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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserschweißverfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Laserschweißvorrichtung zum Erzeugen einer Schweißnaht.
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Methoden zum Laserschweißen und Laserschweißvorrichtungen sind bekannt aus der Literatur. Dabei werden verschiedene Ausführungen von Lasersystemen und Optiken verwendet, um metallische Materialien miteinander zu verbinden. So finden beispielsweise häufig Festkörperlaser, insbesondere Scheibenlaser, die zusammen mit Fokussieroptiken benutzt werden, Verwendung beim Schweißen von Stählen. Andere Verfahren gehen von Schweißgeräten mit einem Faserlaser aus, der neben vorteilhaften hohen Leistungen, insbesondere mit einer vorteilhaften und hohen Strahlqualität und einem kleinen Durchmesser des fokussierten Laserstrahls gegenüber anderen Lasersystemen mit entsprechender Ausgangsleistung punktet. Dadurch können Schweißnähte vergleichsweise präzise ausgeführt werden.
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Nachteilig an solchen Schweißverfahren, beispielsweise beim Schweißen von Stählen, ist - unter anderem - die hohe Spritzerbildung, die mit dem Ausgasen von Elementen des Stahls einhergeht. Ebenso nachteilig kann es schnell zu erhöhter Schmauchbildung und ähnlichem während des Schweißverfahrens kommen. Es ist daher häufig ein großer Arbeitsaufwand nötig, um eine hochwertige Schutzgasatmosphäre zu gewährleisten. Allgemein limitieren diese Schwierigkeiten die Konstanz wichtiger Kenngrößen des Schweißprozesses, wie etwa die Nahtbreite und die Einschweißtiefe, was zu inhärenten Schwankungen der Prozessstabilität und der Qualität der Schweißnaht führt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aus diesem Grund ist es eine technische Aufgabe die Präzision von Schweißprozessen und die Stabilität wichtiger Kenngrößen des Schweißprozesses zu erhöhen, um technisch verbesserte und genauere Prozesse zu erhalten.
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Diese technische Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Laserschweißverfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht auf einer Oberfläche einer Materialanordnung, wobei die zu erzeugende Schweißnaht lokal eine Haupterstreckungsrichtung auf der Oberfläche aufweist, wobei mindestens ein Faserlaser verwendet wird, wobei zur Erzeugung der Schweißnaht ein Laserstrahl des Faserlasers relativ zu der Oberfläche der Materialanordnung in Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht mittels einer mechanischen Bewegungsvorrichtung bewegt wird, wobei der Laserstrahl unter Verwendung optischer Elemente fokussiert oder parallelisiert auf die Oberfläche der Materialanordnung trifft, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl, zusätzlich zur Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht, in mindestens eine weitere Richtung auf der Oberfläche der Materialanordnung bewegt wird
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Durch die Verwendung eines Faserlasers ergibt sich der technische Vorteil, dass der Laserstrahl eine hohe Strahlqualität aufweist. Außerdem kann ein kleiner Durchmesser des Fokuspunktes erzielt werden. Um diesen kleinen Durchmesser des Laserfokus zu erzielen, werden Optiken, insbesondere eine Kollimations- und Fokussieranordnung, verwendet. Durch die Beweglichkeit des Laserstrahls auf der zu verschweißenden Materialanordnung in Richtung der zu erzeugenden Schweißnaht, sowie zusätzlich in mindestens eine weitere Richtung, kann ein wohldefinierter Pfad (Trajektorie) auf der zu verschweißenden Materialanordnung präzise abgefahren werden. Dadurch, dass zusätzlich zur Richtung der vorgesehenen Schweißnaht eine Bewegung des fokussierten Lasers in eine weitere Richtung entlang der Oberfläche der zu verschweißenden Materialanordnung vollzogen wird, kann das Temperaturprofil im Schmelzbad (entlang und in der Umgebung der Mitte der Schweißnaht) im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhaft beeinflusst werden. Insbesondere kann die Temperatur im Schmelzbad (ebenso wie die Energieverteilung entlang der Schweißnaht und über die Breite der Schweißnaht) durch eine geeignete Wahl der Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der zu verschweißenden Materialanordnung vergleichsweise konstant oder nahezu konstant gehalten werden. Durch die hohe Strahlqualität des Faserlasers und den kleinen Durchmesser des erreichbaren Fokuspunktes des Laserstrahls sind trotz und gerade wegen der erfindungsgemäßen Bewegung des Laserstrahls in eine weitere Richtung auf der zu verschweißenden Materialoberfläche, vergleichsweise präzise Schweißnähte möglich. Hierdurch wird der technisch Vorteil erzielt, dass ein robuster Schweißprozess gegeben ist, der, im Vergleich zum Stand der Technik, verzugsfreie Schweißergebnisse mit dünnen und präzisen Schweißnähten ermöglicht. Des Weiteren ist die Spritzerbildung während des Schweißverfahrens und die Bildung von Poren in der zu verschweißenden Materialanordnung, im Vergleich zum Stand der Technik, signifikant reduziert. Dadurch werden Fehler an der erzeugten Schweißnaht verringert und die Ebenmäßigkeit der Schweißnaht erhöht. Darüber hinaus entstehen durch das erfindungsgemäße Verfahren wenige Risse in der zu verschweißenden Materialanordnung. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe Güte der relevanten Kenngrößen des Schweißprozesses, wie z.B. der Dichtheit, der Robustheit, und der Festigkeit, erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Laserstrahl, zusätzlich zu der Bewegung entlang der Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht, auf der Oberfläche der Materialanordnung alternierend zu beiden Seiten um die Mitte der zu erzeugenden Schweißnaht in die weitere Richtung ausgelenkt wird.
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Durch die alternierende Auslenkung um die Mitte der zu erzeugenden Schweißnaht (d.h. die Auslenkung zu beiden Seiten senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht) ist es erfindungsgemäß möglich, dass während des Schweißprozesses über die gesamte Länge (oder auch nur einen Teil der gesamten Länge) der Schweißnaht ein gewünschtes Energieprofil über die Breite der Schweißnaht (senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht) erzielt wird. In vorteilhafter Weise ist es somit beispielsweise möglich, ein konstantes Energieprofil in Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht und über die Breite der Schweißnaht zu erzielen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine im Vergleich zum Stand der Technik homogene Schweißnaht hergestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die alternierende Auslenkung des Laserstrahls in die weitere Richtung zwischen zwei maximalen Auslenkungspunkten um die Mitte der Schweißnaht stattfindet, wobei die maximalen Auslenkungspunkte zu beiden Seiten der Schweißnaht bevorzugt gleich weit von der Mitte der zu erzeugenden Schweißnaht entfernt sind.
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Durch diese Ausführungsform der Erfindung kann eine Schweißnaht erzielt werden, die eine vorgegebene Breite aufweist und ein homogenes (z.B. konstantes) Energieprofil und Temperaturprofil im Schmelzbad aufweist und somit vorteilhafte homogene Eigenschaften besitzt. Des Weiteren kann durch die Wahl der maximalen Auslenkungspunkte (d.h. der Amplitude der Auslenkung) um die Mitte der Schweißnaht, die Breite der zu erzeugenden Schweißnaht gewählt werden. Im Speziellen, kann durch das Geschwindigkeitsverhalten der Auslenkung und die Geschwindigkeit der Bewegung in Richtung der Ausdehnung der Schweißnaht eine beliebige Trajektorie auf der zu schweißenden Materialanordnung abgefahren werden. So wird in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise, ein Sägezahnmuster, ein Muster, welches im Wesentlichen einer trigonometrischen Funktion folgt, oder eine beliebige andere Trajektorie abgefahren. Durch das genaue Einstellen der Trajektorie kann die Energieverteilung über die Breite der Schweißnaht angepasst werden. So kann in einer Ausführungsform der Erfindung eine (nahezu) konstante Energie- und Temperaturverteilung in Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht und insbesondere senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht (über die Breite der Schweißnaht) erzielt werden, was zu vorteilhaften Eigenschaften bezüglich der Kenngrößen der Schweißnaht führt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die alternierende Auslenkung des Laserstrahls in die weitere Richtung unter Verwendung eines mechanisch oszillierenden Bauteils durchgeführt wird.
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Durch die Verwendung eines mechanisch oszillierenden Bauteils, das den Laserstrahl im Vergleich zu der zu verschweißenden Materialanordnung bewegt (vorzugweise senkrecht zu der Richtung der zu erzeugenden Schweißnaht), kann ein vergleichsweise schneller Schweißprozess realisiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das technisches Bauteil, das die oszillierenden Bewegung des Laserstrahls ermöglicht, ein Wobbelgenerator oder ein anderes elektrisch oder elektro-magnetisch betriebenes Gerät, das mechanische Oszillationen ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die alternierende Auslenkung des Laserstrahls in die weitere Richtung, bevorzugt mit einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 100 Hz bis 20 kHz, besonders bevorzugt mit einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz, vollzogen wird.
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Die Verwendung von einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 100 Hz bis 20 kHz, besonders bevorzugt von einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz, ermöglicht einerseits, dass die Temperatur im Schmelzbad und entlang der Breite der zu erzeugenden Schweißnaht während des Prozesses konstant gehalten wird, andererseits kann durch die Wahl einer solchen Frequenz, eine, im Vergleich zum Stand der Technik, sehr schnelle Schweißgeschwindigkeit realisiert werden, wobei das Verfahren trotz der hohen Geschwindigkeit eine hohe Güte der Kenngrößen der Schweißnaht, eine geringe Spritzerbildung, und eine geringe Bildung von Poren und Rissen aufweist. In Kombination mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers in die Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht wird darüber hinaus durch die Wahl der Frequenz (oder Frequenzen), mit der (denen) die alternierende Auslenkung ausgeführt wird, die Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der Materialanordnung festgelegt. So lassen sich durch geeignete Kombinationen der Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers in die Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht und der Frequenz (oder Frequenzen), mit der (denen) die alternierende Auslenkung ausgeführt wird, räumliche Wellenlängen der Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der Materialanordnung einstellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Materialanordnung mehrere Materiallagen, im Speziellen mindestens zwei Materiallagen, aufweist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mindestens eine der mehreren Materiallagen eine Stahlkomponente aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise zum Schweißen von Stahlmaterialien oder Materialien mit Stahlkomponenten verwendet werden, ist jedoch nicht beschränkt darauf. Beispielsweise können auch andere Materialien, die Metallkomponenten aufweisen, erfindungsgemäß verschweißt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine der mehreren Materiallagen ein Stahl.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind alle der mehreren Materiallagen Stähle.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Schutzgas verwendet wird, das zumindest in direkter Umgebung zu der zu erzeugenden Schweißnaht angeordnet ist.
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Die Verwendung von Schutzgasen ist vorteilhaft, um konstante Prozessparameter während des Schweißens zu gewährleisten. Erfindungsgemäß kann eine Hohe Konstanz der Schutzgasatmosphäre bei dem Laserschweißverfahren mit vergleichsweise geringem Aufwand erzielt werden.
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Des Weiteren wird die technische Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Laserschweißvorrichtung zum Erzeugen einer Schweißnaht auf einer Oberfläche einer Materialanordnung, wobei die zu erzeugende Schweißnaht lokal eine Haupterstreckungsrichtung auf der Oberfläche aufweist, wobei die Laservorrichtung mindestens einen Faserlaser und eine mechanischen Bewegungsvorrichtung aufweist, wobei zur Erzeugung der Schweißnaht ein Laserstrahl des Faserlasers relativ zu der Oberfläche der Materialanordnung in Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht mittels der mechanischen Bewegungsvorrichtung bewegbar ist, wobei der Laserstrahl unter Verwendung optischer Elemente fokussiert oder parallelisiert auf die Oberfläche der Materialanordnung trifft, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl, zusätzlich zur Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht, in mindestens eine weitere Richtung auf der Oberfläche der Materialanordnung bewegbar ist.
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Durch die Verwendung eines Faserlasers ergibt sich der technische Vorteil, dass der Laserstrahl eine hohe Strahlqualität aufweist. Außerdem kann ein kleiner Durchmesser des Fokuspunktes erzielt werden. Um diesen kleinen Durchmesser des Laserfokus zu erzielen, werden Optiken, insbesondere eine Kollimations- und Fokussieranordnung, verwendet. Durch die Beweglichkeit des Laserstrahls auf der zu verschweißenden Materialanordnung in Richtung der zu erzeugenden Schweißnaht, sowie zusätzlich in mindestens eine weitere Richtung, kann ein wohldefinierter Pfad (Trajektorie) auf der zu verschweißenden Materialanordnung präzise abgefahren werden. Dadurch, dass zusätzlich zur Richtung der vorgesehenen Schweißnaht eine Bewegung des fokussierten Lasers in eine weitere Richtung entlang der Oberfläche der zu verschweißenden Materialanordnung vollzogen wird, kann das Temperaturprofil im Schmelzbad (entlang und in der Umgebung der Mitte der Schweißnaht) im Vergleich zum Stand der Technik vorteilhaft beeinflusst werden. Insbesondere kann die Temperatur im Schmelzbad (ebenso wie die Energieverteilung entlang der Schweißnaht und über die Breite der Schweißnaht) durch eine geeignete Wahl der Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der zu verschweißenden Materialanordnung vergleichsweise konstant oder nahezu konstant gehalten werden. Durch die hohe Strahlqualität des Faserlasers und den kleinen Durchmesser des erreichbaren Fokuspunktes des Laserstrahls sind trotz und gerade wegen der erfindungsgemäßen Bewegung des Laserstrahls in eine weitere Richtung auf der zu verschweißenden Materialoberfläche, vergleichsweise präzise Schweißnähte möglich. Hierdurch wird der technisch Vorteil erzielt, dass ein robuster Schweißprozess gegeben ist, der, im Vergleich zum Stand der Technik, verzugsfreie Schweißergebnisse mit dünnen und präzisen Schweißnähten ermöglicht. Des Weiteren ist die Spritzerbildung während des Schweißverfahrens und die Bildung von Poren in der zu verschweißenden Materialanordnung, im Vergleich zum Stand der Technik, signifikant reduziert. Dadurch werden Fehler an der erzeugten Schweißnaht verringert und die Ebenmäßigkeit der Schweißnaht erhöht. Darüber hinaus entstehen durch das erfindungsgemäße Verfahren wenige Risse in der zu verschweißenden Materialanordnung. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Güte der relevanten Kenngrößen des Schweißprozesses, wie z.B. der Dichtheit, der Robustheit, und der Festigkeit, erzielt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung ist es vorgesehen, dass die Laserschweißvorrichtung ein mechanisch oszillierendes Bauteil aufweist, das eine Auslenkung des Laserstrahls auf er Oberfläche der Materialanordnung alternierend zu beiden Seiten um die Mitte der zu erzeugenden Schweißnaht in die weitere Richtung ermöglicht,
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Durch die Verwendung eines mechanisch oszillierenden Bauteils, das den Laserstrahl im Vergleich zu der zu verschweißenden Materialanordnung bewegt (vorzugweise senkrecht zu der Richtung der zu erzeugenden Schweißnaht), kann ein vergleichsweise schneller Schweißprozess realisiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das technisches Bauteil, das die oszillierende Bewegung des Laserstrahls ermöglicht, ein Wobbelgenerator oder ein anderes elektrisch oder elektro-magnetisch betriebenes Gerät, das mechanische Oszillationen ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung ist es vorgesehen, dass die alternierende Auslenkung zwischen zwei maximalen Auslenkungspunkten um die Mitte der zu erzeugenden Schweißnaht stattfindet, wobei die beiden Auslenkungspunkte zu beiden Seiten der Schweißnaht bevorzugt gleich weit von der Mitte der Schweißnaht entfernt sind.
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Dadurch kann eine Schweißnaht erzielt werden, die eine vorgegebene Breite aufweist und ein homogenes (z.B. konstantes) Energieprofil und Temperaturprofil im Schmelzbad aufweist und somit vorteilhafte homogene Eigenschaften besitzt. Des Weiteren kann durch die Wahl der maximalen Auslenkungspunkte (d.h. der Amplitude der Auslenkung) um die Mitte der Schweißnaht, die Breite der zu erzeugenden Schweißnaht gewählt werden. Im Speziellen, kann durch das Geschwindigkeitsverhalten der Auslenkung und die Geschwindigkeit der Bewegung in Richtung der Ausdehnung der Schweißnaht eine beliebige Trajektorie auf der zu schweißenden Materialanordnung abgefahren werden. Somit kann, in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise, ein Sägezahnmuster, ein Muster, welches im Wesentlichen einer trigonometrischen Funktion folgt, oder eine beliebige andere Trajektorie abgefahren werden. Durch das genaue Einstellen der Trajektorie kann die Energieverteilung über die Breite der Schweißnaht angepasst werden. So kann in einer Ausführungsform der Erfindung eine (nahezu) konstante Energie- und Temperaturverteilung in Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht und insbesondere senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Schweißnaht (über die Breite der Schweißnaht) erzielt werden, was zu vorteilhaften Eigenschaften bezüglich der Kenngrößen der Schweißnaht führt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung ist es vorgesehen, dass das mechanisch oszillierende Bauteil bevorzugt eine Oszillation mit einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 100 Hz bis 20 kHz, besonders bevorzugt einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz, aufweist.
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Die Verwendung von einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 100 Hz bis 20 kHz, besonders bevorzugt von einer oder mehrerer Frequenzen aus dem Frequenzbereich von 300 Hz bis 4 kHz, ermöglicht einerseits, dass die Temperatur im Schmelzbad entlang der Breite der zu erzeugenden Schweißnaht während des Prozesses konstant gehalten wird, andererseits kann durch die Wahl einer solchen Frequenz, eine, im Vergleich zum Stand der Technik, sehr schnelle Schweißgeschwindigkeit realisiert werden, wobei das Verfahren trotz der hohen Geschwindigkeit eine hohe Güte der Kenngrößen der Schweißnaht, eine geringe Spritzerbildung, und eine geringe Bildung von Poren und Rissen aufweist. In Kombination mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers in die Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht wird darüber hinaus durch die Wahl der Frequenz (oder Frequenzen), mit der (denen) die alternierende Auslenkung ausgeführt wird, die Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der Materialanordnung festgelegt. So lassen sich durch geeignete Kombinationen der Bewegungsgeschwindigkeit des Lasers in die Haupterstreckungsrichtung der zu erzeugenden Schweißnaht und der Frequenz (oder Frequenzen), mit der (denen) die alternierende Auslenkung ausgeführt wird, räumliche Wellenlängen der Trajektorie des Laserstrahls auf der Oberfläche der Materialanordnung einstellen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung ist es vorgesehen, dass die Laserschweißvorrichtung ein Schutzgas aufweist, das zumindest in direkter Umgebung zu der zu erzeugenden Schweißnaht angeordnet ist.
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Die Verwendung von Schutzgasen ist vorteilhaft, um konstante Prozessparameter während des Schweißens zu gewährleisten. Erfindungsgemäß kann eine Hohe Konstanz der Schutzgasatmosphäre bei dem Laserschweißverfahren mit vergleichsweise geringem Aufwand erzielt werden.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch ein Laserschweißverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt schematisch die Temperatur des Schmelzbads entlang der Schweißnaht.
- 3 zeigt schematisch die Temperatur des Schmelzbads über die Breite des Schmelzbads, senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Schweißnaht.
- 4 zeigt eine schematischen Querschnittansicht und einen Blick von oben auf die Oberfläche der Materialanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 5 zeigt eine weitere schematische Querschnittansicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist schematisch ein Laserschweißverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Hierbei wird ein Faserlaser 8 verwendet, dessen Laserstrahl 6 über optische Elemente 11 kollimiert und fokussiert wird. Der fokussierte Laserstrahl 6 wir dann auf eine zu schweißende Materialandordnung 1 abgebildet, die sich zumindest teilweise in einem Schutzgas 13 befindet. Der Laserstrahl kann dabei durch einen Bewegungsmechanismus auf der Oberfläche der zu schweißende Materialandordnung 1, die aus mindestens zwei zu verschweißenden Materiallagen 2, 3, besteht, in die Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht bewegt werden. Dies kann beispielsweise durch eine mechanische Bewegungsvorrichtung 12 bewerkstelligt werden, an der Faserlaser 8 und die optischen Elemente 11 angeordnet sind. Des Weiteren ist ein mechanisch oszillierendes Bauteil 5, beispielsweise ein Wobbelgenerator, an der mechanischen Bewegungsvorrichtung 12 angeordnet. Dieses mechanische oszillierende Bauteil 5 ermöglicht in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Bewegung des Laserstrahls 6 in eine weitere Richtung 30 senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht. Durch die Abstimmung der Bewegung des mechanische oszillierenden Bauteils 5 in die weitere Richtung 30 und die Bewegung der mechanischen Bewegungsvorrichtung 12 in die Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht, kann somit eine beliebige Trajektorie 4 mit dem Laserstrahl 6 auf der Oberfläche der zu schweißenden Materialanordnung 1 abgefahren werden. In der schematischen Darstellung der 1 wird eine „Sägezahn“-Trajektorie zwischen zwei maximalen Auslenkungspunkten 10, angeordnet an beiden Seiten um die Mitte 7 der Schweißnaht, abgefahren. Durch die Wahl der exakten Trajektorie können die Eigenschaften der Schweißnaht 9, insbesondere die Temperaturverteilung innerhalb des Schmelzbads 9 und die Energieverteilung über die Breite und Länge der Schweißnaht eingestellt werden. In bevorzugter Weise kann dadurch eine Schweißnaht mit definierter Breite und einer Temperaturverteilung entlang der Breite der Schweißnaht (im Schmelzbad 9) verwirklicht werden, die eine annähernd konstante Temperatur über die Breite des Schmelzbads aufweist. Eine solche Temperaturverteilung in die weitere Richtung 30, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist schematisch in 3 dargestellt. Eine in vorteilhafter Weise erzielbare konstante Temperatur des Schmelzbads entlang der Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist in 2 schematisch gezeigt. Insbesondere ist eine solche Temperaturverteilung vorteilhaft für zumindest einige Eigenschaften und Kenngrößen der Schweißnaht. Insbesondere kann somit die Porenbildung beim Schweißen verringert werden und die Güte wichtiger Kenngrößen (Dichtheit, Robustheit, Festigkeit, etc.) verbessert werden. Insbesondere, wenn die beiden Materiallagen 2, 3 Stähle sind, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Spritzerbildung aufgrund von unkontrolliertem Ausgasen von Elementen aus den Stählen verringert. Dies erhöht die Güte und Reproduzierbarkeit der Schweißnähte. Durch die Benutzung einer hohen Frequenz für das mechanisch oszillierende Bauteil 5 (insbesondere einer Frequenz im Hz-Bereich bzw. im kHz-Bereich) ermöglicht das erfindungsgemäße Laserschweißverfahren sehr schnelle Schweißgeschwindigkeiten im Vergleich zum Stand der Technik. Des Weiteren ist die Aufrechterhaltung der Qualität des Schutzgases 13 im Vergleich zu anderen Laserschweißverfahren einfach, da durch die vorteilhafte Temperaturverteilung im Schmelzbad 9 weniger(, und weniger stark variierende,) unkontrollierte „Keyholes“ entstehen.
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In 4 sind in einer schematischen Querschnittansicht, insbesondere entlang der weiteren Richtung 30 auf der Oberfläche der Materialanordnung 1 und senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht, die Materialanordnung 1 und zwei Materiallagen 2, 3 sowie das Schmelzbad 9 dargestellt. Außerdem ist die Trajektorie 4 des Laserstrahls 6 auf der Oberfläche der Materialanordnung 1 in einem Blick von oben auf die Oberfläche der Materialanordnung 1 schematisch skizziert.
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In 5 ist eine schematische Querschnittansicht dargestellt, in der die Materialanordnung 1, zwei Materiallagen 2, 3 sowie das Schmelzbad 9 dargestellt sind. Zudem sind die Haupterstreckungsrichtung 20 der zu erzeugenden Schweißnaht, die weitere Richtung 30 auf der Oberfläche der Materialanordnung 1 und die maximalen Auslenkungspunkte 10 des Laserstrahls 6 um die Mitte 7 der zu erzeugenden Schweißnaht dargestellt.
