DE102014203025A1

DE102014203025A1 - Verfahren zum Laserstrahlschweißen und Schweißkopf

Info

Publication number: DE102014203025A1
Application number: DE102014203025.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kellner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen, bei dem eine Schweißnaht (300) in einem Werkstück (200) mittels eines ersten Laserstrahls (L) ausgebildet wird, und das Werkstück (200) in zumindest einem Teilbereich der Schweißnaht (300) mittels eines Bearbeitungslaserstrahls (B) nachbearbeitet wird, wobei der erste Laserstrahl (L) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) von einem gemeinsamen Schweißkopf (100; 100A; 100B) bereitgestellt und in einem gemeinsamen Verfahrensschritt relativ zu dem Werkstück (200) bewegt werden sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen sowie einen Schweißkopf zur Durchführung des Verfahrens und insbesondere ein Verfahren und einen Schweißkopf zum Laserstrahlschweißen mit integrierter Nahtglättung
Beim Ausbilden einer Schweißnaht mittels Laserstrahl können sporadisch Prozessunregelmässigkeiten und Schweißfehler auftreten, wie z. B. Poren, Schmelzbadauswürfe oder fehlende Kanteneinbettung, und das Schweißergebnis beeinträchtigen. Zudem können die Schweißnähte je nach verwendetem Material beispielsweise eine erhöhte Rauigkeit oder Schuppigkeit aufweisen, so z. B. insbesondere beim Verschweißen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.
Zudem steigen die Anforderungen an die Nahtqualität in Bezug auf Korrosionsschutz und optische Aspekte. Daher sind Strategien erforderlich, um das optische Erscheinungsbild dieser Schweißnähte zu verbessern, wie z. B. die Glättung der Schweißnaht zur Beseitigung der Nahtimperfektionen, z. B. Schließen der Poren oder Abschmelzungen von freistehenden Kanten. Zur Sicherstellung der notwendigen Nahtqualität sowohl hinsichtlich Festigkeitsaspekten, als auch optischen Aspekten oder Korrosionsschutz kann eine Nachbehandlung der Schweißnaht sinnvoll bzw. notwendig sein.
Eine Nachbearbeitung einer Laserschweißnaht mittels Laserstrahl ist aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die Druckschrift WO 2001/069621 A1 ein Verfahren zum Verschweißen zweier Metallbauteile, bei dem eine Schweißnaht mittels eines Laserstrahls ausgebildet wird und eine Oberfläche der Schweißnaht mittels eines defokussierten Laserstrahls geglättet wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist der zusätzliche Zeit- und Regelaufwand für die Nahtnachbearbeitung, insbesondere wenn, wie vorzugsweise vorgeschlagen, der defokussierte Strahl in Gegenrichtung über die fertig ausgebildete Schweißnaht geführt werden soll.
Die Druckschrift DE 10 2012 015 766 A1 nennt ein Verfahren zum Verschweißen zweier Bauteile, bei dem in einem ersten Schritt die Bauteile unter Einbringung eines Zusatzwerkstoffs laserverschweißt werden und in einem zweiten Schritt ein Verbindungsbereich der Bauteile entlang der Laserbahn zumindest bereichsweise mithilfe eines Laserstrahls bearbeitet wird. Dieses Verfahren ermöglicht eine Nachbearbeitung von Laserschweißnähten mit optischen Mängeln oder mit Fehlstellen. Nachteilig ist hier der mit dem zweiten Schritt verbundene zusätzliche Zeit- und Prozessaufwand, insbesondere wenn wie in der Ausgestaltung vorgeschlagen, die Parameter zur Durchführung des zweiten Schritts während oder nach dem ersten Schritt ermittelt werden.
Somit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Laserschweißen bzw. einen Schweißkopf anzugeben, mit dem eine Schweißnaht mit verbesserten Eigenschaften bei geringen Taktzeiten kostengünstig ausgebildet werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 9.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laserstrahlschweißen, wird eine Schweißnaht in einem Werkstück mittels eines ersten Laserstrahls ausgebildet und das Werkstück wird in zumindest einem Teilbereich der Schweißnaht mittels eines Bearbeitungslaserstrahls nachbearbeitet. Hierzu werden der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl von einem gemeinsamen Schweißkopf bereitgestellt und in einem gemeinsamen Verfahrensschritt relativ zu dem Werkstück bewegt.
Hierdurch werden die beiden Einzelschritte Ausbilden der Schweißnaht und Nachbearbeitung der Schweißnaht in einen gemeinsamen Verfahrensschritt integriert, wodurch die erforderlichen Taktzeiten reduziert werden können und eine schnellere Werkstückbearbeitung möglich wird. Darüber hinaus reduziert die gemeinsame Führung beider Laserstrahlen durch einen gemeinsamen Schweißkopf den Prozess- und Regelaufwand bei der Nahtführung.
Das Werkstück besteht vorzugsweise aus einem ersten und zweiten Bauteil, die mittels der Schweißnaht stoffschlüssig verbunden werden. Alternativ kann das Werkstück auch aus einem einzigen Bauteil bestehen oder mehrere zu einer Baugruppe verbundene Bauteile aufweisen. Die Bauteile können z. B. Bleche, dreidimensionale Formkörper oder Profile sein. Insbesondere kann es sich um Fahrzeugkarosseriebauteile handeln. Die Bauteile bzw. zumindest ein Bauteil können aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen. Besondere Vorteile erreicht das Verfahren, wenn zumindest ein Bauteil oder das gesamte Werkstück aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung besteht. Weitere Materialien, wie z. B. Stahl oder Stahllegierungen sind möglich.
Mittels des ersten Laserstrahls wird eine Schweißnaht in dem Werkstück ausgebildet. Bei der Schweißnaht kann es sich insbesondere um eine Kehlnaht oder eine Stumpfnaht, wie z. B. eine Y-Naht handeln.
Je nach Zustand der Schweißnaht wird zumindest ein Teilbereich der Schweißnaht mittels des Bearbeitungslaserstrahls nachbearbeitet. Die Nachbearbeitung kann eine Teiloberfläche der Schweißnaht oder die gesamte Schweißnahtoberfläche betreffen. Zusätzlich kann bei der Nachbearbeitung auch Material des Werkstücks aus einem an die Schweißnaht angrenzenden Bereich mit einbezogen werden, wie z. B. eine nicht oder nicht vollständig in die Naht eingebettete Kante oder Schmelzbadauswürfe. Durch die Nachbearbeitung wird der nachbearbeitete Werkstückbereich aufgeschmolzen, wodurch eine Verbesserung der Nahtqualität erzielt wird. Beispielsweise kann durch die Nachbearbeitung die Schuppigkeit bzw. Rauigkeit der Schweißnaht reduziert werden und eventuell aufgetretene Prozessunregelmäßigkeiten oder Schweißfehler korrigiert werden.
Der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl werden relativ zu dem Werkstück bewegt. Dies kann z. B. durch eine Bewegung des Schweißkopfes ohne Bewegung des Werkstücks, durch eine Bewegung des Werkstücks ohne Bewegung des Schweißkopfes oder durch eine kombinierte Bewegung von Werkstück und Schweißkopf realisiert werden. Vorzugsweise weisen der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl die gleiche Schweißgeschwindigkeit in Richtung des Schweißnahtverlaufs auf.
Der erste Laserstrahl bewirkt die Ausbildung einer Schweißnaht entlang der Schweißlinie. Hierzu arbeitet der erste Laserstrahl vorzugsweise im Tiefschweißmodus. Im Tiefschweißmodus bildet sich im zu schweißenden Werkstück eine Dampfkapillare (keyhole) aus. Hierdurch gelangt der erste Laserstrahl tief in das Werkstück und die Wärmeeinkopplung wird über die Fügezone verteilt. Hierbei werden z. B. mindestens 90% der Strahlleistung in das Werkstück eingekoppelt. Beispielsweise kann die Leistungsdichte des ersten Laserstrahls mehr als 0,1 Megawatt/cm² betragen. Der erste Laserstrahl kann z. B. eine Strahlfleckgröße mit einem Durchmesser von 0,5 mm (Millimeter) bis 1 mm oder mit einem Durchmesser von 0,7 mm ± 0,05 mm aufweisen.
Der nachfolgende Bearbeitungslaserstrahl hat die Aufgabe die Auswirkungen von Prozessunregelmässigkeiten oder Schweißfehlern zu beseitigen. Hierzu ist er in Schweißrichtung hinter dem ersten Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet. Der Bearbeitungslaserstrahl arbeitet vorzugsweise im Wärmeleitungsmodus. Beim Wärmeleitungsschweißen wird nur eine geringe Einschweißtiefe erreicht. Beispielsweise werden üblicherweise nur ca. 5% der Leistung des Strahls in das Werkstück eingekoppelt. Beispielsweise kann die Leistungsdichte des ersten Laserstrahls im Wärmeleitungsmodus weniger als 0,1 Megawatt/cm² betragen.
In einer Ausgestaltung werden der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl von demselben Laser erzeugt, wodurch eine besonders einfach zu realisierende technische Umsetzung mit nur einer Laserquelle gegeben ist. Alternativ können der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl auch von verschiedenen Lasern erzeugt werden. Hierdurch ergibt sich eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Wellenlänge und Leistung der eingesetzten Laserstrahlung. Die Intensitätsverteilung eines Laserstrahls kann z. B. zusätzlich durch ein im Strahlengang angeordnetes diffraktives Element moduliert werden.
Während des Schweißprozesses wirken der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl vorzugsweise gleichzeitig auf das Werkstück ein, d. h. die Ausbildung und Nachbearbeitung der Schweißnaht erfolgt parallel zueinander. Hierzu wird der Bearbeitungslaserstrahl vorzugsweise in großer Nähe zum ersten Laserstrahl positioniert. Vorzugsweise wird der Bearbeitungslaserstrahl auf einen noch nicht erkalteten Abschnitt der Schweißnaht gerichtet. In einer Ausgestaltung weisen der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl auf dem Werkstück einen Abstand in Schweißrichtung voneinander auf, der in einem Bereich von 10 mm oder weniger, in einem Bereich von 1 mm bis 10 mm, oder 1 mm bis 7 mm oder 1 mm bis 5 mm liegt. Der Abstand bezeichnet hierbei den Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Laserflecks des ersten Laserstrahls auf dem Werkstück und dem Mittelpunkt des Laserflecks des Bearbeitungslaserstrahls auf dem Werkstück.
Die Laserflecken des ersten Laserstrahls und des Bearbeitungslaserstrahl können sich beispielsweise auf dem Werkstück teilweise überlappen. Über den Abstand lässt sich steuern, inwieweit der nachlaufende Bearbeitungslaserstrahl auf schmelzflüssiges Material trifft und die Abkühlgeschwindigkeit verringert oder auf bereits erstarrtes Schmelzgut und somit eine Wiederaufschmelzung zur Folge hat.
Der Bearbeitungslaserstrahl kann in Verlängerung der Schweißlinie hinter dem ersten Laserstrahl auf die Schweißnaht gerichtet sein. Alternativ kann der Bearbeitungslaserstrahl auch seitlich versetzt zum ersten Laserstrahl positioniert sein, und zum Beispiel auf den Schweißnahtrand, eine Stoßkante oder eine Werkstückkante positioniert sein.
In einer Ausgestaltung wird die für die Nachbearbeitung erforderliche Strahlintensität des Bearbeitungslaserstrahls erzielt, indem der Bearbeitungslaserstrahl in Bezug auf die Werkstückoberfläche defokussiert wird, d. h. der Fokuspunkt des Bearbeitungslaserstrahls liegt oberhalb oder unterhalb der Werkstückoberfläche.
Weiterhin kann der Bearbeitungslaserstrahl auch oszillierend über die Werkstückoberfläche geführt werden. Die oszillierende Bewegung erfolgt zusätzlich zur relativen Bewegung des ersten Laserstrahl und des Bearbeitungslaserstrahls gegenüber dem Werkstück. Beispielsweise kann der Bearbeitungslaserstrahl quer zur Schweißrichtung ausgelenkt werden oder sowohl in Schweißrichtung als auch quer dazu (z. B. in Form einer liegenden Acht) ausgelenkt werden. Die Auslenkung erfolgt z. B. um einen vorgegebenen Betrag und mit einer vorgegebenen Frequenz. Der Betrag der Auslenkung des Laserstrahls kann je nach Anforderung eingestellt werden. Vorzugsweise wird die Oszillation mit einer Frequenz von 150 Hz bis 250 Hz, vorzugsweise mit 200 Hz durchgeführt. Durch die schnellen Pendelbewegungen erfolgt eine gleichmäßige Aufschmelzung im bestrahlten Bereich und eine Nahtnachbehandlung mit großer Oberflächengüte wird erzielt. Der Strahldurchmesser des Bearbeitungslaserstrahls ist vorzugsweise nur geringfügig größer als der Strahldurchmesser des ersten Laserstrahls, z. B. kann der Strahldurchmesser des Bearbeitungslaserstrahls ca. 1 mm betragen, wenn der erste Laserstrahl einen Durchmesser von ca. 0,7 mm aufweist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, wenn für den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl unterschiedliche Laserquellen verwendet werden.
Der Bearbeitungslaserstrahl kann einen annähernd runden oder ovalen Querschnitt aufweisen. Die Intensitätsverteilung solcher Laserstrahlprofile ähnelt meist einer Gaußverteilung, wobei es durch die deutlich größere Intensität in der Strahlmitte zu unerwünschten Auswürfen bei der Nahtnachbearbeiung kommen kann.
Zur weiteren Verbesserung der Nahtqualität kann der Bearbeitungslaserstrahl auch mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet sein. Das Seitenlängenverhältnis des rechteckförmigen Querschnitts kann z. B. in einem Bereich von 5:1 bis 1:1 liegen. Alternativ kann der Bearbeitungslaserstrahl jedoch ebenso als Linienlaserstrahl ausgebildet sein, bei dem der Strahlquerschnitt ein Seitenlängenverhältnis in einem Bereich von 10:1 bis 5:1 aufweist. Vorzugsweise weist der Bearbeitungslaserstrahl mit rechteckigem Querschnitt bzw. der Linienlaserstrahl eine annähernd plateauförmige Intensitätsverteilung auf. Die Generierung dieser Querschnitte bzw. Intensitätsverteilungen kann durch diffraktive optische Elemente erfolgen.
Das Verfahren kann mit einem Zusatzwerkstoff, wie z. B. Pulver oder Draht, oder ohne Zusatzwerkstoff durchgeführt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dem Werkstück ein Zusatzwerkstoff in Form eines Zusatzdrahtes zugeführt und mittels des ersten Laserstrahls aufgeschmolzen. Die Verwendung von Zusatzdraht erlaubt eine Prozessvereinfachung, da die Anforderungen an die Spaltmaße sinken. Darüber hinaus kann die Nahtqualität gesteigert werden durch die Beseitigung von Nahtfehlern, indem das aufgeschmolzene Zusatzmaterial von dem Bearbeitungslaserstrahl umverteilt wird. Der Zusatzdraht wird vorzugsweise so zugeführt, dass er vom ersten Laserstrahl aber nicht vom Bearbeitungslaserstrahl aufgeschmolzen wird. Der Zusatzdraht kann in die Schmelzzone des ersten Laserstrahls gerichtet sein oder unmittelbar von dem ersten Laserstrahl aufgeschmolzen werden. Vorzugsweise wird der Zusatzdraht schleppend zugeführt. Der Zusatzdraht wird in Schweißrichtung vorzugsweise vor oder in dem ersten Laserstrahl positioniert.
Vorzugsweise werden der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl mittels taktiler Nahtführung entlang der Schweißfuge bzw. Stoßfuge geführt. Die taktile Nahtführung erfolgt vorzugsweise unter Verwendung des Zusatzdrahtes als mechanischem Taster. Hierbei wird der Zusatzdraht dem Schweißprozess kontinuierlich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zugeführt und in die Stoß- bzw. Schweißfuge gepresst. Der Draht folgt während der Schweißung stets dem Fugenverlauf, so dass der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl lediglich der Bewegung des Zusatzdrahtes nachgeführt werden müssen. Die Bewegung des Zusatzdrahtes kann z. B. mittels Kraftsensor gemessen, in entsprechende Regelsignale umgesetzt werden und diese können zur Positionierung des ersten Laserstrahls und des Bearbeitungslaserstrahls verwendet werden.
Alternativ kann die taktile Nahtführung in einer Ausgestaltung auch dadurch realisiert werden, dass der Zusatzdraht in der Schweiß- bzw. Stoßfuge des Werkstücks positioniert und von dieser geführt wird und eine Auslenkung des Zusatzdrahts durch eine Änderung im Fugenverlauf eine Schwenkbewegung eines Teilabschnitts des Schweißkopfes bewirkt, wodurch der erste Laserstrahl und der Bearbeitungslaserstrahl in Relation zu dem Werkstück verschwenkt werden.
Bei einer taktilen Nahtführung durch den Zusatzdraht als mechanischen Taster kann auf eine Vorlaufkompensation für die Regelung des ersten Laserstrahls verzichtet werden, da die Abtastung direkt im oder direkt vor dem ersten Laserstrahls erfolgt. Aufgrund der großen räumlichen Nähe von erstem Laserstrahl und Bearbeitungslaserstrahl ist ggf. auch für den Bearbeitungslaserstrahl keine Vorlaufkompensation notwendig.
Der erfindungsgemäße Schweißkopf beinhaltet eine Schweißoptik, die dazu eingerichtet ist, bei Einkopplung zumindest eines Eingangslaserstrahls in den Schweißkopf einen ersten Laserstrahl bereitzustellen zur Ausbildung einer Schweißnaht in einem Werkstück und
einen Bearbeitungslaserstrahl bereitzustellen zur Nachbearbeitung der Schweißnaht im gleichen Arbeitsschritt.
Dieser Schweißkopf ermöglicht das Ausbilden einer Schweißnaht und gleichzeitige Nachbearbeiten der Schweißnaht in einem einzigen Bearbeitungsschritt, wodurch gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen die Nahtglättung in einem eigenen Prozessschritt durchgeführt wird, die Taktzeit halbiert werden kann. Weiterhin können beide Laserstrahlen gemeinsam entlang der Schweißfuge geführt werden, wodurch sich die Prozessregelung vereinfacht.
Im Betrieb wird in den Schweißkopf mittels einer Strahlzuführeinrichtung, wie z. B. Lichtleitfasern, zumindest ein Eingangslaserstrahl eingekoppelt.
Die Schweißoptik weist optische Elemente, wie z. B. transmissive und/oder reflektive optische Elemente auf. Transmissive optische Elemente können beispielsweise Linsen, Prismen u. ä. sein. Reflektive Elemente können z. B. Spiegel, planparallele Platten etc. sein. Die Schweißoptik weist zumindest eine Kollimiereinheit und eine Fokussiereinheit auf. Die Kollimiereinheit dient zur Parallelisierung der einfallenden Laserstrahlung und zur Einstellung der Laserfleckgröße, Die Kollimiereinheit kann z. B. eine Kollimationslinse beinhalten. Die Kollimiereinheit kann insbesondere als Autofokusmodul ausgestaltet sein. Die Fokussiereinheit dient zur Fokussierung des Laserstrahls auf den gewünschten Fokuspunkt und kann z. B. eine Fokussierlinse beinhalten. Die Fokussiereinheit kann insbesondere als Autofokusmodul ausgestaltet sein zur Nachregelung der Fokuslage. Die Schweißoptik kann weitere Elemente beinhalten, wie z. B. Ablenkeinrichtungen in Form von Spiegeln oder planparallelen Platten.
Die Schweißoptik führt die Laserstrahlen im Schweißkopf und fokussiert diese auf bzw. relativ zu dem Werkstück.
Der Schweißkopf dient zur Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens. Insofern gelten die für das Verfahren beschriebenen technischen Merkmale und Vorteile auch für die entsprechenden technischen Umsetzungen im Schweißkopf.
Zur unabhängigen Fokussierung von erstem Laserstrahl und Bearbeitungslaserstrahl weist die Schweißoptik in einer Ausgestaltung vorzugsweise getrennte Fokussiereinrichtungen für den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl auf. Die Schweißoptik kann eine erste Fokussiereinrichtung im Strahlengang des ersten Laserstrahls aufweisen und eine zweite Fokussiereinrichtung im Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls aufweisen. Dies ermöglicht z. B. eine Defokussierung des Bearbeitungslaserstrahls, wodurch eine Eignung des Bearbeitungslaserstrahls zum Wärmeleitungsschweißen einfach realisiert werden kann.
Um den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl mit nur einer Laserquelle erzeugen zu können, weist die Schweißoptik in einer Ausgestaltung weiterhin ein Strahlteiler auf zur Aufteilung des in den Schweißkopf eingekoppelten Eingangslaserstrahls in den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl. Als Strahlteiler können reflektive Elemente verwendet werden, z. B. zwei Spiegel oder planparallele Platten, die nur in einem Teilquerschnitt des Eingangslaserstrahls angeordnet sind. Alternativ können auch transmissive oder teilreflektive Elemente verwendet werden, wie z. B. Prismen oder halbdurchlässige Spiegel.
In einer Ausgestaltung können unterschiedliche Laserquellen für den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl verwendet werden. Hierzu kann die Schweißoptik so eingerichtet sein, dass der erste Laserstrahl von einem ersten, in den Schweißkopf einkoppelbaren Eingangslaserstrahl bereitgestellt werden kann und der Bearbeitungslaserstrahl von einem zweiten, in den Schweißkopf einkoppelbaren, Eingangslaserstrahl bereitgestellt werden kann. Die Eingangslaserstrahlen können z. B. an unterschiedlichen Stellen in den Schweißkopf eingekoppelt werden und jeweils mittels eigener Teiloptiken geführt und fokussiert werden. Somit kann die Schweißoptik eine erste Teiloptik zur Bereitstellung des ersten Laserstrahls und eine zweite Teiloptik zur Bereitstellung des Bearbeitungslaserstrahls aufweisen. Die erste bzw. zweite Teiloptik kann jeweils z. B. eine Kollimiereinheit, Ablenkeinrichtungen, wie z. B. Spiegel, und eine Fokussiereinheit beinhalten. Vorzugsweise sind die erste und zweite Teiloptik unabhängig voneinander steuer- bzw. regelbar. Diese Ausgestaltung erlaubt eine höhere Flexibilität, z. B. durch die Wahl verschiedener Laserquellen und Laserleistungen für den ersten Laserstrahl und den Bearbeitungslaserstrahl.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Teiloptik als Scanneroptik ausgebildet um eine Oszillation des Bearbeitungslaserstrahls zu ermöglichen. Hierzu kann z. B. eine Ablenkeinrichtung in der zweiten Teiloptik verstellbar ausgebildet sein, z. B. als schwenkbarer Spiegel, und eine laterale Auslenkung des Bearbeitungsstrahls ermöglichen, während die Fokusnachführung durch die Fokussiereinheit erfolgt. Hiermit lässt sich eine Auslenkung des Bearbeitungslaserstrahls quer zur Schweißrichtung realisieren, z. B. zur Kantenglättung, oder eine oszillierende Strahlführung.
Zur Ausbildung eines Linienlasers und/oder zur Beeinflussung der Intensitätsverteilung des Bearbeitungslaserstrahls weist die Schweißoptik in einer Ausgestaltung weiterhin ein diffraktives optisches Element im Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls auf.
Der Schweißkopf kann weiterhin eine Drahtzuführeinrichtung aufweisen, die einen Zusatzdraht so positioniert, dass er während der Schweißung mittels des ersten Laserstrahl aufgeschmolzen wird. Vorzugsweise ist die Drahtzuführeinrichtung so angeordnet, dass der Zusatzdraht schleppend zugeführt wird.
Vorzugsweise ist der Schweißkopf als taktiler Schweißkopf ausgeführt. Zur Realisierung einer taktilen Nahtführung weist der Schweißkopf in einer Ausgestaltung einen um eine Schwenkachse verschwenkbaren Teilabschnitt auf, wobei der verschwenkbare Teilabschnitt zumindest die Drahtzuführeinrichtung sowie eine erste Fokussiereinheit für den ersten Laserstrahl und eine zweite Fokussiereinheit für den Bearbeitungslaserstrahl aufweist. Die Drahtzuführeinrichtung kann z. B. fest mit dem schwenkbaren Teilabschnitt des Schweißkopfs verbunden sein oder in diesen integriert sein. Somit wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass eine Verschwenkung der Drahtzuführeinrichtung eine ebensolche Verschwenkung des ersten Laserstrahls und des Bearbeitungslaserstrahls bewirkt.
Vorzugsweise wird die Laserstrahlung im Schweißkopf koaxial zu der Schwenkachse geführt.
Alternativ kann in dem taktilen Schweißkopf auch ein Kraftsensor in der Drahtzuführeinrichtung angeordnet sein und die auf den Draht wirkende Kraft erfassen. Mithilfe einer Regelung kann dann eine Vorgabe für eine Schwenkbewegung bestimmt werden, die z. B. über einen motorischen Schwenkantrieb an der Schwenkachse umgesetzt werden kann.
Der Schweißkopf kann zur Steuerung bzw. Regelung der Schweißoptik über eine oder mehrere geeignete Kontrolleinrichtungen verfügen. Alternativ oder ergänzend können Schnittstellen zur Ansteuerung über eine oder mehrere Kontrolleinrichtungen vorgesehen sein. Die Kontrolleinrichtungen können insbesondere auch die Steuerung der Scannerfunktion übernehmen.
Mit anderen Worten bietet die Vereinigung der Teilprozesse Schweißvorgang und Glättungsvorgang in einem Prozess bzw. in einer Schweißoptik, d. h. eine Vereinigung von Schweißen und Glättungsprozess in einem Durchgang, die Möglichkeit die Taktzeiten zu halbieren und gleichzeitig die Qualität der Schweißnahtoberfläche zu verbessern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff ”kann” verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung eines Schweißkopfes an einem Werkstück gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
2: eine Prinzipdarstellung eines Schweißkopfes entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel
3: eine Prinzipdarstellung eines Schweißkopfes entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel
4A bis 4D: Querschnittsansichten des ersten Laserstrahls und des Bearbeitungslaserstrahls in der Schweißebene zur Veranschaulichung verschiedener Fokusgeometrien und -anordnungen
In 1 ist ein Schweißkopf 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel schematisch über einem Werkstück 200 dargestellt. Das Werkstück 200 weist zwei im Überlappstoß angeordnete Bauteile 210 und 220 auf. Zur Ausbildung einer Schweißnaht 300 wird eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 200 und dem Schweißkopf 100 entlang der Schweißfuge vorgenommen. Vorzugsweise wird der Schweißkopf 100 entlang der Schweißfuge bewegt. Hierzu kann der Schweißkopf 100 z. B. an einer nicht dargestellten Führungseinrichtung befestigt sein, wie z. B. einem Roboter oder einer Portalanlage, und von dieser bewegt werden. Alternativ kann jedoch auch das Werkstück 200 bewegt werden und der Schweißkopf 100 wird ortsfest gehalten, bzw. kann sowohl das Werkstück 200 als auch der Schweißkopf 100 bewegt werden.
Die Schweißrichtung ist in 1 beispielhaft als x-Richtung dargestellt. In lateraler Richtung quer zur Schweißnaht verläuft die y-Richtung. Die z-Richtung steht senkrecht zur x- und y-Richtung bzw. senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks.
Der Schweißkopf 100 weist ein Gehäuse 110 auf, in das die Laserstrahlung einer nicht dargestellten Laserquelle als Eingangslaserstrahl E durch eine Strahlführungseinrichtung 120 in Form von Lichtleitfasern eingekoppelt wird. Der Eingangslaserstrahl E wird von einer Schweißoptik 130 innerhalb des Gehäuses 110 geführt und geteilt und als erster Laserstrahl L und Bearbeitungslaserstrahl B auf das Werkstück gerichtet und auf bzw. relativ zu diesem fokussiert.
Die Schweißoptik 130 weist eine Kollimiereinheit 132, eine Ablenkeinrichtung in Form eines Umlenkspiegels 134, einen Strahlteiler 135, sowie eine erste Fokussiereinheit 138 und eine zweite Fokussiereinheit 139 auf. Die Kollimiereinheit 132 beinhaltet eine Kollimierlinse und ist als Autofokusmodul ausgestaltet. Mit ihr wird der Eingangslaserstrahl E kollimiert und die Strahlfleckgröße eingestellt. Nach Umlenkung des Eingangslaserstrahls E durch den Umlenkspiegel 134 wird der Eingangslaserstrahl E in den ersten Laserstrahl L und den Bearbeitungslaserstrahl B geteilt. Hierzu ist ein Strahlteiler 135 gebildet durch einen ersten Spiegel 136 und einen zweiten Spiegel 137, die zueinander versetzt im Strahlengang des Eingangslaserstrahls E angeordnet sind. Der zweite Spiegel 137 ist beweglich ausgeführt und ermöglicht eine Verkippung des Bearbeitungslaserstrahls B entlang der X- und y-Richtung. Der erste Laserstrahl L wird mittels der ersten Fokussiereinheit 138 fokussiert und der Bearbeitungslaserstrahl B wird mittels der zweiten Fokussiereinheit 139 fokussiert. Die Fokussiereinheiten 138 und 139 beinhalten jeweils eine Fokussierlinse und sind als Autofokusmodule ausgestaltet und unabhängig voneinander ansteuerbar bzw. regelbar.
Der erste Laserstrahl L dient zur Ausbildung der Schweißnaht 300. In Schweißrichtung hinter dem ersten Laserstrahl L wird der Bearbeitungslaserstrahl B auf das Werkstück gerichtet, der zur Nachbearbeitung der Schweißnaht und/oder des angrenzenden Fügebereichs dient.
Der Bearbeitungslaserstrahl B trifft vorzugsweise beabstandet zum ersten Laserstrahl L, jedoch in großer Nähe zu diesem auf das Werkstück 200. Beispielsweise beträgt ein Abstand A in x-Richtung zwischen dem Arbeitspunkt des ersten Laserstrahls L und dem Arbeitspunkt des Bearbeitungslaserstrahls B in der Schweißbahnebene maximal 10 mm oder weniger.
Optional kann der Schweißkopf weiterhin eine Drahtzuführeinrichtung 140 aufweisen, die einen Schweißdraht 150 mit vorgegebener Geschwindigkeit der Schweißnaht zuführt. Der Schweißdraht 150 wird schleppend zugeführt und in Schweißrichtung vor bzw. in dem ersten Laserstrahl L positioniert.
2 zeigt einen Schweißkopf 100A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung einer Wiederholung sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dieser Schweißkopf unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Schweißkopf 100 dadurch, dass ein Teilabschnitt 110A des Schweißkopfes 100A um eine Schwenkachse 160 gegenüber dem restlichen Schweißkopfabschnitt 110B schwenkbar ist. Der Teilabschnitt 110A des Schweißkopfes 100A beinhaltet den Strahlteiler 135 mit dem ersten Spiegel 136 und zweiten Spiegel 137, die erste und zweite Fokussiereinheit 138 bzw. 139 sowie die Drahtzuführeinrichtung 140. Die Schwenkachse 160 ist koaxial zum Strahlengang des Eingangslaserstrahls E ausgebildet.
Eine Verschwenkung des Teilabschnitts 110A bewirkt eine Verschwenkung des ersten Laserstrahls L, des Bearbeitungslaserstrahls B und des Zusatzdrahtes 150. Hierdurch kann eine taktile Nahtführung realisiert werden. Der Zusatzdraht wird während der Schweißung mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Schweißfuge gepresst. Bei geringen Änderungen des Fugenverlaufs wird der Zusatzdraht 150 in der Fuge mitgeführt. Es kommt zu einer Auslenkung des Zusatzdrahtes 150 und damit des Teilabschnitts 110A des Schweißkopfes 100A.
3 zeigt einen Schweißkopf 100B gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Zur Vermeidung einer Wiederholung sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Schweißkopf 100B ist dazu eingerichtet, dass der erste Laserstrahl L und der Bearbeitungslaserstrahl B von unterschiedlichen Laserquellen bereitgestellt werden können. Hierzu weist die Schweißoptik 130B des Schweißkopfs 100B zwei Teiloptiken 170 und 180 auf.
Ein erster Eingangslaserstrahl E1 wird mittels einer ersten Strahlführungseinrichtung 120A in Form von Lichtleitfasern in den Schweißkopf 100B eingekoppelt und von der ersten Teiloptik 170 als erster Laserstrahl L auf das Werkstück 200 gerichtet. Die erste Teiloptik 170 weist eine Kollimiereinheit 172, zwei Ablenkeinrichtungen in Form von Spiegeln 174, 176, sowie eine Fokussiereinheit 178 auf. Die Kollimiereinheit 172 beinhaltet eine Kollimierlinse und ist als Autofokusmodul ausgestaltet. Mit ihr wird der erste Eingangslaserstrahl E1 kollimiert und die Strahlfleckgröße eingestellt. Nach Umlenkung des Eingangslaserstrahls E1 durch die Umlenkspiegel 174 und 176 wird der Eingangslaserstrahl E1 mittels der ersten Fokussiereinheit 178 fokussiert und als erster Laserstrahl L auf das Werkstück 200 gerichtet. Die Fokussiereinheit 178 beinhaltet eine Fokussierlinse und ist als Autofokusmodul ausgestaltet.
Ein zweiter Eingangslaserstrahl E2 wird mittels einer zweiten Strahlführungseinrichtung 120B in Form von Lichtleitfasern in den Schweißkopf 100B eingekoppelt und von der zweiten Teiloptik 180 als Bearbeitungslaserstrahl B auf das Werkstück 200 gerichtet. Die zweite Teiloptik 180 weist eine Kollimiereinheit 182, zwei Ablenkeinrichtungen in Form von Spiegeln 184 und 187, sowie eine Fokussiereinheit 189 auf. Die Kollimiereinheit 182 beinhaltet eine Kollimierlinse und ist als Autofokusmodul ausgestaltet. Mit ihr wird der zweite Eingangslaserstrahl E2 kollimiert und die Strahlfleckgröße eingestellt. Nach Umlenkung des zweiten Eingangslaserstrahls E2 durch die Umlenkspiegel 184 und 187 wird der Eingangslaserstrahl E2 mittels der zweiten Fokussiereinheit 189 fokussiert und als Bearbeitungslaserstrahl B auf das Werkstück 200 gerichtet. Die Fokussiereinheit 189 beinhaltet eine Fokussierlinse und ist als Autofokusmodul ausgestaltet.
Die zweite Teiloptik 180 ist als Scanneroptik ausgeführt und ermöglicht eine schnelle Bewegung des Bearbeitungslaserstrahls während des Schweißvorgangs zusätzlich zur Relativbewegung zwischen Schweißkopf 100B und Werkstück 200. Hierzu ist der Spiegel 187 als verstellbarer Spiegel ausgebildet und ermöglicht eine laterale Auslenkung des Bearbeitungslaserstrahls B. Im Zusammenwirken mit der als Autofokusmodul ausgestalteten Fokussiereinheit 188 lässt sich so ein 3D-Scanner realisieren.
In den Schweißköpfen 100 und 100A kann eine Scannerfunktion ebenso durch die Verwendung entsprechender Elemente in der Optik 130 realisiert werden.
Die zweite Teiloptik 180 zur Bereitstellung des Bearbeitungslaserstrahls B ist gemäß 3 vollständig in dem schwenkbaren Teilabschnitt 110A angeordnet und die Schwenkachse 160B verläuft koaxial zum Strahlengang des ersten Eingangslaserstrahls E1. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann jedoch auch die erste Teiloptik 170 zur Bereitstellung des ersten Laserstrahls L vollständig in dem schwenkbaren Teilabschnitt 110A angeordnet sein und die Schwenkachse kann koaxial zum Strahlengang des zweiten Eingangslaserstrahls E2 verlaufen.
Der Schweißkopf 100, 100A, 100B kann zur Steuerung bzw. Regelung der Schweißoptik über eine oder mehrere geeignete (nicht dargestellte) Kontrolleinrichtungen verfügen und/oder über (nicht dargestellte) Schnittstellen zur Ansteuerung mittels einer oder mehrerer Kontrolleinrichtungen. Die Kontrolleinrichtungen können insbesondere auch die Steuerung der Scannerfunktion übernehmen.
Im Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls B kann ein optionales diffraktives Element 190 angeordnet sein. Vorzugsweise ist das diffraktive Element 190 zwischen dem Spiegel 137 bzw. 187 und vor der Fokussiereinheit 139 bzw. 189 angeordnet.
In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform kann zur Realisierung der taktilen Nahtführung weiterhin ein Kraftsensor in der Drahtzuführeinrichtung 140 vorgesehen sein, der eine auf den Draht wirkende Kraft misst. Die vom Kraftsensor gemessenen Daten können mithilfe einer Regeleinrichtung in Regelsignale umgesetzt und an einen motorischen Stellantrieb weitergegeben werden zur Verschwenkung des Teilabschnitts 110A des Schweißkopfes 100A bzw. 100B.
Die 4A bis 4D zeigen Querschnittansichten des ersten Laserstrahls und des Bearbeitungslaserstrahls in der Schweißebene zur Veranschaulichung verschiedener beispielhafter Fokusgeometrien und -anordnungen.
Wie in 4A gezeigt, kann der Bearbeitungslaserstrahl als defokussierter Bearbeitungslaserstrahl B1 auf das Bauteil gerichtet werden. Beispielsweise kann der Fokuspunkt des Bearbeitungslaserstrahls B1 oberhalb oder unterhalb der Schweißebene liegen, also in z-Richtung zur Schweißnaht versetzt. Vorzugsweise hat der Bearbeitungslaserstrahl B1 im Arbeitspunkt einen Durchmesser, der um den Faktor 1,5 bis 14 größer ist als der Durchmesser des ersten Laserstrahls L im Arbeitspunkt. Alternativ kann der Durchmesser des Bearbeitungslaserstrahl B1 im Arbeitspunkt um den Faktor 7 bis 8 größer sein als der Durchmesser des ersten Laserstrahls L. Beispielsweise kann der erste Laserstrahl L einen Durchmesser im Bereich von 0,6 mm bis 1 mm aufweisen und der defokussierte Bearbeitungslaserstrahl B1 einen Durchmesser von 1,5 bis 8 mm aufweisen. Alternativ kann der erste Laserstrahl L z. B. einen Durchmesser von 0,7 mm ± 0,05 mm und der defokussierte Bearbeitungslaserstrahl B1 einen Durchmesser von 4,5 bis 5,5 mm, vorzugsweise 5 mm ± 0,05 mm aufweisen.
Die Mittelpunkte des ersten Laserstrahls L und des Bearbeitungslaserstrahls B1 in der Schweißebene können auf einer Linie liegen, die mit dem Schweißbahnverlauf (angedeutet durch die strichpunktierte Linie in den 4A bis 4D) identisch oder parallel zu diesem ist. Alternativ kann der Bearbeitungslaserstrahl B1 auch in y-Richtung, also quer zur Schweißnaht versetzt sein (als strichlierter Kreis B1' dargestellt).
4B zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung, bei der der Bearbeitungslaserstrahl als Linienlaserstrahl B2 ausgeführt ist. Hierbei hat der Bearbeitungslaserstrahl B2 ein annähernd rechteckigen Querschnitt, mit einer Ausdehnung quer zur Schweißrichtung, die um ein Vielfaches größer ist die Ausdehnung in Schweißrichtung. Alternativ kann der Querschnitt des Bearbeitungslaserstrahls B2 auch eine Ausdehnung aufweisen, die längs zur Schweißrichtung größer ist als quer zur Schweißrichtung, z. B. 2 mm quer zur Schweißrichtung und 4 mm längs dazu. Der Breite des Linienlaserstrahls B2 quer zur Schweißrichtung kann an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich der Nahtnachbearbeitung angepasst werden.
Der Linienlaserstrahl B2 kann, ebenso wie für den defokussierten Strahl B1 bzw. B1' beschrieben, mittig über der Schweißnaht oder seitlich versetzt zu dieser angeordnet sein.
4C und 4D zeigen weitere alternative Anordnungen für den Bearbeitungslaserstrahl, wobei dieser als oszillierender Strahl B3 über das Bauteil 200 geführt wird. Vorzugsweise wird die Oszillation mit einer Frequenz von 150 Hz bis 250 Hz, vorzugsweise mit 200 Hz durchgeführt. Die Oszillation kann in Form einer Pendelbewegung um die y-Achse ausgeführt werden. In 4C sind die maximalen Auslenkungen der Pendelbewegung als strichlierte Kreise dargestellt. Alternativ kann die Oszillation als kombinierte Bewegung sowohl in x- als auch in y-Richtung ausgeführt werden, z. B in Form einer liegenden Acht, wie in 4D durch den entsprechend geformten Pfeil angedeutet. Der Strahlfleckdurchmesser des Bearbeitungslaserstrahls B3 ist hierbei vorzugsweise nur geringfügig größer als der Strahlfleckdurchmesser des ersten Laserstrahls L, z. B. kann der Strahlfleckdurchmesser 1 mm ± 0,05 mm betragen, wenn der erste Laserstrahl einen Durchmesser von ca. 0,7 mm ± 0,05 mm aufweist.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
Bezugszeichenliste

100, 100A, 100B: Schweißkopf
110: Gehäuse
110A: verschwenkbarer Teilabschnitt
110B: Schweißkopfabschnitt
120, 120A, 120B: Strahlführungseinrichtung
130, 130B: Schweißoptik
132, 172, 182: Kollimiereinheit
134, 136, 137, 174, 176, 184, 187: Spiegel
135: Strahlteiler
138, 139, 178, 189: Fokussiereinheit
140: Drahtzuführeinrichtung
150: Schweißdraht
160, 160B: Schwenkachse
170, 180: Teiloptik
190: diffraktives Element
200: Werkstück
210, 220: Bauteile
300: Schweißnaht
L: erster Laserstrahl
B, B1, B2: Bearbeitungslaserstrahl
E, E1, E2: Eingangslaserstrahl
A: Abstand

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 2001/069621 A1 [0004]
DE 102012015766 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Laserstrahlschweißen, bei dem: eine Schweißnaht (300) in einem Werkstück (200) mittels eines ersten Laserstrahls (L) ausgebildet wird, das Werkstück (200) in zumindest einem Teilbereich der Schweißnaht (300) mittels eines Bearbeitungslaserstrahls (B) nachbearbeitet wird, wobei der erste Laserstrahl (L) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) von einem gemeinsamen Schweißkopf (100; 100A; 100B) bereitgestellt und in einem gemeinsamen Verfahrensschritt relativ zu dem Werkstück (200) bewegt werden.
Verfahren nach einem der Patentanspruch 1, bei dem der erste Laserstrahl (L) im Tiefschweißmodus arbeitet und der Bearbeitungslaserstrahl (B) im Wärmeleitmodus arbeitet.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem der erste Laserstrahl (L) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) von demselben Laser erzeugt werden oder von verschiedenen Lasern erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, bei dem der erste Laserstrahl (L) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) auf dem Werkstück (200) um einen Abstand (A) in Schweißrichtung voneinander beabstandet sind, und der Abstand (A) 10 mm oder weniger, oder 1 mm bis 10 mm, oder 1 mm bis 7 mm oder 1 mm bis 5 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, bei dem der Bearbeitungslaserstrahl (B1) in Bezug auf die Werkstückoberfläche defokussiert ist oder der Bearbeitungslaserstrahl (B3) oszillierend über die Werkstückoberfläche geführt wird oder der Bearbeitungslaserstrahl (B2) als Linienlaserstrahl ausgebildet ist oder der Bearbeitungslaserstrahl (B2) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, bei dem ein Zusatzdraht (150) zugeführt wird und mittels des ersten Laserstrahls (L1) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem der erste Laserstrahl (L1) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) mittels taktiler Nahtführung entlang der Schweißfuge des Werkstücks (200) geführt werden.
Verfahren nach Patentanspruch 7, bei dem der Zusatzdraht (150) in der Schweißfuge des Werkstücks (200) positioniert und von dieser geführt wird, der Zusatzdraht (150) durch eine Änderung im Schweißfugenverlauf ausgelenkt wird und eine Schwenkbewegung eines Teilabschnitts (110A) des Schweißkopfes (100A; 100B) bewirkt, wodurch der erste Laserstrahl (L) und der Bearbeitungslaserstrahl (B) in Relation zu dem Werkstück (200) verschwenkt werden.
Schweißkopf mit: einer Schweißoptik (130), die dazu eingerichtet ist, bei Einkopplung zumindest eines Eingangslaserstrahls (E) in den Schweißkopf (100; 100A; 100B) einen ersten Laserstrahl (L) bereitzustellen zur Ausbildung einer Schweißnaht (300) in einem Werkstück (200) und einen Bearbeitungslaserstrahl (B) bereitzustellen zur Nachbearbeitung der Schweißnaht (300) im gleichen Arbeitsschritt.
Schweißkopf nach Patentanspruch 9, bei dem eine erste Fokussiereinheit (138; 178) im Strahlengang des ersten Laserstrahls (L) angeordnet ist und eine zweite Fokussiereinheit (139; 189) im Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls (B) angeordnet ist.
Schweißkopf nach Patentanspruch 9 oder 10, bei dem die Schweißoptik (130) einen Strahlteiler (135) beinhaltet zur Aufteilung des in den Schweißkopf einkoppelbaren Eingangslaserstrahls (E) in den ersten Laserstrahl (L) und den Bearbeitungslaserstrahl (B) oder bei dem die Schweißoptik (130A) so eingerichtet ist, dass der erste Laserstrahl (L) von einem ersten, in den Schweißkopf einkoppelbaren Eingangslaserstrahl (E1) bereitgestellt werden kann und der Bearbeitungslaserstrahl (B) von einem zweiten, in den Schweißkopf einkoppelbaren, Eingangslaserstrahl (E2) bereitgestellt werden kann.
Schweißkopf nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, bei dem die Schweißoptik (130B) eine erste Teiloptik (170) zur Bereitstellung des ersten Laserstrahls (L) und eine zweite Teiloptik (180) zur Bereitstellung des Bearbeitungslaserstrahls (B) aufweist und die zweite Teiloptik (180) als Scanneroptik ausgebildet ist.
Schweißkopf nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, wobei die Schweißoptik (130; 130B) weiterhin ein diffraktives optisches Element (190) im Strahlengang des Bearbeitungslaserstrahls (B) aufweist.
Schweißkopf nach einem der Patenansprüche 9 bis 13, weiterhin mit: einer Drahtzuführeinrichtung (140), die einen Zusatzdraht (150) so positioniert, dass er während der Schweißung mittels des ersten Laserstrahls (L) aufgeschmolzen wird.
Schweißkopf nach einem der Patentansprüche 9 bis 14, der als taktiler Schweißkopf ausgebildet ist.
Schweißkopf nach Patentanspruch 15, der einen um eine Schwenkachse (160, 160B) verschwenkbaren Teilabschnitt (110A) aufweist, wobei der verschwenkbare Teilabschnitt (110A) zumindest eine Drahtzuführeinrichtung (140), sowie eine erste Fokussiereinheit (138; 178) für den ersten Laserstrahl (L) und eine zweite Fokussiereinheit (139; 189) für den Bearbeitungslaserstrahl (B) aufweist.