine Mehrzahl von Überlappschweißnähten 14, je nach Länge der zu fügenden Bleche 10, 12, angebracht sind, wobei eine Mehrzahl von Schweißnähten 18 jeweils mittig zu den jeweiligen Überlappschweißnähten 14 angebracht sein können. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass lediglich – wie hier gezeigt – eine einzige Überlappschweißnaht 14 vorgesehen ist, wobei eine Mehrzahl von Schweißnähten 18 vorgesehen werden, welche in Längsrichtung x verteilt, beispielsweise äquidistant verteilt, in dem Randbereich vorgesehen sind.
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In 3 sind die aneinander gefügten Bleche 10, 12 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A, wie in 2 gezeigt, dargestellt. Vorliegend ist eine Strahlschweißvorrichtung 20 gezeigt, mittels welcher die als Kehlnaht ausgebildete Schweißnaht 18 hergestellt wird. Bei der Strahlschweißvorrichtung 20 handelt es sich vorliegend um eine Vorrichtung zum Laserschweißen, insbesondere zum Remote-Laserschweißen. Beispielsweise kann die Strahlschweißvorrichtung 20 an einem hier nicht dargestellten Roboter angebracht sein, mittels welchem die Strahlschweißvorrichtung 20 geführt wird. Bei solch einem Remote-Lasersystem wird der Laserstrahl bei einem Arbeitsabstand von bis zu 1500 mm auf die Schweißstelle geführt, was kürzeste Versatzzeiten zwischen den einzelnen Lasernähten ermöglicht.
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Zur Herstellung der Schweißnaht 18 wird der Laserstrahl dabei mit Hilfe der Strahlschweißvorrichtung 20 durch oszillierende Bewegungen der Laseroptik abgelenkt, so dass er quer zur Schweißnaht 18 oszillierende Bewegungen, welche mittels der Pfeile 22 gekennzeichnet sind, durchführt.
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Mit anderen Worten wird ein Schweißstrahl 26 mittels der Schwenkbewegungen 22 in Längsrichtung x unter Ausbildung der Schweißnaht 18 geführt. Eine typische Breite der Schwenkbewegungen 22 beläuft sich in einem Bereich zwischen 0,5 und 2 mm, bei einer Länge der Schweißnaht 18 von etwa 3 bis 10 mm. Eine aufwendige Sensorik zur Erkennung einer Kante 24 des ersten Bleches 10 bzw. die korrekte Position im Bereich des Überstands 16 kann somit entfallen, da aufgrund der oszillierenden Schwenkbewegungen 22 des Schweißstrahls 26 die Schweißnaht 18 hinreichend genau hergestellt werden kann. Es ist alternativ trotzdem möglich, eine entsprechende Sensorik zur Auffindung der Kante 24 vorzusehen.
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Des Weiteren ist in der in 3 gezeigten Schnittdarstellung der überlappende Fügebereich 28 der Bleche 10, 12 deutlich zu erkennen, in welchem die Überlappschweißnaht 14 angebracht wurde. Die Schweißnaht 18 zum Fixieren der Bleche 10, 12 und die Überlappschweißnaht 14 werden dabei mittels derselben Strahlschweißvorrichtung 20 hergestellt. Für den Fall, dass zwischen den zu fügenden Blechen 10, 12 kein hinreichend großer Überstand 16 oder gar kein Überstand 16 realisiert werden kann, kann statt einer Kehlnaht, wie in 3 gezeigt, die Schweißnaht 18 zum Fixieren der Bleche 10, 12 beispielsweise auch als I-Naht oder stirnseitige Bördelnaht ausgebildet werden.
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Vor dem Fügen der beiden Bleche 10, 12 mittels der Überlappschweißnaht 14 werden die Bleche 10, 12 also zunächst durch Anbringen der Schweißnaht 18 aneinander fixiert. Während des Herstellens der Überlappschweißnaht 14 wird durch die Schweißnaht 18 eine Art Gegenlager gebildet, wodurch eine Durchbiegung des aufgeschmolzenen Bereichs innerhalb der Überlappschweißnaht 14 in Querrichtung y verhindert wird. Mit anderen Worten wird also ein Ausbeulen der Bleche 10, 12 in Querrichtung y während des Herstellens der Überlappschweißnaht 14 verhindert, sodass nach dem Abkühlen der Überlappschweißnaht 14 Heißrisse an den Blechen 10, 12 effektiv vermieden werden können. Dies spielt insbesondere eine Rolle, wenn der Fügebereich 28 eine zu geringe Breite, beispielsweise unterhalb von 9 mm, aufweist, da insbesondere in diesen Fällen beim Anbringen einer Überlappschweißnaht 14 ein unerwünschtes Ausbeulen mit nachfolgenden Heißrissen entstehen kann.
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In 4 ist in einer Draufsicht eine alternative Ausführungsform zum Fügen der Bleche 10, 12 gezeigt. Im vorliegend gezeigten Fall weisen die Bleche 10, 12 keinen Überstand 16 auf, sodass in der vorliegenden Draufsicht lediglich die Oberseite des Blechs 10 zu sehen ist.
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Die Bleche 10, 12 sind mit einer Mehrzahl von Überlappschweißnähten 30, 32, 34 aneinander gefügt. Zum Fügen der Bleche 10, 12 wird zunächst die Überlappschweißnaht 30 in die mit dem Pfeil 36 bezeichnete Schweißrichtung 36 hergestellt. Anschließend wird die Überlappschweißnaht 32 in die mit der Schweißrichtung 38 bezeichnete Richtung hergestellt, wonach die Überlappschweißnaht 34 in die mit dem Pfeil 40 bezeichnete Schweißrichtung hergestellt wird. Im Gegensatz zu den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen ist es hier also gerade nicht vorgesehen, die Bleche 10, 12 vorab mittels einer Schweißnaht 18 zu fixieren, bevor diese endgültig aneinander gefügt werden. Statt einer durchgängigen Überlappschweißnaht ist es stattdessen vorgesehen, eine Vielzahl von Überlappschweißnähten 30, 32, 34 vorzusehen, wodurch ebenfalls ein unerwünschtes Ausbeulen der Bleche 10, 12 in Querrichtung y während des Herstellens der Überlappschweißnähte 30, 32, 34 verhindert wird. Die Anzahl und Länge der Überlappschweißnähte 30, 32, 34 kann dabei in Abhängigkeit von einer jeweiligen Rissanfälligkeit der Bleche 10, 12 festgelegt werden.
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In 5 sind die in 4 gezeigten Bleche 10, 12 entlang der Schnittlinie B-B gezeigt. Wie hier nochmals gut zu erkennen ist, weisen die Bleche 10, 12 nicht den Überstand 16 auf, welchen die Bleche 10, 12 in der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 aufweisen. Das Anbringen der Überlappschweißnähte 30, 32, 34 ist dabei nicht auf die oben erläuterte Reihenfolge und Schweißrichtung 36, 38, 40 festgelegt. Vielmehr können die Reihenfolge und die jeweiligen Schweißrichtungen 36, 38, 40 je nach gegebenen Randbedingungen variiert werden.
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Die Überlappschweißnähte 30, 32, 34 können sich dabei entgegen der in 4 gezeigten Darstellung auch teilweise in Längsrichtung x berühren, überlappen oder alternativ auch einen vorgebbaren Längsabstand in Längsrichtung x aufweisen. Darüber hinaus können die Überlappschweißnähte 30, 32, 34 im Wesentlichen eine beliebige Querversetzung in Querrichtung y aufweisen.
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Im Anschluss an die Herstellung sämtlicher Überlappschweißnähte 30, 32, 34 können diese durch ein lokales Aufschmelzen, beispielsweise mittels der Strahlschweißvorrichtung 20, geglättet werden. Dies kann vorzugsweise in einem einzelnen Verfahrensschritt für sämtliche Überlappschweißnähte geschehen. Vorzugsweise kommt das in 4 und 5 erläuterte Fügeverfahren zum Tragen, wenn kein Überstand 16 gegeben sein sollte.
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Allgemein wird, je nach den vorgegebenen Randbedingungen des Fügeprozesses, der Fügebereich 28, welcher zur Verfügung steht, vermessen, bevor die Bleche 10, 12 aneinander gefügt werden. Ist dieser Fügebereich 28 breit genug, insbesondere größer als 9 mm, kann eine herkömmliche Überlappschweißnaht beispielsweise Remote geschweißt werden. Sollte jedoch der Fügebereich 28 schmäler als 9 mm sein, kommt eines der zuvor erläuterten Schweißverfahren zur Anwendung.
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Für beide erläuterten Varianten zum Fügen der Bleche 10, 12 ist es dabei vorgesehen, dass die Schweißnähte 14, 184 unmittelbar nach dem Schweißen bildgebend hinsichtlich ihrer Nahtqualität beurteilt werden, sodass direkt ermittelt werden kann, ob es zu ungewünschten Deformationen an den Blechen 10, 12 gekommen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004054582 A1 [0002]
