DE102018105896A1

DE102018105896A1 - Welding device and a method for use in the welding device

Info

Publication number: DE102018105896A1
Application number: DE102018105896.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Schmid
Original assignee: Hlt Swiss AG
Current assignee: Hlt Swiss AG
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schweißvorrichtung mit einem Bearbeitungskopf zum Aufbringen eines strangförmigen Schweißzusatzstoffes (S) in eine Prozesszone auf ein zu schweißendes Werkstück und mit einer Beschichtungsvorrichtung (2) zur Modifikation des Schweißzusatzstoffes (S) durch einen Zugabestoff (Z) in unmittelbarer räumlicher Nähe zu der Prozesszone. Erfindungsgemäß wird erstmals eine Möglichkeit geschaffen, mit der durch eine In-Situ-Beschichtung des Schweißzusatzstoffes (S) mit dem Zugabestoff (Z), insbesondere unmittelbar vor dem Auftrag des drahtförmigen Schweißzusatzstoffes (S) auf die Prozesszone, eine nach den jeweiligen Umständen optimale stoffliche Zusammensetzung unabhängig von den gegebenenfalls nachteiligen Auswirkungen auf die Verformbarkeit des Schweißzusatzstoffes (Z) zu realisieren. Gegebenenfalls eintretende, die Materialeigenschaften, insbesondere Verformungseigenschaften des Zusatzstoffes nachteilig verändernde, beispielsweise versprödende Effekte, und die damit anderenfalls verbundenen Beeinträchtigungen werden aufgrund der räumlichen Nähe zu der Prozesszone vermieden.

The invention relates to a method and a welding device with a machining head for applying a strand-shaped welding additive (S) in a process zone to a workpiece to be welded and with a coating device (2) for the modification of the welding additive (S) by an additive (Z) in the immediate spatial Proximity to the process zone. According to the invention, a possibility is created for the first time, by means of which an in-situ coating of the welding additive (S) with the addition substance (Z), in particular immediately before application of the wire-shaped welding additive (S) to the process zone, produces an optimum material according to the respective circumstances Independent of the possibly adverse effects on the deformability of the welding additive (Z) to realize. Optionally occurring, the material properties, in particular deformation properties of the additive adversely changing, for example embrittling effects, and the otherwise associated impairments are avoided due to the proximity to the process zone.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere mobile Schweißvorrichtung mit einem Bearbeitungskopf zum Aufbringen eines strangförmigen Schweißzusatzstoffes in eine Prozesszone auf das zu schweißende Werkstück. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zur Anwendung bei der Schweißvorrichtung bestimmtes Verfahren.The invention relates to a particularly mobile welding device with a machining head for applying a strand-shaped welding additive in a process zone to the workpiece to be welded. Furthermore, the invention relates to a method intended for use in the welding device.

Die Bearbeitung von Werkstücken mit Schweißvorrichtungen ist seit langem bekannt. Zu den Bearbeitungsverfahren zählen das Schneiden und Schweißen von Werkstücken sowie das Härten von Oberflächen. Schweißverfahren können für das Verbinden von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen angewendet werden.The machining of workpieces with welding devices has long been known. The machining processes include the cutting and welding of workpieces as well as the hardening of surfaces. Welding methods can be used for joining metallic and non-metallic materials.

Zu den am meisten angewendeten Schweißverfahren für das Verbinden von metallischen Werkstoffen gehören unter anderem das Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG) und das Metall-Inertgas-Schweißen (MIG) beziehungsweise das Metall-Aktivgas-Schweißen (MAG). Bei diesen Schweißverfahren erfolgt die Wärmeeinbringung mittels eines in einer geschützten Atmosphäre erzeugten Lichtbogens.
Zusatzwerkstoffe werden für die Herstellung von schweißtechnischen Verbindungen sowie für Auftragsschichten und Plattierungen eingesetzt. Der Zusatzwerkstoff hat dabei verschiedene Funktionen, insbesondere die Sicherung definierter Werkstoffeigenschaften.Tungsten inert gas welding (TIG) and metal inert gas welding (MIG) and metal active gas welding (MAG) are among the most widely used welding processes for bonding metallic materials. In these welding processes, the heat is introduced by means of an arc generated in a protected atmosphere.
Additional materials are used for the production of welding compounds as well as for coating layers and plating. The filler material has different functions, in particular the protection of defined material properties.

In Abhängigkeit des Verfahrens, der geforderten Eigenschaften und der für den Grundwerkstoff oder eine spezifische Anwendung notwendigen Zusammensetzungen werden Zusatzwerkstoffe in unterschiedlichen Formen und Zusammensetzungen angeboten.Depending on the process, the required properties and the compositions required for the base material or a specific application, filler materials in various forms and compositions are offered.

Am meisten verbreitet und auch hinsichtlich des Werkstoffwirkungsgrades am günstigsten sind Schweißdrähte. Es gibt sehr unterschiedliche Arten. Die WIG-Schweißelektrode ist ein gerader Massivdraht mit Dicken zwischen 0,8 bis 2,4 mm und besteht aus metallischen Werkstoffen angepasst an die Anwendung.Welding wires are the most common and most favorable in terms of material efficiency. There are very different types. The TIG welding electrode is a straight solid wire with thicknesses between 0.8 to 2.4 mm and consists of metallic materials adapted to the application.

Weiterhin zählen Stabelektroden mit Längen bis ca. 400 mm für das E-Handschweißen mit unterschiedlichen Umhüllungen aus zumeist mineralischen Komponenten zu den Schweißdrähten. Sie dienen zur Bereitstellung einer Schutzatmosphäre beim Schweißen sowie der Kompensation des Legierungsabbrandes und der Bildung einer Schlacke auf dem Schweißgut.In addition, stick electrodes with lengths of up to approx. 400 mm for manual welding with different sheathings of mostly mineral components are among the welding wires. They serve to provide a protective atmosphere during welding and to compensate for the alloy burn-up and the formation of a slag on the weld metal.

Die DE 10 2011 114 262 A1 beschreibt eine Drahtführung, wie sie beim Schweißen, beispielsweise beim Metall-Schutzgasschweißen eingesetzt wird. Bei Metall-Schutzgasschweißverfahren kommen Drahtelektroden zum Einsatz, die über Drahtvorschubgeräte zur Schweißstelle geschoben oder gezogen werden. Dabei soll die Drahtelektrode möglichst gleichmäßig, ohne wesentliche Verformung ihrer Oberfläche und in der erforderlichen Menge zur Schweißstelle gebracht werden. Hierzu wird die Drahtelektrode vor und/oder nach dem Drahtvorschubgerät in der flexiblen Drahtführung geführt. Die Drahtführung hat dabei mehrere Aufgaben. Zum einen soll sie die Drahtelektrode führen und damit sicherstellen, dass die Drahtelektrode ohne abzuknicken zur Schutzgasdüse gelangt. Zum anderen dient die Drahtführung dazu, die Drahtelektrode vor Außeneinflüssen zu schützen.The DE 10 2011 114 262 A1 describes a wire guide, as used in welding, for example, in the metal-arc welding. In metal inert gas welding process wire electrodes are used, which are pushed or pulled via wire feeders to the weld. The wire electrode should be as evenly as possible, brought without significant deformation of their surface and in the required amount to the weld. For this purpose, the wire electrode is guided before and / or after the wire feeder in the flexible wire guide. The wire guide has several tasks. On the one hand, it is intended to guide the wire electrode and thus to ensure that the wire electrode passes without being bent to the protective gas nozzle. On the other hand, the wire guide is used to protect the wire electrode from external influences.

Aus der DE 37 28 473 A1 ist eine Plasma-Heißdraht-Auftragsschweißung bekannt, bei der das Anschmelzen des Zusatzstoffes, insbesondere eines Schweißdrahtes, durch einen Lichtbogen erfolgt. Der Zusatzstoff bzw. der Schweißdraht wird im Nachlauf des Plasmabrenners zugeführt und im direkten Stromdurchgang mit Hilfe des Heißdrahtprinzips unmittelbar unter der Schmelztemperatur aufgeheizt. Zur Erzielung einer stabilen Prozessführung werden die verfahrenstechnischen Parameter aufeinander abgestimmt.From the DE 37 28 473 A1 is a plasma hot-wire surfacing known, in which the melting of the additive, in particular a welding wire, carried by an arc. The additive or the welding wire is fed in the wake of the plasma torch and heated in the direct passage of current using the hot-wire principle immediately below the melting temperature. To achieve stable process control, the process parameters are matched to one another.

Aus wirtschaftlicher und Anwendungssicht günstigere Verfahren sind die Metall-Schutzgas-Verfahren mit abschmelzender Drahtelektrode im Bereich von 0,6 bis ca. 1,6 mm. Der Schweißdraht liegt in großen Längen als aufgespulter Draht vor, was einen einfachen und vor allem nicht durch Unterbrechungen aufgrund eines Elektrodenwechsels unterbrochenen Prozess erlaubt, der sich dadurch gut automatisieren lässt.From economic and application point of view, more favorable methods are the metal shielding gas method with melting wire electrode in the range of 0.6 to about 1.6 mm. The welding wire is in long lengths as a coiled wire, which allows a simple and not interrupted by interruptions due to an electrode change process, which can be easily automated.

Für spezielle Anwendungen aus der Beschichtungstechnik bzw. für die Anwendung im Freien werden außerdem Fülldrähte angeboten, die außen aus dem metallischen Grundwerkstoff bestehen und innen mit unterschiedlichen Zugabestoffen gefüllt werden können. Hierzu zählen ähnliche Zugabestoffe wie sie sich in der Umhüllung von Stabelektroden wiederfinden, die dafür sorgen, dass auch im Freien eine schützende Gasatmosphäre um den Schweißprozess vorhanden ist, da extern zugeführtes Gas vom Wind weggeblasen und der Schweißprozess dadurch instabil werden kann.For special applications in coating technology or for outdoor applications, flux cored wires are also available, which consist of the metallic base material on the outside and can be filled internally with different additives. These include similar additions as are found in the coating of stick electrodes, which ensure that a protective gas atmosphere is present around the welding process even outdoors, since externally supplied gas can be blown away by the wind and the welding process can become unstable as a result.

Außerdem lassen sich in diesem Fülldraht Zusatzstoffe zuführen, die schmelztechnisch nicht im Draht integrierbar sind. Die Herstellung von Fülldrähten ist allerdings sehr kostenintensiv und aufwändig, zudem ist es nicht möglich sehr dünne Drähte herzustellen.In addition, it is possible to add additives in this flux-cored wire which can not be integrated in the wire by melting technology. However, the production of cored wires is very cost-intensive and complex, and it is also not possible to produce very thin wires.

Als weitere Form des Zusatzstoffes werden Pulver eingesetzt. Der Vorteil liegt in der freien Wahl der Zusammensetzung, die Nachteile in den sehr hohen Herstellkosten sowie dem geringen Werkstoffwirkungsgrad durch hohe Prozessverluste. Pulver lassen sich in ihrer ursprünglichen Form in den Prozess einbringen, können aber auch gebunden als Paste eingesetzt werden.As another form of the additive, powders are used. The advantage is in the free choice the composition, the disadvantages in the very high production costs and the low material efficiency due to high process losses. Powders can be brought into the process in their original form, but can also be used bound as a paste.

Eine handführbare Laserschweißvorrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2016 103 526 A1 beschrieben, die entweder eine eigene Laserquelle aufweist oder mittels eines flexiblen Lichtwellenleiters mit einer stationären Laserstrahlquelle koppelbar ist.A hand-held laser welding device is for example in the DE 10 2016 103 526 A1 described, which either has its own laser source or can be coupled by means of a flexible optical waveguide with a stationary laser beam source.

Gemäß der DE 198 17 629 A1 sind motorisch antreibbare Rollen vorgesehen, um so eine gleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit zu erreichen. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Bearbeitungsvorrichtung von Hand über das Werkstück zu rollen.According to the DE 198 17 629 A1 motor driven rollers are provided so as to achieve a uniform feed rate. On the other hand, it is also possible to roll the processing device by hand over the workpiece.

Eine Schweißvorrichtung mit einer Zuführungseinrichtung für Schweißdraht ist aus der EP 1 935 552 A2 bekannt. Diese zeigt einen Mehrstrahllaserbearbeitungskopf, bei dem ein Eingangslaserstrahl in mindestens zwei Ausgangslaserstrahlen aufgeteilt wird und diese in einem gemeinsamen Bearbeitungsbereich zusammengeführt werden. Hierbei ist mittig oder koaxial zu den Teilstrahlen und/oder zu den Ausgangslaserstrahlen und/oder koaxial zu dem Eingangslaserstrahl eine Werkzeugspitze angeordnet, die als Drahtzuführung ausgebildet ist.A welding device with a supply device for welding wire is known from EP 1 935 552 A2 known. This shows a multi-beam laser processing head in which an input laser beam is split into at least two output laser beams and these are brought together in a common processing area. Here, a tool tip is arranged centrally or coaxially to the sub-beams and / or to the output laser beams and / or coaxial with the input laser beam, which is designed as a wire feed.

Außerdem beschreibt die DE 10 2016 006 551 A1 einen 3D-Drucker für Kunststoff- und Metall-Pulver, wobei mittels Laser das Material lokal erhitzt wird, bis sich die Oberflächen benachbarter Partikel miteinander verbinden oder lokal aufgeschmolzen werden, sodass die umliegenden Partikel verschweißt werden. Ist eine Schicht entstanden, wird die Bauteilplattform abgesenkt und es wird oben eine neue Schicht von Pulver aufgetragen. Der Vorgang wiederholt sich so lange bis das 3D-Objekt fertig gestellt ist.In addition, the describes DE 10 2016 006 551 A1 a 3D printer for plastic and metal powders, where the material is locally heated by laser until the surfaces of adjacent particles connect to each other or are locally melted, so that the surrounding particles are welded. Once a layer has been formed, the component platform is lowered and a new layer of powder is applied at the top. The process repeats until the 3D object is completed.

Als nachteilig hat sich in der Praxis erwiesen, dass strangförmige Schweißzusatzstoffe hinsichtlich der möglichen Zugabestoffe durch die damit einhergehenden Umformeigenschaften limitiert sind und daher oftmals nicht als Draht hergestellt werden können. Hierdurch gibt es Einschränkungen in der Verfügbarkeit geeigneter Legierungen, insbesondere im Bereich harter metallischer Legierungen, die nur sehr kostenintensiv als Pulver oder unter Umständen als Fülldraht eingesetzt werden müssen.A disadvantage has been found in practice that strand-shaped welding additives are limited in terms of the possible addition substances by the associated forming properties and therefore often can not be produced as a wire. As a result, there are restrictions in the availability of suitable alloys, especially in the field of hard metallic alloys, which need only be used very cost-intensive as a powder or possibly as a filler wire.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung zu schaffen, die den Einsatz von strangförmigen Schweißzusatzstoffen in Verbindung mit einem wesentlich erweiterten Spektrum möglicher Zugabestoffe erlaubt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Anwendung bei der Schweißvorrichtung zu schaffen, durch welches eine Vielzahl von Zugabestoffen eingesetzt werden können.The invention has for its object to provide a welding device that allows the use of strand-shaped welding consumables in conjunction with a much wider range of possible additives. Furthermore, the invention has for its object to provide a method for use in the welding device, through which a variety of addition substances can be used.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schweißvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.The first object is achieved with a welding device according to the features of claim 1. The further embodiment of the invention can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist also die Schweißvorrichtung mit einer Vorrichtung zur Modifikation des Schweißzusatzstoffes durch einen Zugabestoff in unmittelbarer räumlicher Nähe zu der Prozesszone ausgestattet. Erfindungsgemäß wird erstmals eine Möglichkeit geschaffen, mit der durch eine In-Situ-Beschichtung des Schweißzusatzstoffes mit dem Zugabestoff, insbesondere unmittelbar vor dem Auftrag des drahtförmigen Zusatzstoffes auf die Prozesszone, eine nach den jeweiligen Umständen optimale stoffliche Zusammensetzung unabhängig von den gegebenenfalls nachteiligen Auswirkungen auf die Verformbarkeit des Schweißzusatzstoffes zu realisieren. Gegebenenfalls eintretende, die Materialeigenschaften, insbesondere Verformungseigenschaften des Zusatzstoffes nachteilig verändernde, beispielsweise versprödende Effekte, und die damit anderenfalls verbundenen Beeinträchtigungen werden aufgrund der räumlichen Nähe zu der Prozesszone vermieden. Somit lassen sich vor allem auch isotrope Eigenschaften des Schweißzusatzstoffes realisieren, die einen Zugabestoff erfordern, wobei erfindungsgemäß auch solche Kombinationen realisiert werden können, die mit herkömmlichen Verfahren, beispielsweise einer Beschichtung oder durch Einmischen in das Schweißzusatzmaterial bisher nicht möglich waren. Erfindungsgemäß lässt sich durch die Materialbestandteile des Zugabestoffes beispielsweise eine homogene Kornbildung erreichen. Die damit gegebenenfalls einhergehende Versprödung des Schweißzusatzstoffes, durch die sich der Schweißzusatzstoff beispielsweise nicht in Form einer Drahtwicklung zuführen lässt, weil die hierzu erforderliche Drahtdehnung herabgesetzt ist, erweist sich dabei als unproblematisch.According to the invention, therefore, the welding device is equipped with a device for modifying the welding additive by an additive in the immediate vicinity of the process zone. According to the invention, a possibility is created for the first time, with an in-situ coating of the welding additive with the additive, in particular immediately before the application of the wire-shaped additive to the process zone, an optimal material composition according to the circumstances regardless of the possibly adverse effects on the To realize deformability of the welding additive. Optionally occurring, the material properties, in particular deformation properties of the additive adversely changing, for example embrittling effects, and the otherwise associated impairments are avoided due to the proximity to the process zone. Thus, above all, isotropic properties of the welding additive can be realized, which require an addition substance, and according to the invention it is also possible to realize those combinations which were hitherto not possible with conventional methods, for example a coating or by incorporation into the filler metal. According to the invention can be achieved by the material components of the additive, for example, a homogeneous grain formation. The possibly accompanying embrittlement of the welding additive, through which the welding additive, for example, can not be supplied in the form of a wire winding, because the wire elongation required for this purpose is reduced, proves to be unproblematic.

Um auch bei anspruchsvollen, nicht ziehbaren Werkstoffen eine Schweißdrahtlösung bereitstellen zu können, wird zunächst ein in seiner Grundzusammensetzung zu dem zu verschweißenden Werkstoff passender Draht als Schweißzusatzstoffes ausgewählt und anschließend über ein Beschichtungsverfahren, beispielsweise durch ein Zerstäubungsverfahren mit den für die Anwendung notwendigen Zugabestoffen beschichtet. Dieser in zwei oder mehr Schichten vorliegende Draht erfüllt dann die für die Anwendung notwendigen Anforderungen. Vorteilhaft ist die Möglichkeit der Verwendung von Standarddrähten, die günstig im Preis sind und die freie Wählbarkeit der Zugabestoffe, die auf die Oberfläche des Drahtes aufgebracht werden. Auch kleine Mengen sind dann ohne großen Aufwand herstellbar. Ergänzend lassen sich prozess- oder eigenschaftsverbessernde Zusatzstoffe aufbringen, die beispielsweise als Mischkristall- oder Feinkornbildner im Gefüge wirken oder durch ihre Ausscheidungsneigung einen weiteren festigkeitssteigernden Effekt durch Dispersionsverfestigung mitbringen.In order to be able to provide a welding wire solution even for demanding, non-drawable materials, a wire matching its basic composition to the material to be welded is first selected as a welding additive and then coated with the additives required for the application by a coating process, for example by a sputtering process. This present in two or more layers wire then meets the requirements necessary for the application. Advantageous is the possibility of using standard wires that are cheap in price and free Selectability of the additives to be applied to the surface of the wire. Even small quantities can be produced without much effort. In addition, it is possible to apply process- or property-improving additives which, for example, act as solid-solution or fine-grain formers in the microstructure or, due to their tendency to precipitate, bring about a further strength-increasing effect through dispersion hardening.

Dabei hat es sich als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn die Schweißvorrichtung mit einer Beschichtungsvorrichtung, insbesondere mit einer Sprüheinrichtung ausgestattet ist, um so bedarfsgerecht den Zugabestoff auf den Schweißzusatzstoff aufzubringen. Ein besonderer Vorteil des In-Situ Auftrages des Zugabestoffes besteht dabei auch darin, dass eine feste, insbesondere dauerhafte Verbindung des Zugabestoffes an dem Schweißzusatzstoff nicht erforderlich ist, weil die Weiterverarbeitung in der Prozesszone mit einem sehr geringen zeitlichen Abstand erfolgt und daher eine hohe Haftfestigkeit entbehrlich ist. Weiterhin kann auch die Zusammensetzung oder Stärke der Beschichtung variabel an den Prozess, beispielsweise auch in Abhängigkeit erfasster Messwerte angepasst werden.It has proven to be particularly practical if the welding device is equipped with a coating device, in particular with a spray, so as to apply as needed the additive to the welding additive. A particular advantage of the in-situ order of the addition substance consists in the fact that a solid, especially permanent connection of the additive to the welding additive is not required because the further processing in the process zone takes place with a very short time interval and therefore high adhesive strength is unnecessary is. Furthermore, the composition or thickness of the coating can also be variably adapted to the process, for example also as a function of detected measured values.

Hierzu kann die Beschichtungsvorrichtung gemäß einer weiteren besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltungsform eine insbesondere koaxiale Düse für die Zuführung eines beispielsweise pulverförmigen Zugabestoffes aufweisen. Indem der Schweißzusatzstoff unmittelbar vor seiner Zuführung in die Prozesszone in der Düse eine konzentrische Schicht des pulverförmigen oder eines pastösen Zugabestoffes erhält, werden die beim Stand der Technik auftretenden Verlustmengen auf ein Minimum reduziert. Dabei kann der beispielsweise pulverförmige Zugabestoff auch dann eingesetzt werden, wenn zwischen dem Zugabestoff und dem Schweißzusatzstoff keine oder nur eine sehr geringen Bindung erreicht wird, weil während der Durchführung des Bearbeitungsprozesses keine Umlenkung des Schweißzusatzstoffes erfolgt.For this purpose, the coating device according to another particularly promising embodiment, a particular coaxial nozzle for the supply of an example powdery addition material. By receiving a concentric layer of the powdery or pasty additive immediately prior to its delivery into the process zone in the nozzle, the loss amounts occurring in the prior art are reduced to a minimum. In this case, the example pulverulent addition material can also be used when between the additive and the welding additive no or only a very low binding is achieved because during the implementation of the machining process no deflection of the welding additive.

Weiterhin hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Schweißvorrichtung mit einer Zuführeinrichtung für die an den Schweißprozess angepasste Zuführung des strangförmigen Zugabestoffes ausgestattet ist. Hierdurch wird es möglich, einen konstanten Abstand des Schweißzusatzstoffes mit dem damit verbundenen Zugabestoff von der Prozesszone sicherzustellen, sodass insbesondere konstante Schweißbedingungen erreicht werden können.Furthermore, it has proven to be particularly useful when the welding device is equipped with a feeding device for the adapted to the welding process feeding the strand-shaped addition material. This makes it possible to ensure a constant distance of the welding additive with the associated additive from the process zone, so that in particular constant welding conditions can be achieved.

Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltungsform der Erfindung wird auch dann erreicht, wenn die Schweißvorrichtung als eine 3D-Druckvorrichtung nach dem Prinzip des generativen Laserauftragsschweißens oder des pulverbettbasierten Laserschmelzens ausgeführt ist. Erfindungsgemäß wird so durch die von dem Prozessverlauf abhängige Modifikation des Zugabestoffes und die so erreichbaren isotropen Eigenschaften des Schweißzusatzstoffes die Voraussetzung für die Herstellung von Werkstücken mit der erforderlichen Genauigkeit geschaffen. Selbstverständlich kann eine solche Laserschweißvorrichtung auch vornehmlich stationär eingesetzt werden.Another embodiment of the invention, which is also particularly promising, is also achieved if the welding device is designed as a 3D printing device according to the principle of generative laser deposition welding or powder bed-based laser melting. According to the invention, the prerequisite for the production of workpieces with the required accuracy is thus created by the modification of the addition substance which is dependent on the course of the process and the thus achievable isotropic properties of the welding additive. Of course, such a laser welding device can also be used primarily stationary.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch noch mit einem Verfahren dadurch realisiert, dass die Modifikation, insbesondere Beschichtung des Schweißzusatzstoffes durch PVD-/CVD-Verfahren, thermisches Spritzen mit anschließendem Umschmelzen des Zugabestoffes, und/oder Ummantelung in der Düse mit einem gebundenen metallhaltigen Pulver als Zugabestoff durchgeführt wird. Hierdurch kann nahezu jeder Schweißzusatzstoff durch eine entsprechende Modifikation mittels eines Zugabestoffes mit den gewünschten, vor allem isotropen Eigenschaften versehen werden, die zu einer wesentlichen Verbesserung der Materialeigenschaften des so bearbeiteten Werkstückes führen. Erstmals wird so auch die Herstellung ganzer Werkstücke mit weitgehend isotropen Eigenschaften im 3D-Druckverfarhen ermöglicht. Die Beschichtung kann dabei gleichermaßen durch formlose Zugabestoffe, wie Flüssigkeiten, Pulver und dergleichen, oder formneutrale band- oder drahtförmige Zugabestoffe erfolgen.The second object is inventively also realized with a method that the modification, in particular coating of the welding additive by PVD / CVD method, thermal spraying with subsequent remelting of the additive, and / or sheath in the nozzle with a bonded metal-containing powder as Additive is performed. As a result, almost any welding additive can be provided with the desired, especially isotropic, properties by means of an appropriate modification by means of an additive, which leads to a substantial improvement in the material properties of the workpiece processed in this way. For the first time, it will be possible to produce entire workpieces with largely isotropic 3D printing features. The coating can be done equally by informal additives, such as liquids, powders and the like, or shape-neutral tape or wire-shaped additives.

Die Art der Beschichtung kann dabei sehr unterschiedlich sein. Diffusionsgebundene Schichten bspw. durch kathodische Zerstäubungsverfahren sind ebenso anwendbar wie thermische Spritzschichten, galvanische Abscheideverfahren oder pastenförmige Ummantelungen, die eine Verbindung zum Draht durch eine Verklebung an der Oberfläche schaffen.The type of coating can be very different. Diffusion-bonded layers, for example by cathodic sputtering methods, are equally applicable, such as thermal spray coatings, electrodeposition processes or paste-like coatings, which create a bond to the wire by bonding to the surface.

Auch die In-Situ-Ummantelung des Schweißdrahtes unmittelbar vor dem Prozess durch das Aufbringen einer Paste auf den Schweißdraht ist anwendbar, dieses Verfahren erlaubt zudem die Zugabe großer Mengen unterschiedlicher funktionaler Stoffe zum Draht und damit in das Schmelzbad. Durch die Anwendung einer ringförmigen Zuführdüse im Brenner, durch den der Draht mittig durchgeführt wird, wird eine, mittels eines neutralen Bindemittels wie beispielsweise Glyzerin, erzeugte Paste kontinuierlich um den geförderten Draht gelegt und dem Prozess zugeführt. Dies hat den sehr großen Vorteil, dass Standarddrähte verwendet und auch in einem Prozessverlauf unterschiedliche Pasten zugeführt werden können, die eine Gradierung des Werkstoffes zulassen.Also, the in-situ sheathing of the welding wire immediately before the process by the application of a paste on the welding wire is applicable, this method also allows the addition of large amounts of different functional substances to the wire and thus in the molten bath. By using an annular feed nozzle in the burner through which the wire is centered, a paste produced by means of a neutral binder such as glycerin is continuously placed around the conveyed wire and fed to the process. This has the great advantage that standard wires can be used and in the course of a process different pastes can be supplied, which allow grading of the material.

Obwohl die Modifikation nicht zwingend an den Vorschub des Schweißzusatzstoffes gekoppelt ist, hat es sich bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn die Modifikation In-Situ während der Zuführung des Schweißzusatzstoffes durchgeführt wird, sodass eine einfache Kontrolle der Art und Menge des Zugabestoffes jederzeit während der Durchführung des Verfahrens problemlos möglich ist. Dabei lassen sich erfindungsgemäß auch solche Kombinationen realisieren, die mit herkömmlichen Verfahren, beispielsweise einer Beschichtung oder durch Einmischen in das Schweißzusatzmaterial nicht erreicht werden können. Although the modification is not necessarily coupled to the feed of the welding additive, it has already proven to be particularly promising if the modification is carried out in situ during the feeding of the welding additive, so that a simple control of the type and amount of the additive at any time during the Implementation of the method is easily possible. In this case, according to the invention, it is also possible to realize those combinations which can not be achieved with conventional methods, for example a coating or by mixing into the filler metal.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung mit einer Beschichtungsvorrichtung und mit einem Bearbeitungskopf;
2 die in 1 gezeigte Beschichtungsvorrichtung in einer vergrößerten Darstellung.

The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in each case in a schematic representation in

1 a side view of a welding device according to the invention with a coating device and with a processing head;
2 in the 1 shown coating device in an enlarged view.

Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung wird nachstehend anhand der 1 und 2 näher erläutert. Die Schweißvorrichtung ist mit einem Bearbeitungskopf zum Aufbringen eines strangförmigen Schweißzusatzstoffes S auf ein nicht dargestelltes Werkstück in einer Prozesszone und mit einer eine Beschichtungsvorrichtung 2 aufweisenden Vorrichtung zur Modifikation des Schweißzusatzstoffes S durch einen Zugabestoff ausgestattet. Der drahtförmige Schweißzusatzstoff S wird hierzu von einer Drahtspule 1 abgewickelt und mittels eines Drahtvorschubgerätes 3 durch die Beschichtungsvorrichtung 2 geführt. Der so modifizierte Schweißzusatzstoff S wird anschließend einem Brenner 5 zugeführt und in der Schweißzone auf das Werkstück aufgebracht. Hierbei werden während des Schweißprozesses mittels einer Steuerung 7 laufend relevante Parameter und Messwerte insbesondere auch der Beschichtungsvorrichtung 2 und der Prozesszone erfasst und gegebenenfalls die Beschichtung des Schweißzusatzstoffes S entsprechend modifiziert. Die Schweißvorrichtung ist hierzu als eine mobile Einheit mit einer elektrischen Energiequelle 4 sowie gegebenenfalls auch angetriebenen Rädern 6 ausgestattet.The welding device according to the invention will be described below with reference to 1 and 2 explained in more detail. The welding apparatus is provided with a machining head for applying a strand-shaped welding additive S on a workpiece, not shown, in a process zone and with a coating device 2 having apparatus for modification of the welding additive S equipped with an additive. The wire-shaped welding additive S this is done by a wire coil 1 unwound and by means of a wire feeder 3 through the coating device 2 guided. The modified welding filler S then becomes a burner 5 supplied and applied in the weld zone on the workpiece. Here, during the welding process by means of a controller 7 continuously relevant parameters and measured values, in particular also of the coating device 2 and the process zone, and optionally the coating of the welding additive S modified accordingly. The welding device is for this purpose as a mobile unit with an electric power source 4 and possibly also driven wheels 6 fitted.

In 2 ist die Beschichtungsvorrichtung 2 näher dargestellt. Der Schweißzusatzstoff S ist innerhalb der Beschichtungsvorrichtung 2 durch eine rohrförmige Führung 12 eingeschlossen und wird von einer nicht gezeigten Einrichtung innerhalb der Führung 12 zentriert. Der Auftrag des hier pastenförmigen Zugabestoffes Z erfolgt mittels einer Zuführeinheit 8, die quer zur Vorschubrichtung des Schweißzusatzstoffes S angeordnet ist. Der Zugabestoff Z füllt den Ringspalt zwischen dem Schweißzusatzstoff S und der Führung 12 aus. In einem Beschichtungskanal 9 wird der pastöse Zugabestoff Z mit dem Schweißzusatzstoff S thermisch verbunden. Hierzu ist in einem Grundkörper 13 der Beschichtungsvorrichtung 2 eine Gaszufuhr 11 vorgesehen, die mit einer Gasdüse 10 verbunden ist. Die Temperatur wird dabei ebenso wie die Gaszufuhr durch die Steuerung 7 gesteuert.In 2 is the coating device 2 shown in more detail. The welding additive S is inside the coating device 2 through a tubular guide 12 included and is from a device, not shown, within the guide 12 centered. The order of the here pasty addition material Z takes place by means of a feed unit 8th , transverse to the feed direction of the welding additive S is arranged. The addition material Z fills the annular gap between the welding additive S and the leadership 12 out. In a coating channel 9 becomes the pasty additive Z with the welding additive S thermally connected. This is in a basic body 13 the coating device 2 a gas supply 11 provided with a gas nozzle 10 connected is. The temperature is as well as the gas supply by the controller 7 controlled.

Erfindungsgemäß wird erstmals eine Möglichkeit geschaffen, mit der durch eine In-Situ-Beschichtung des Schweißzusatzstoffes S mit dem Zugabestoff Z unmittelbar vor dem Auftrag des drahtförmigen Schweißzusatzstoffes S auf die Prozesszone eine nach den jeweiligen Umständen optimale stoffliche Zusammensetzung unabhängig von den gegebenenfalls nachteiligen Auswirkungen auf die Verformbarkeit des Schweißzusatzstoffes S zu realisieren. Gegebenenfalls eintretende, die Materialeigenschaften, insbesondere Verformungseigenschaften des Zusatzstoffes Z, nachteilig verändernde, beispielsweise versprödende Effekte, und die damit anderenfalls verbundenen Beeinträchtigungen werden aufgrund der räumlichen Nähe zu der Prozesszone vermieden. Insbesondere kann auf eine Umlenkung oder Verformung des Schweißzusatzstoffes S in Vorschubrichtung hinter der Beschichtungsvorrichtung 2 verzichtet werden, sodass beispielsweise ein Abplatzen der Beschichtung des Zugabestoffes Z von dem Schweißzusatzstoff S ausgeschlossen werden kann.According to the invention, a possibility is created for the first time, with which by an in-situ coating of the welding additive S with the additive Z immediately before the application of the wire-shaped welding additive S on the process zone an optimal material composition according to the circumstances regardless of the possibly adverse effects on the deformability of the welding additive S to realize. Optionally occurring, the material properties, in particular deformation properties of the additive Z , adversely changing, for example, embrittling effects, and the otherwise associated impairments are avoided due to the proximity to the process zone. In particular, may be on a deflection or deformation of the welding additive S in the feed direction behind the coating device 2 be omitted, so that, for example, a spalling of the coating of the additive Z from the welding additive S can be excluded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Drahtspulewire coil
22: Beschichtungsvorrichtungcoater
33: DrahtvorschubgerätWire feeder
44: Energiequelleenergy
55: Brenner burner
66: Radwheel
77: Steuerungcontrol
88th: Zuführeinheitfeed
99: Beschichtungskanalcoating channel
1010: Gasdüse gas nozzle
1111: Gaszufuhrgas supply
1212: Führungguide
1313: Grundkörperbody
SS: SchweißzusatzstoffWelding additive
ZZ: Zugabestoffadding fuel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011114262 A1 [0007]
DE 3728473 A1 [0008]
DE 102016103526 A1 [0013]
DE 19817629 A1 [0014]
EP 1935552 A2
DE 102016006551 A1 [0016]

Claims

Welding device with a machining head for applying a particular strand-shaped welding additive (S) in a process zone to a workpiece, characterized in that the welding device is equipped with a device (coating device 2) for modifying the welding additive (S) by an additive (Z).

Welding device after Claim 1 , characterized in that the welding device is equipped with a coating device (2), in particular with a spraying device.

Welding device after the Claims 1 or 2 , characterized in that the coating device (2) has a particular coaxial nozzle for the supply of an example powdery addition substance (Z).

Welding device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the welding device is equipped with a feed unit (8) for the feeding of the strand-shaped addition material (Z) adapted to the welding process.

Welding device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the welding device is designed as a 3D printing device.

Welding device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the welding device is designed as a laser welding device.

Method for use in the welding device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the modification, in particular coating of the welding additive (S) by PVD / CVD method, thermal spraying with subsequent remelting of the additive (Z), and / or sheathing in the nozzle with a metal-containing powder as additive (Z) is performed.

Method according to Claim 7 , characterized in that the modification is performed in-situ during the supply of the welding additive (S).

Strand-shaped welding additive (S) with a coating (Z) having coating according to at least one of the preceding claims.

Strand-shaped welding additive (S) after Claim 9 , characterized in that the coating has tungsten, vanadium, titanium, niobium, aluminum, tantalum, molybdenum and / or chromium at least as a material material component.