DE102014224738A1 - Verfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Remote-Laserschweißen - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Remote-Laserschweißen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Remote-Laserstrahlschweißen und eine Verwendung des Verfahrens zum Vermeiden von Heißrissen beim zusatzwerkstofffreien Schweißen eines heißrissgefährdeten Werkstoffs. Bei dem Verfahren wird ein Laserstrahl mittels einer Scannervorrichtung auf ein Werkstück (100) gerichtet, so dass ein Schmelzbad (120) erzeugt wird. Es wird eine Relativbewegung (130) zwischen Laserstrahl und Werkstück (100) zur Erzeugung einer Schweißnaht (110) in dem Werkstück (100) vorgenommen, wobei die Relativbewegung (130) eine Vorschubbewegung und eine überlagerte Strahloszillation beinhaltet. Die Prozess- und/oder die Oszillationsparameter werden so gewählt, dass die Form des Schmelzbades (120) hinsichtlich einer feinkörnigen Kristallisation des Schmelzbades optimiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Remote-Laserschweißen und insbesondere beim Schweißen von heißrissgefährdeten Materialien.
  • Heißrisse sind ein bislang unzureichend gelöstes Problem beim Laserschweißen. Die sichere Vermeidung von Heißrissen ist eine der Herausforderungen beim Einsatz verschiedenster metallischer Materialien in der Fertigungstechnik und insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie.
  • Heißrisse entstehen während des Erstarrens der Schmelze am Übergang von flüssig zu fest. Sie verlaufen entlang der Korngrenzen bzw. Dendritengrenzen und treten vor allem in Verbindung mit niedrigschmelzenden Substanzen auf den Korngrenzen auf. Man geht davon aus, dass Heißrisse aufgrund eines Zusammenwirkens von metallurgischen und mechanischen Faktoren entstehen. Je nach Mechanismus unterscheidet man Erstarrungsrisse, Wiederaufschmelzrisse und Risse durch Zähigkeitsabfall. Während der Abkühlung erstarren zunächst die hochschmelzenden Legierungsbestandteile. Mit fortschreitender Kristallisation schieben die Dendriten die nicht kristallisierte Schmelze vor sich her, wobei es zu einer Anreicherung niedrigschmelzender Substanzen kommt. Gleichzeitig kommt es im Material zu einer Zugbeanspruchung durch die Abkühlung des Bauteils, welche die Bildung von Heißrissen auslöst. Im Bereich noch nicht erstarrter Restschmelze treten Heißrisse in Form von Erstarrungsrissen auf, an geseigerten Zonen, in denen der Schmelzpunkt verringert ist, kommt es zu Wiederaufschmelzrissen, und in versprödeten Zonen können Risse durch Zähigkeitsabfall auftreten.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Heißrissentstehung durch die Verwendung geeigneter Schweißzusatzwerkstoffe verringert bzw. unterbunden werden kann. Der Zusatzwerkstoff wird z. B. während des Schweißens als Draht zugeführt oder kann bereits in einem vorgelagerten Fertigungsschritt auf das zu schweißende Bauteil aufplattiert sein.
  • Ein anderer Ansatz versucht, kritische Zugbeanspruchung im Schmelzbad während der Erstarrung durch Aufbringung von Druckbeanspruchungen zu kompensieren. So wird z. B. in der Druckschrift DE 10 2006 048 580 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem zusätzlich zu einem Schweißverfahren hoher Energiedichte elektromagnetische Volumenquellen derart verwendet werden, dass sie im Inneren des Bauteils zwei mit der Schweißzone mitlaufende inhomogene Temperaturfelder erzeugen. Die Temperaturfelder beginnen vor der Schweißzone und erstrecken sich parallel zur Schweißrichtung bis hinter die Erstarrungszone, wobei ihre Tiefe am Ort des Temperaturmaximums mindestens die Schweißnahttiefe erreicht. Die mitlaufenden Temperaturfelder sollen einen Volumenzuwachs im Bauteil bewirken, der die thermischen Schrumpfungen während der Erstarrung der Schmelze kompensiert. Das Schweißverfahren hoher Energiedichte kann auch ein Laserschweißen sein.
  • Diese bislang bekannten Ansätze sind jedoch für das Schweißen mit Remote-Laseranlagen ungeeignet. Unter Remote-Laserschweißen wird ein Bearbeitungsverfahren verstanden, das unter Verwendung einer Scannervorrichtung bzw. Scanneroptik erfolgt. Hierbei wird ein Laserstrahl über mindestens einen bewegbaren Spiegel abgelenkt und auf dem zu bearbeitendem Werkstück positioniert bzw. über dieses geführt, wodurch sich sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten realisieren lassen. Weiterhin kann die Scannervorrichtung Linsensysteme zur Fokussierung des Laserstrahls und/oder weitere bewegbare oder feststehende Spiegel aufweisen. Die Scannervorrichtung kann weiterhin an einer beweglichen Mechanik montiert sein, wie z. B. einem Roboter, wodurch eine Bewegung der Scannervorrichtung entlang und/oder um zumindest zwei Achsen ermöglicht wird. Hierdurch wird der Arbeitsraum der Laser-Remoteanlage vergrößert. Durch zeitgleiches Verfahren der Scannervorrichtung mittels der Mechanik und Bewegen des Laserstrahls mittels der Scannervorrichtung kann ein sogenanntes „on the fly”-Bearbeiten umgesetzt werden, wodurch die Bearbeitungszeiten weiter verringert werden.
  • Die Verwendung von Zusatzdraht ist für das Remote-Laserstrahlschweißen aufgrund des großen Arbeitsabstandes zwischen Optik und Werkstoff nicht möglich. Werkstoffe mit aufplattiertem Zusatzwerkstoff sind sehr teuer und anfällig für Korrosion.
  • Der aus der Druckschrift DE 10 2006 048 580 A1 bekannte Ansatz erfordert, dass die elektromagnetischen Volumenquellen mit dem Laserstrahl über das Bauteil geführt werden. Dies ist bei einer Laser-Remote-Anlage nur mit großem apparativem Aufwand möglich und würde die schnelle Umpositionierbarkeit des Laserstrahls einschränken.
  • Weiterhin ist aus der Druckschrift WO 2003 031 108 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem eine zweite Wärmequelle einer, ein Schmelzbad erzeugenden, ersten Wärmequelle nachgeführt wird. Die Wärmequellen sind vorzugsweise Laserstrahlen. Die zweite Wärmequelle wird auf das hintere Erstarrungsgebiet des Schmelzbads gerichtet und reduziert dort die Abkühlrate bzw. erwärmt das Erstarrungsgebiet kurzzeitig wieder, ohne dass es zu einer nennenswerten Wiederaufschmelzung kommt. Hierdurch wird die Zugspannung im Erstarrungsgebiet reduziert bzw. es wird eine Druckspannung erzeugt, wodurch Heißrisse vermieden werden sollen.
  • Nachteilig ist bei diesem Verfahren der zusätzliche apparative Aufwand zur Erzeugung eines zweiten Laserstrahls.
  • Ein für das Laser-Remoteschweißen geeignetes Verfahren zur Heißrissreduzierung ist aus der Druckschrift DE 10 2014 105 941 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Heißrissempfindlichkeit von Schweißnähten durch eine nachgelagerte Temperaturbeeinflussung des Schmelzbades bzw. Regulierung der Abkühlrate mittels einer räumlichen Ablenkung des Laserstrahls bei gleichzeitiger zeitlicher Energieanpassung des Laserstrahls reduziert. Hierzu führt der Laserstrahl während des Schweißens eine räumlich oszillierende Bewegung parallel und/oder senkrecht zur Schweißnaht aus, wobei die Erstarrung des Schmelzbades durch eine zusätzliche und synchron zur räumlichen Oszillation durchgeführte zeitliche Oszillation der Laserstrahl-Intensität oder Laserstrahlkollimation gesteuert wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren anzugeben, mit dem die Nahtqualität von Laserschweißungen, insbesondere von Schweißungen an heißrissgefährdeten Werkstücken, ohne nennenswerten apparativen Mehraufwand mit einer Remote-Laserschweißanlage verbessert werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 und die Verwendung eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 12. Weiter Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen wird ein Laserstrahl mittels einer Scannervorrichtung auf ein Werkstück gerichtet, so dass ein Schmelzbad erzeugt wird. Zur Erzeugung einer Schweißnaht in dem Werkstück wird eine Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück vorgenommen, wobei die Relativbewegung eine Vorschubbewegung und eine überlagerte Strahloszillation beinhaltet. Hierbei werden die Prozess- und/oder die Oszillationsparameter so gewählt, dass die Form des Schmelzbades hinsichtlich einer feinkörnigen Kristallisation des Schmelzbades optimiert ist.
  • Hierbei geht die Erfindung von dem Ansatz aus, dass durch gezieltes feinkörniges Ausbilden des Schweißnahtgefüges die Schweißnahtqualität gesteigert werden kann und eine Heißrissbildung unterdrückt bzw. reduziert werden kann. Anders als die im Stand der Technik bekannten Verfahren, die von einem thermomechanischen Ansatz zur Vermeidung von Heißrissen ausgehen, nutzt die Erfindung den metallurgischen Ansatz, dass die Geometrie des Schmelzbades einen entscheidenden Einfluss auf die Kristallisation der Schmelze hat. Die Kristallisation erfolgt am Schmelzbadrand in Richtung des höchsten Temperaturgradienten, d. h. senkrecht zum Schmelzbadrand in das Innere des Schmelzbads gerichtet. Ein nicht optimiertes, tropfenförmiges Schmelzbad, das gerade oder annähernd gerade Randabschnitte aufweist, begünstigt die Bildung großer, parallel nebeneinander liegender Dendriten, da diese bei Fortschreiten des Schmelzbadrandes ungehindert in ihrer Ausrichtung weiterwachsen können. Ist der Schmelzbadrand demgegenüber gerundet, so müssten die Dendriten eine Art Rotationsbewegung ausführen, um weiterhin in Richtung des höchsten Temperaturgradienten zu wachsen. Energetisch günstiger ist jedoch die Bildung neuer Kristallite mit geänderter Ausrichtung, so dass das Gefüge bei einem runden Schmelzbadrand feinkristalliner wird. Somit kann durch eine verstärkte Rundung des Schmelzbadrandes die Gefügestruktur beeinflusst werden. Die Optimierung des Schmelzbadrandes ist bei einer Remote-Laseranlage ohne Umbaumaßnahmen möglich, da die Optimierung durch Nutzung der Möglichkeiten der Scannervorrichtung zur schnellen Strahlablenkung und Oszillation erfolgt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Schmelzbad im Querschnitt einen vollständig konvex gerundeten hinteren Schmelzbadrand auf. Der hintere Schmelzbadrand ist dabei derjenige Randabschnitt des Schmelzbades, der in Schweißrichtung betrachtet hinter dem Schwerpunkt des Schmelzbades liegt. Der Querschnitt bezieht sich auf eine Ebene quer zum Laserstrahl.
  • Eine besonders sichere Vermeidung von Heißrissen lässt sich realisieren, wenn in einer bevorzugten Ausgestaltung das Schmelzbad so optimiert wird, dass es in der Draufsicht eine ovale oder annähernd ovale Form mit einem Länge-zu-Breite Verhältnis von 2,0 oder weniger aufweist. Die Länge des Schmelzbads wird dabei in Schweißrichtung gemessen und die Breite quer zur Schweißrichtung und quer zum Laserstrahl. Diese Form des Schmelzbades begünstigt das Wachstum kleiner Kristallite.
  • Das Werkstück kann ein einzelnes Bauteil sein. Alternativ kann das Werkstück auch aus zwei oder mehr Bauteilen bestehen. Als Bauteile können Metallformkörper, wie z. B. Metallprofile, verwendet werden. Die Bauteile können ebenso beispielsweise Bleche sein, wobei es sich um ebene Bleche oder räumlich geformte Bleche handeln kann.
  • Das Verfahren ist insbesondere geeignet zum Schweißen von heißrissgefährdeten bzw. -empfindlichen Materialien, so dass in einer Ausgestaltung die Schweißnaht zumindest ein heißrissgefährdetes Material beinhaltet oder aus einem heißrissgefährdeten Material besteht. Besonders anfällig für Heißrisse sind Aluminiumlegierungen, insbesondere hochfeste Aluminiumlegierungen, wie z. B. AlMgSi-Legierungen, austenitische Stähle, Automatenstähle und Nickelbasislegierungen. Jedoch ist die Wirkungsweise eines abgerundeten Schmelzbades für alle Metalle gleich, d. h. es können nicht nur heißrissgefährdete AL-Legierungen (AL-6xxx, AL-7xxx) verschweißt werden, sondern auch Stahllegierungen.
  • In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Werkstück aus einem oder mehreren Blechen im Dünnblechbereich. Die Bleche haben z. B. eine Dicke bis 4 mm und können z. B. Karosseriebleche sein.
  • Der Laserstrahl kann verschiedenartige Oszillationsbewegungen mit Hilfe des Scanners ausführen, z. B. in Form eines Kreises, einer liegenden Acht, oder eine Pendelbewegung quer oder längs zur Schweißrichtung. Die Oszillation des Laserstrahls erfolgt vorzugsweise als zweidimensionale Auslenkung in der Schweißnahtebene. Die Oszillationsbewegung kann je nach verwendetem Scanner in einem Bereich von einigen 10 Hertz bis zu mehreren Kilohertz liegen, in einer Ausgestaltung liegt die Frequenz im Bereich von 50 Hz bis 100 Hz. Die Oszillationsamplitude wird anhand der gewünschten Schmelzbadform unter Berücksichtigung weiterer Schweißparameter bestimmt und liegt in einer Ausgestaltung z. B. im Bereich von 0,5 mm bis 1 mm.
  • Zur Realisierung der Relativbewegung zwischen Werkstück und Laserstrahl wird die Oszillationsbewegung der Vorschubbewegung überlagert. Die Vorschubbewegung erfolgt entlang des beabsichtigten Schweißnahtverlaufs. Die Vorschubbewegung kann realisiert werden, indem das Werkstück bewegt wird, die Scannervorrichtung bewegt wird oder der Laserstrahl mittels der Scannervorichtung ausgelenkt wird oder durch eine Kombination der voranstehend genannten Bewegungen.
  • Eine die Kornfeinung unterstützende Rundung des hinteren Schmelzbadrandes ergibt sich in einer Ausgestaltung dadurch, dass die Relativbewegung eine schraubenlinienförmige Bewegung ist. Die schraubenförmige Bewegung kann z. B. aus einer Überlagerung einer linearen Vorschubbewegung und einer kreisförmigen Strahloszillation resultieren.
  • Neben der Oszillationsfrequenz, -amplitude und -form können weiterhin die Prozessparameter, wie z. B. die Schweißgeschwindigkeit, Strahlleistung, Fokusdurchmesser und -lage, zur Optimierung der Schmelzbadform herangezogen werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Laserleistung und die Laserkollimation während der Schweißung konstant gehalten, so dass die Optimierung der Schmelzbadform allein durch die Wahl der Oszillationsparameter erfolgt.
  • Vorzugsweise ist das Remote-Laserschweißen ein Tiefschweißen unter Ausbildung einer Dampfkapillare im Werkstück.
  • Durch die Optimierung der Schmelzbadgeometrie ist die Verwendung eines Zusatzwerkstoffs zur Vermeidung von Heißrissen nicht mehr notwendig. In einer Ausgestaltung erfolgt das Ausbilden der Schweißnaht deshalb zusatzwerkstofffrei.
  • Die Vorteile des voranstehend beschriebenen Verfahrens kommen besonders zur Geltung, wenn das Verfahren verwendet wird, um die Bildung von Heißrissen beim zusatzwerkstofffreien Schweißen eines heißrissgefährdeten Werkstücks mittels Remote-Laserstrahlschweißen zu vermeiden. Die Verwendung des Verfahrens für heißrissgefährdete Materialien, wie z. B. hochfeste Aluminiumlegierungen, bringt deutliche wirtschaftliche Vorteile, da bestehende Anlagen umbautenfrei genutzt werden können, unproduktive Nebenzeiten auf ein Minimum reduziert werden und teure Sonderwerkstücke, wie mit Zusatzmaterial plattinierte Werkstücke, entfallen.
  • 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 schematische Darstellung eines Schmelzbades während eines Remote-Laserschweißens ohne überlagerte Oszillation
  • 2A eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer Schweißung an der Kehle im Überlappstoß ohne überlagerte Oszillation
  • 2B eine Röntgenaufnahme der Schweißnaht von 2A
  • 3 eine schematische Darstellung eines optimierten Schmelzbades während des Schweißverfahrens mit optimiertem Schmelzbadrand
  • 4A eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer Schweißung an der Kehle im Überlappstoß mit zur Vermeidung von Heißrissen optimiertem Schmelzbad und
  • 4B eine Röntgenaufnahme der Schweißnaht von 4A.
  • Die 1, 2A und 2B beziehen sich auf eine Schweißung ohne Optimierung der Schmelzbadform, während in den 3 und 4A, 4B die Form des Schmelzbades durch Strahloszillation dergestalt optimiert ist, dass die Naht heißrissfrei ausgebildet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schmelzbades bei einer Laser-Tiefschweißung ohne Strahloszillation sowie die resultierende Gefügestruktur. Ein nicht dargestellter Laserstrahl wird auf ein Werkstück 10 gerichtet, wodurch sich das Schmelzbad 20 mit einer Dampfkapillare 22 ausbildet. Aufgrund einer linearen Vorschubbewegung 30 zwischen Laserstrahl und Werkstück 20 wandert das Schmelzbad 20 über das Werkstück 10 und es bildet sich eine Schweißnaht 40 aus. Am hinteren Ende des Schmelzbades 20 bildet sich eine Erstarrungsfront am hinteren Schmelzbadrand 24, wo das schmelzflüssige Material wieder kristallisiert. Mit fortschreitender Bewegung des Schmelzbades 20 im Werkstück 10 wandert auch der hintere Schmelzbadrand 24 und die Erstarrungsfront voran. Das Schmelzbad 20 weist eine tropfenförmige, langgestreckte Form auf, wobei das Schmelzbad 20 am hinteren Ende spitz zuläuft und der hintere Schmelzbadrand 24 zwei weitgehend gerade Abschnitte 24A und 24B aufweist. Diese Form begünstigt das Wachstum von großen, parallel nebeneinander angeordneten Dendriten 42 in der Schweißnaht 40. Heißrisse treten bevorzugt entlang der Dendritengrenzen auf, siehe Heißriss 50.
  • 2A zeigt eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme einer Remote-Laserstrahlschweißung ohne überlagerte Strahloszillation, wie sie anhand 1 erläutert wurde.
  • Die Schweißung wurde als Schweißung an der Kehle im Überlappstoß in einem Werkstück aus der heißrissgefährdeten Aluminiumlegierung EN AW 6082 T6 mit einer Dicke von 1,2 mm für den oberen Fügepartner und einer Dicke von 2,5 mm für den unteren Fügepartner durchgeführt. Die Schweißung wurde mit einer Remote-Laserschweißanlage vorgenommen mit einer Laserleistung von 3,5 kW und einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 m/min, der Fokusdurchmesser beträgt 0,6 mm, die Lage des Fokus befindet sich auf der Blechoberseite (keine Defokussierung), die Brennweite beträgt 600 mm. Daraus resultierend stellt sich in der Draufsicht eine tropfenförmige Schmelzbadform ein, die an ihrem Rand annähernd gerade, zueinander geneigte Abschnitte aufweist, wie zu 1 beschrieben.
  • 2B zeigt eine Röntgenaufnahme der Schweißnaht, welche aus der in 2A dargestellten Schweißung resultiert. Deutlich ist zu erkennen, dass es zu Heißrissen 50A und 50B in Form von Erstarrungsrissen kommt.
  • Demgegenüber konnten an einem Werkstück gleicher Dicke und gleichen Materials mit derselben Remote-Laserschweißanlage durch Optimierung der Schmelzbadform heißrissfreie Schweißnähte erzeugt werden, siehe 4A und 4B.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer optimierten Schmelzbadform zur Vermeidung von Heißrissen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Werkstück 100 wird durch Remote-Laserstrahlschweißen eine Schweißnaht 110 ausgebildet. Hierzu wird mittels eines nicht dargestellten Laserstrahls ein Schmelzbad 120 in dem Werkstück 100 erzeugt. Das Schweißen erfolgt als Lasertiefschweißen unter Ausbildung einer Dampfkapillare 122.
  • Zur Vermeidung von Heißrissen ist die Form des Schmelzbades 120 durch eine Strahloszillation optimiert. Der Laserstrahl wird mit einer Relativbewegung 130 über das Werkstück 100 geführt, die sich aus einer Vorschubbewegung in Erstreckungsrichtung der Schweißnaht 110 sowie einer kreisförmigen Strahloszillation zusammensetzt. Die Oszillation ist der Vorschubbewegung überlagert und erfolgt in der Schweißnahtebene. Entsprechend hat die Relativbewegung 130 die Form einer Schraubenlinie. Aufgrund der Strahloszillation erhält das Schmelzbad 120 eine kompakte ovale, wenig langgestreckte Form. Das Schmelzbad 120 hat eine Länge L in Längsrichtung der Schweißnaht und eine Breite B in Richtung der Schweißnahtbreite und das Verhältnis von Länge zu Breite ist 2,0 oder weniger. Der hintere Schmelzbadrand 124 ist vollständig konvex geformt.
  • In 3 ist das sich hinter der Erstarrungsfront bzw. dem hinteren Schmelzbadrand 124 bildende Gefüge 112 der Schweißnaht 110 schematisch dargestellt. Die Kristallisation erfolgt an der Erstarrungsfront 124 und wandert mit Fortschreiten der Schweißnaht in Schweißrichtung voran. Hierbei wachsen die Dendriten in Richtung des höchsten Temperaturgradienten. Schreitet die Kristallisation in Schweißrichtung fort, so wandert auch die gerundete Erstarrungsfront voran und die Dendriten werden aufgrund der Rundung zu einer Richtungsänderung gezwungen. Da dies energetisch ungünstig ist, wird die Bildung neuer Kristalle begünstigt. Aufgrund der optimierten Schmelzbadform bildet sich somit ein Gefüge 112 mit kleinerer Korngröße als bei nicht optimierter Schmelzbadform (siehe 1). Durch die Kornfeinung wird der Entstehung von Heißrissen, die entlang der Korngrenzen auftreten, entgegengewirkt.
  • 4A zeigt eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme eines Schmelzbades, dessen Form zur Vermeidung von Heißrissen optimiert wurde. Die Schweißung wurde als Blindschweißung in einem Werkstück aus der heißrissgefährdeten Aluminiumlegierung EN AW-6082 T6 mit einer Dicke von 1,2 mm für den oberen Fügepartner und einer Dicke von 2,5 mm für den unteren Fügepartner durchgeführt. Die Schweißung wurde mit einer Remote-Laserschweißanlage vorgenommen mit einer Laserleistung von 3,2 kW und einer Vorschubgeschwindigkeit von 5 m/min, der Fokusdurchmesser beträgt 0,6 mm, die Lage des Fokus befindet sich auf der Blechoberseite (keine Defokussierung), die Brennweite beträgt 600 mm. Zur Optimierung der Schweißbadform wurde der Vorschubgeschwindigkeit eine kreisförmige Strahloszillation mit einer Frequenz von 75 Hz und einer Amplitude von 0,7 mm überlagert. In 5 ist deutlich die kompakte ovale Form des Schmelzbads mit einem Länge-zu-Breite Verhältnis von weniger als 2,0 zu erkennen.
  • Anhand von Röntgenaufnahmen der Schweißnaht, die mit dem in 4A gezeigten Verfahren ausgebildet wurde, konnte die heißrissfreie Ausbildung der Schweißnaht nachgewiesen werden (siehe 4B).
  • Obwohl die Figuren lediglich Schweißungen an der Kehle im Überlappstoß zeigen, ist das Verfahren durch Wahl geeigneter Parameter für verschiedene Nahtformen, wie z. B. I-Naht und verschiedene Stoßarten geeignet.
  • Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Werkstück
    20
    Schmelzbad
    22
    Dampfkapillare
    24
    Erstarrungsfront
    24A, 24B
    gerade Abschnitte der Erstarrungsfront
    30
    Vorschubbewegung
    40
    Schweißnaht
    42
    Dendrit
    50, 50A, 50B
    Heißriss
    100
    Werkstück
    110
    Schweißnaht
    112
    Gefüge
    120
    Schmelzbad
    122
    Dampfkapillare
    124
    Erstarrungsfront
    130
    Relativbewegung
    L
    Länge
    B
    Breite
  • 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
    • DE 102006048580 A1 [0005, 0008]
    • WO 2003031108 A1 [0009]
    • DE 102014105941 A1 [0011]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • EN AW 6082 T6 [0040]
    • EN AW-6082 T6 [0046]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Schweißnahtqualität beim Remote-Laserstrahlschweißen, bei dem ein Laserstrahl mittels einer Scannervorrichtung auf ein Werkstück (100) gerichtet wird, so dass ein Schmelzbad (120) erzeugt wird, eine Relativbewegung (130) zwischen Laserstrahl und Werkstück (100) zur Erzeugung einer Schweißnaht (110) in dem Werkstück (100) vorgenommen wird, wobei die Relativbewegung (130) eine Vorschubbewegung und eine überlagerte Strahloszillation beinhaltet, und die Prozess- und/oder die Oszillationsparameter so gewählt werden, dass die Form des Schmelzbades (120) hinsichtlich einer feinkörnigen Kristallisation des Schmelzbades optimiert ist.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, bei dem das Schmelzbad (120) im Querschnitt einen vollständig konvex gerundeten hinteren Schmelzbadrand (124) aufweist.
  3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, bei dem das Schmelzbad (120) so optimiert wird, dass das Schmelzbad in der Draufsicht eine ovale oder näherungsweise ovale Form mit einem Länge-zu-Breite Verhältnis von 2,0 oder weniger aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Schweißnaht (110) zumindest ein heißrissgefährdetes Material beinhaltet oder aus diesem besteht.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche, bei dem das Werkstück (100) aus einer hochfesten Aluminiumlegierung besteht.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche, bei dem das Werkstück (100) aus einem oder mehreren Blechen im Dünnblechbereich besteht.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Patentansprüche, bei dem die Strahloszillation eine zweidimensionale Auslenkung des Strahls in der Schweißnahtebene ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Strahloszillation mit einer Frequenz im Bereich von 50 Hz bis 100 Hz erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Relativbewegung (130) eine schraubenlinienförmige Bewegung ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Laserleistung und die Laserkollimation während der Schweißung konstant gehalten werden.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Patentansprüche, wobei das Ausbilden der Schweißnaht (110) zusatzwerkstofffrei erfolgt.
  12. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Patentansprüche zum Vermeiden von Heißrissen beim zusatzwerkstofffreien Schweißen eines heißrissgefährdeten Werkstücks (100), insbesondere eines Werkstücks aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, mittels Remote-Laserstrahlschweißen.
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