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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen von mindestens zwei Blechen, wobei zumindest ein Blech eine Beschichtung aufweist.
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Beim Remote-Laserstrahlschweißen wird ein Laserstrahl über ein Scannersystem auf die zu bearbeitenden Bauteile gerichtet und über diese geführt. Das Scannersystem erlaubt eine ein- oder mehrachsige Ablenkung des Laserstrahls mit sehr hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Diese lassen sich noch steigern, wenn das Schweißen „on-the-fly“ erfolgt, d.h. wenn das Scannersystem an einer beweglichen Mechanik, wie z.B. einem Industrieroboter montiert ist und von dieser bewegt wird. Üblicherweise erfolgt das Remote-Laserstrahlschweißen mit einem großen Arbeitsabstand von z.B. mehr als 0,4 m zur Schweißstelle.
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In der Automobiltechnik werden häufig beschichtete Bleche verwendet, die z.B. mit einer Antikorrosionsbeschichtung versehen sind, wie beispielsweise verzinkte Stahlbleche. Die Beschichtung weist dabei meist einen niedrigen Siedepunkt auf, der weit unter dem Schmelzpunkt des Blechmaterials liegt. Beim Schweißen beschichteter Bleche kommt es zur plötzlichen Verdampfung des Beschichtungsmaterials, was insbesondere bei Überlappverbindungen zu Schweißfehlern wie porendurchsetzten Nähten, Anbindungsfehlern, Spritzern und Löchern führt.
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Bisherige Lösungsansätze zur Verbesserung der Zinkentgasung sehen die Einstellung eines definierten Entgasungsspaltes vor. So ist z.B. aus der Druckschrift
DE 10 2014 006 077 B3 bekannt, noppenartige Erhöhungen auf einem der Fügepartner mittels Laserstrahlschmelzen bereitzustellen. Nachteilig an dieser Lösung ist der zusätzliche Arbeitsschritt zur Herstellung der Erhöhung sowie die erforderlichen aufwendigen Spannsysteme zur Bauteilfixierung.
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In einem weiteren Ansatz wird die Beschichtung in dem zu verschweißenden Bauteilbereich im Vorfeld der Schweißung entfernt. So ist z.B. aus der Druckschrift
DE 103 09 157 B4 ein Verfahren zum Laserstrahlschweißen zweier beschichteter Bleche bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt die Beschichtung durch Erwärmen mittels Laserstrahl bereichsweise verdampft wird. In einem nachfolgenden zweiten Schritt werden die Bleche in dem entschichteten Bereich verschweißt. Der erste und zweite Schritt werden alternierend in der Art einer Steppnaht ausgeführt. Nachteilig an diesem Verfahren sind der zusätzliche Zeitaufwand zur Entfernung der Beschichtung, sowie die nichtkontinuierliche Nahtgestaltung.
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Durch moderne echtzeitfähige Nahtverfolgungssysteme ist mittlerweile auch das Schweißen von Kehlnähten am Überlappstoß mittels Remote-Laserschweißen möglich. Hierbei wird üblicherweise zusatzwerkstofffrei geschweißt, da die Zufuhr von Zusatzdraht aufgrund des großen Arbeitsabstandes des Remote-Schweißens nicht oder nur sehr aufwendig möglich ist. Wegen der schlechten Spaltüberbrückbarkeit wird zudem üblicherweise am technischen Nullspalt geschweißt, was auch bei dieser Nahtform zu Nahtfehlern durch Zinkentgasung führt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen von beschichteten Blechen anzugeben, mit dem die Nahtqualität weiter verbessert werden kann und das die voranstehend beschriebenen Nachteile nicht oder in verringertem Maße aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen von mindestens zwei Blechen, wobei zumindest ein Blech eine Beschichtung mit niedrigem Siedepunkt aufweist, insbesondere zum Schweißen von verzinkten Stahlblechen, wird ein Laserstrahl zur Erzeugung einer Schweißnaht mit einer Schweißgeschwindigkeit entlang einer Schweißkontur bewegt. Hierbei führt der Laserstrahl eine Oszillationsbewegung aus, die der Schweißgeschwindigkeit überlagert ist. Zur Verbesserung der Nahtqualität wird der Energieeintrag in die Fügestelle durch eine von der Oszillationsbewegung abhängige Leistungsmodulation derart gesteuert, dass der Energieeintrag in zumindest einen seitlichen Oszillationsrandbereich oder einen vorlaufenden Oszillationsrandbereich das Schmelzbadvolumen erhöht, jedoch die Größe der Schmelzbadfläche im Wurzelbereich unbeeinflusst lässt.
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Die Leistungsmodulation erfolgt durch Änderung der Leistung des Laserstrahls. Die Fokuslage des Laserstrahls bleibt während des Verfahrens unverändert, der Laserstrahl ist vorzugsweise auf die Schweißstelle fokussiert.
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Das Verfahren verbessert die Spaltüberbrückbarkeit und reduziert den Einfluss des verdampften Zinks, indem die Schmelzbadmenge an der Oberfläche gesteigert wird, ohne den Anteil an verdampftem Zink in gleichem Maße zu steigern. Insbesondere wird ein Schmelzbad erzeugt, das im Oszillationsrandbereich nur eine geringe Schmelzbadtiefe aufweist.
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Im Oszillationsrandbereich wird die Leistung gegenüber der maximalen, zum Schweißen verwendeten, Schweißleistung signifikant reduziert. Üblicherweise wird die maximale Schweißleistung so gewählt, dass im Tiefschweißeffekt unter Ausbildung eines Keyhole geschweißt wird. Die reduzierte Leistung ist gegenüber der maximalen Schweißleistung signifikant reduziert, d.h. soweit, dass sie die Schmelzbadfläche im Wurzelbereich, also die Querschnittsfläche im untersten Schmelzbadbereich, nicht weiter vergrößert. Vorzugsweise ist die signifikant reduzierte Leistung soweit reduziert, dass durch sie kein Tiefschweißeffekt entsteht bzw. kein Keyhole ausgebildet wird.
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Der Laserstrahl wird mit einer Schweißgeschwindigkeit entlang der Schweißkontur, d.h. dem beabsichtigten Verlauf der Schweißnaht, geführt. Zusätzlich wird die Oszillationsbewegung überlagert.
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Die Oszillationsbewegung ist eine periodische, ungedämpfte Schwingung des Laserstrahls über die Bauteiloberfläche, längs und/oder quer zur Schweißrichtung. Die Oszillation erfolgt mit einer Frequenz von mindestens 150 Hz, vorzugsweise mindestens 200 Hz. Die Amplitude der Oszillation liegt vorzugsweise im Bereich von 0,7 bis 2 mm.
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Der Oszillationsrandbereich bezeichnet die äußeren 25 % der Oszillationsbewegung und schließt den Umkehrpunkt der Oszillationsbewegung ein. Der seitliche Oszillationsrandbereich liegt mit Bezug auf die Schweißrichtung seitlich neben der Schweißstelle und der vorlaufende Oszillationsrandbereich liegt in Schweißrichtung vor der Schweißstelle am vorderen Rand der Oszillationsbewegung. Als Schweißstelle wird hierbei diejenige Position auf dem Werkstück bezeichnet, an dem der Laserstrahl positioniert wäre, wenn seiner Bewegung lediglich die Schweißgeschwindigkeit, nicht aber die Oszillation zugrunde gelegt würde.
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Zur Reduzierung von Durchschweißungen und Verbesserung der Anbindung der Bauteile bei Ausbilden einer Kehlnaht am Überlappstoß beinhaltet die Leistungsmodulation in einer Ausgestaltung, dass mit reduzierter Leistung geschweißt wird, während der Laserstrahl seitlich zur Schweißrichtung auf einen Oszillationsrandbereich auf dem Unterblech ausgelenkt ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird weiterhin mit reduzierter Leistung geschweißt, solange der Laserstrahl seitlich zur Schweißrichtung in Richtung auf das Unterblech ausgelenkt ist. Zur Aufweitung der Schmelzbadoberfläche erfolgt die Oszillation bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise mittig zur Schweißkontur.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Qualität der Kehlnaht durch Reduzierung des Einflusses der Zinkentgasung weiter gesteigert werden, indem die Leistungsmodulation weiterhin ein Schweißen mit reduzierter Leistung beinhaltet, während der Laserstrahl auf einen Oszillationsrandbereich auf dem Oberblech ausgelenkt ist. Die Reduzierung der Laserstrahlleistung erfolgt so, dass im Oszillationsrandbereich des Oberblechs eine oberflächliche Materialaufschmelzung stattfindet, so dass die zwischen den Bauteilen angeordnete Zinkschicht nicht oder nur in geringem Maße verdampft. In Kombination mit der Leistungsreduzierung bei Oszillation über das Unterblech kann aufgrund des vergrößerten Schmelzbadvolumens eine Nahtüberbrückbarkeit von bis zu 1,5 Millimeter prozesssicher erreicht werden. Aufwendige Spannsysteme können bei dieser Ausgestaltung reduziert werden oder sogar ganz entfallen.
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Der Begriff ausgelenkt ist im Rahmen dieser Anmeldung mit Bezug auf die vorbestimmte Schweißkontur und Schweißstelle zu verstehen. Seitlich ausgelenkt heißt, dass der Laserstrahl in Schweißrichtung seitlich neben die Schweißkontur versetzt ist. Die Schweißkontur muss hierbei nicht mit dem Bauteilstoß übereinstimmen, sondern kann seitlich versetzt zu diesem, z.B. auf das Oberblech versetzt, sein. Vorlaufend oder nach vorne ausgelenkt bedeutet, dass sich der Laserstrahl in Schweißrichtung vor der Schweißstelle befindet.
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Zur stärkeren Abgrenzung zwischen Bereichen mit tiefem Schmelzbad und Bereichen mit nur oberflächlicher Aufschmelzung ist in einer Ausgestaltung die Oszillationsbewegung eine harmonische, z.B. sinusförmige, Schwingung und die Leistungsmodulation erfolgt derart, dass die Leistung des Laserstrahls sprunghaft wechselt zwischen einer ersten reduzierten Leistung auf dem Unterblech, einer zweiten reduzierten Leistung im Oszillationsrandbereich auf dem Oberblech und einer maximalen Schweißleistung. Die erste reduzierte Leistung hat vorzugsweise einen geringeren Wert als die zweite reduzierte Leistung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die erste reduzierte Leistung auf dem Unterblech 25 Prozent (%) bis 10%, vorzugsweise 20% bis 10%, der maximalen Schweißleistung und die zweite reduzierte Leistung des Laserstrahls im Oszillationsrandbereich über dem Oberblech beträgt 60% bis 90%, vorzugsweise 65% bis 75%, der maximalen Schweißleistung.
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In einer weiteren Ausgestaltung, die vorzugsweise zur Ausbildung einer I-Naht am Überlappstoß verwendet wird, erfolgt die Oszillationsbewegung vorlaufend zur Schweißgeschwindigkeit, wobei die Leistungsmodulation derart erfolgt, dass die minimale Leistung zumindest am vorlaufenden Umkehrpunkt der Oszillationsbewegung vorliegt und die maximale Schweißleistung zumindest am hinteren Umkehrpunkt der Oszillationsbewegung vorliegt. Der vorauseilende Strahl mit der reduzierten Leistung bewirkt eine in den Schweißprozess integrierte, vorauseilende Verdampfung der Beschichtung. Somit wird das Zeitfenster für die Zinkentgasung vergrößert und Schweißnahtfehler können reduziert werden.
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Hierbei ist die vorlaufende Oszillationsbewegung in einer Ausgestaltung vorzugsweise eine, der Schweißposition vorlaufende, harmonische, z.B. sinusförmige, Schwingung längs der Schweißrichtung, so dass der Laserstrahl bis an eine Vorlaufstelle ausgelenkt wird, die vor der Schweißposition liegt und an die Schweißposition zurückgeführt wird, wodurch sich eine sägezahnartige Bewegung des Laserstrahls auf dem Bauteil ergibt. In dieser Ausgestaltung wird die Leistung des Laserstrahls kontinuierlich, vorzugsweise sinusförmig, zwischen der maximalen Schweißleistung an der Schweißstelle und der minimalen Leistung am vorlaufenden Umkehrpunkt der Oszillation moduliert. Die Dampfkapillare wird in Schweißrichtung in die Länge gezogen, so dass die Bedingungen zur Zinkentgasung verbessert sind. Vorteilhafter Weise kann die Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten werden, so dass die verbesserten Schweißbedingungen ohne Einbuße hinsichtlich der Fertigungszeiten erfolgen kann.
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In dieser Ausgestaltung ist die minimale Leistung am Umkehrpunkt der vorauseilenden Oszillation vorzugsweise auf 30 % bis 10%, insbesondere auf 20% bis 10%, der maximalen Schweißleistung reduziert.
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Eine gut steuerbare Prozessgestaltung ergibt sich, wenn in einer Ausgestaltung die Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten wird.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, eine zweidimensionale Oszillation in Längs- und Querrichtung zur Schweißrichtung zu verwenden, wie z.B. eine liegende Acht, um die beschriebenen Vorteile zu erzielen.
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Durch das voranstehend beschriebene Verfahren kann die Qualität der Schweißnaht ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffs, wie z.B. eines Zusatzdrahtes, deutlich verbessert werden. Durch die größere Menge an Schmelzbad wird die Spaltüberbrückbarkeit erhöht, wodurch die Anforderungen an den Bauteilstoß reduziert werden können. Es können weniger Spannelemente verwendet werden, was zu einem Zeitgewinn und einer höheren Flexibilität in der Produktion führt. Gleichzeitig kann die Nahtqualität gesteigert werden durch die verbesserte bzw. verringerte Zinkentgasung. Auch ohne Verwendung eines Prozessgases lassen sich gute Nahtoberflächen erzielen. Das voranstehend beschriebene Verfahren eignet sich somit insbesondere zur Verwendung zum zusatzwerkstofffreien Schweißen von verzinkten Stahlblechen im Überlappstoß.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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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.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine Bauteilanordnung im Überlappstoß zur Ausbildung einer Kehlnaht,
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2 den Verlauf von Strahloszillation und Leistungsmodulation über der Zeit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2A den Verlauf von Strahloszillation und Leistungsmodulation über der Zeit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 eine Schnittansicht einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildeten Kehlnaht,
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4 Draufsicht auf zwei im Überlappstoß angeordnete Bleche zur Ausbildung einer I-Naht,
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5 den Verlauf von Strahloszillation und Leistungsmodulation über der Zeit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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6 eine schematische Darstellung der Bahnkurve des Laserstrahls.
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1 zeigt ein erstes und zweites Bauteil 10 und 20 in Form von verzinkten Stahlblechen, die im Überlappstoß angeordnet sind und an deren Stoßkante 12 mittels Remote-Laserstrahlschweißung eine Kehlnaht ausgebildet werden soll. Hierzu wird ein Laserstrahl L entlang einer Schweißkontur 30 über die Bauteile bewegt. Der Laserstrahl L beschreibt eine Bahnkurve B, die sich aus einer konstanten Schweißgeschwindigkeit V in Schweißrichtung X, sowie einer Oszillationsbewegung 100 quer zur Schweißrichtung zusammensetzt. Die in 1 dargestellte Bahnkurve ist rein schematisch dargestellt, tatsächlich erfolgen sehr viel mehr Schwingungen, so dass der Laserstrahl den Oszillationsbereich OB zwischen den Umkehrpunkten der Oszillationsbewegung 100 annähernd flächendeckend überstreicht.
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In 1 ist die Schweißkontur 30, d.h. der beabsichtigte Verlauf der Lasernaht, identisch mit der Stoßkante 12 dargestellt. Alternativ kann die Schweißkontur auch seitlich versetzt zur Stoßkante 12 vorgesehen sein, z.B. um eine vordefinierte Strecke auf das Oberblech 10 verschoben. Obwohl die in 1 dargestellte Schweißkontur 30 eine Gerade ist, kann diese selbstverständlich auch einen anderen Verlauf, z.B. einen bogenförmigen Verlauf aufweisen.
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2 zeigt den Verlauf der Oszillationsbewegung 100 in y-Richtung (quer zur Schweißrichtung) über der Zeit t. Die Oszillationsbewegung 100 ist eine sinusförmige Schwingung quer zur Schweißrichtung X mit der Amplitude A. Die Oszillationsbewegung 100 erfolgt mittig zur Schweißkontur 30, d.h. der Laserstrahl L pendelt quer zur Schweißkontur in y-Richtung bzw. –y-Richtung und wird abwechselnd jeweils um die Amplitude A in Richtung auf das Oberblech 10 (y-Richtung) oder das Unterblech 20 (–y-Richtung) ausgelenkt.
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In 2 ist weiterhin die Leistungsmodulation 200 als der zeitliche Verlauf der Laserleistung P über der Zeit t dargestellt. Die Laserleistung P wird sprunghaft zwischen einer maximalen Schweißleistung PMAX und einer reduzierten Laserleistung P1 moduliert. P1 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20 Prozent der maximalen Schweißleistung PMAX. Der Zeitpunkt der Leistungsänderung erfolgt in Abhängigkeit der Oszillationsbewegung 100. Das Schweißen mit maximaler Schweißleistung PMAX erfolgt, während der Laserstrahl L in Richtung auf das Oberblech 10 ausgelenkt ist, und es wird mit reduzierter Laserleistung P1 geschweißt, während der Laserstrahl in Richtung auf das Unterblech 20 ausgelenkt ist. Die Leistung des Laserstrahls L ist nicht nur im seitlichen Oszillationsrandbereich RB1 auf den Wert P1 verringert, sondern während der gesamten auf das Unterblech 20 gerichteten Oszillationsbewegung 100.
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Die sprunghafte Leistungsmodulation 200 erfolgt, wenn der Laserstrahl L die Schweißkontur 30 kreuzt (zu den Zeitpunkten t1, t2, t3, usw.).
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2A zeigt eine alternative Leistungsmodulation 200A in Abhängigkeit der Oszillationsbewegung 100. Die Oszillationsbewegung 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel die gleiche sinusförmige Schwingung, wie zu 2 beschrieben.
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Die Leistungsmodulation 200A erfolgt sprunghaft zwischen einer maximalen Schweißleistung PMAX, einer ersten reduzierten Leistung P1 und einer zweiten reduzierten Leistung P2 in Abhängigkeit der Oszillationsbewegung 100.
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Genauer gesagt, wird die für die Schweißung maximal verwendete Leistung PMAX auf den ersten reduzierten Wert P1 (20% von PMAX) verringert, wenn und solange der Laserstrahl L durch die Oszillationsbewegung 100 in Richtung auf das Unterblech 20 ausgelenkt ist. Mit Kreuzen der Schweißkontur 30 in Richtung auf das Oberblech 10 wird die Leistung P des Laserstrahls L sprunghaft auf die maximale Schweißleistung PMAX angehoben. Insofern gleicht die Leistungsmodulation 200A der Modulation 200 des ersten Ausführungsbeispiels.
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Im Verlauf der Oszillation über das Oberblech 10 erfolgt jedoch eine weitere Leistungsänderung. Die Schweißleistung P wird sprunghaft auf eine zweite reduzierte Leistung P2 (70% von PMAX) verringert, sobald und solange der Laserstrahl in einen seitlichen Oszillationsrandbereich RB2 auf dem Oberblech ausgelenkt ist, d.h. die äußeren 25% der Oszillationsbewegung über dem Oberblech ausführt. Verlässt der Laserstrahl L den Oszillationsrandbereich RB2 wieder in Richtung Schweißkontur 30, so wird die Leistung P erneut auf den Maximalwert PMAX angehoben.
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Die Leistungsreduktionen auf die Werte P1 bzw. P2 werden so gewählt, dass der Energieeintrag durch die reduzierten Laserleistungen P1 und P2 lediglich eine oberflächliche Materialaufschmelzung bewirkt.
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Mit den beschriebenen Leistungsmodulationen 200, 200A wird die Breite des Schmelzbads an der Oberfläche gesteigert ohne Vergrößerung der Schmelzbadfläche im Wurzelbereich. So wird zusätzliches Schmelzbadvolumen bereitgestellt, ohne dass der Anteil an verdampftem Zink nennenswert gesteigert wird. Dies resultiert in einer deutlich gesteigerten Spaltüberbrückbarkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Nahtqualität durch Reduzierung des Einflusses der Zinkentgasung.
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3 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch eine Kehlnaht, wie sie mit der beschriebenen Kombination aus Strahloszillation und Leistungsmodulation ausgebildet werden kann. Die Kanten des Oberblechs 10 werden durch die Schweißung sauber umgeschmolzen. Es wird eine Kehlnaht 40 mit deutlich größerem Verhältnis von Nahtbreite zu Nahttiefe erzeugt als dies mit herkömmlichem Laserschweißen ohne Zusatzdraht möglich ist, beispielsweise mit einem Verhältnis von 4:1. Weiterhin können Durchschweißungen vermieden werden, es kommt zu einer zuverlässigen Einschweißung, wobei die Zinkschicht auf der Unterseite des Unterblechs 20 intakt bleibt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso zum Ausbilden einer I-Naht am Überlappstoß eingesetzt werden, wie anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels durch die 4 bis 6 veranschaulicht.
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Zur Ausbildung einer I-Naht wird der Laserstrahl L auf zwei überlappend angeordnete Bauteile 10A und 20A in Form von verzinkten Stahlblechen gerichtet und entlang einer Schweißkontur 30A über diese in Schweißrichtung X mit einer konstanten Schweißgeschwindigkeit V geführt. Die Schweißkontur 30A ist beispielhaft als Gerade dargestellt, kann jedoch auch andere Formen aufweisen.
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Der Schweißgeschwindigkeit V wird weiterhin eine Oszillationsbewegung 300 längs der Schweißrichtung X überlagert, die in 5 in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt ist. Die Oszillationsbewegung 300 pendelt sinusförmig zwischen dem Wert Null zu den Zeitpunkten t0, t2, t4, usw. und einem Maximalwert ∆XM zu den Zeitpunkten t1, t3, t5, usw.
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Die Oszillationsbewegung 100B findet ausschließlich in Schweißrichtung X und vorlaufend zu der durch die Schweißgeschwindigkeit V vorgegebenen Position des Laserstrahls L statt. Hierdurch ergibt sich die in 6 als B1 dargestellte Bahnkurve des Laserstrahls. Im Vergleich zu einer Bewegung mit der Schweißgeschwindigkeit V ohne überlagerte Oszillation (dargestellt als Gerade 50) wird der Laserstrahl durch die überlagerte Oszillationsbewegung nun sägezahnartig entlang der Schweißkontur in Schweißrichtung X vorwärts bewegt, d.h. die Laserstrahlposition eilt der Schweißgeschwindigkeit V zeitweise voraus, wie z.B. zum Zeitpunkt t1, wo sich der Strahl bereits am Ort x1 befindet, bevor er wieder auf den der Schweißgeschwindigkeit V entsprechenden Ort X2 zum Zeitpunkt t2 zurückkehrt.
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Zur Erzielung einer verbesserten Nahtqualität wird die Leistung sinusförmig in Abhängigkeit der Oszillationsbewegung zwischen einer maximal zum Schweißen verwendeten Schweißleistung PMAX und einer minimalen Leistung P3 moduliert (s. 5). Hierbei erreicht die Leistung ihr Minimum, wenn die Oszillationsbewegung ihr Maximum erreicht (zum Zeitpunkt t1, t3, t5, usw.). Zu den Zeitpunkten, wenn der Wert der Oszillationsbewegung Null ist (t2, t4, usw.), wird mit der maximalen Leistung PMAX geschweißt. Die minimale Leistung P3 wird so gewählt, dass sich im vorlaufenden Oszillationsrandbereich RB3 (dargestellt in 5 als Verdickung auf der Kurve 300), d.h. den äußeren 25% der vorlaufenden Strahlbewegung, ein Energieeintrag ergibt, der eine Verdampfung des Zinks, vor allem im Fügespalt zwischen den Blechen 10A und 20A, bewirkt, ohne dass es im vorlaufenden Oszillationsrandbereich RB3 bereits zu einer Aufschmelzung beider Bleche käme. In dem Ausführungsbeispiel beträgt die minimale Leistung 20% der maximalen Schweißleistung.
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Die Nahtqualität profitiert von den verbesserten Zinkentgasungsbedingungen, da die Dampfkapillare in Schweißrichtung langgestreckt wird, während der Laserstrahl in dem vorlaufenden Bereich eine Verdampfung des Zinks bewirkt und somit das Zeitfenster für die Zinkentgasung vergrößert.
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Die voranstehend beschriebenen Verfahren werden mit einer Remote-Laserstrahlschweißanlage durchgeführt, die vorzugsweise über ein, aus dem Stand der Technik bekanntes, echtzeitfähiges optisches Nahtführungssystem verfügt.
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Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10A
- Bauteil
- 12
- Stoßkante
- 20, 20A
- Bauteil
- 30, 30A
- Schweißkontur
- 40
- Kehlnaht
- 50
- Gerade
- 100, 300
- Oszillationsbewegung
- 200, 200A, 400
- Leistungsmodulation
- A
- Amplitude
- B, B1
- Bahnlinie
- L
- Laserstrahl
- OB
- Oszillationsbereich
- P, PMAX, P1, P2, P3
- Laserleistung
- RB1, RB2, RB3
- Oszillationsrandbereich
- X
- Schweißrichtung
- Y
- Richtung quer zur Schweißrichtung
- X1, X2, ...
- Ort
- t, t0, t1, t2, ...
- Zeit
- ∆XM
- Maximalwert der Oszillation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014006077 B3 [0004]
- DE 10309157 B4 [0005]
