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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage sowie ein verschweißtes Bauteil.
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Es ist beim Laserschweißen Stand der Technik, dass zu Beginn einer geradlinigen Schweißnaht die Leistung des Laserstrahls, welcher zum Schweißen verwendet wird, langsam gesteigert wird. Dies bedeutet insbesondere, dass zunächst mit verminderter Leistung die Schweißnaht begonnen wird. Bei dieser Art der Ausführung des Laserschweißens besteht jedoch das Problem, dass Spritzer und/oder Auswürfe aus einem Schweißbad der Schweißnaht auftreten, welche eine Umgebung der Schweißnaht verunreinigen und insbesondere bei der Verschweißung von elektronischen Bauteilen die auftretenden Spritzer und/oder Auswürfe zu einem Kurzschluss in dem elektronischen Bauteil führen können.
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Der deutschen Patentschrift
DE 10 2014 107 716 B3 ist ein Verfahren zur Reduktion von Schweißspritzern während des Schweißens mit einem Laserstrahl zu entnehmen, wobei der Laserstrahl während des Schweißens eine der Vorschubbewegung überlagerte, räumlich oszillierende Bewegung parallel oder senkrecht zum Fügestoß ausführt. Die Oszillationsparameter dieser Oszillation werden während des Schweißprozesses dynamisch in der Art angepasst, dass die Entstehung von Schweißspritzern reduziert wird. Als Grundlage für die Anpassung der Oszillationsparameter werden die in einem Bildausschnitt von mit einer Kamera von dem Laserbrennfleck und dem Fügestoß mit hoher Wiederholungsrate aufgenommenen Bildern erfasste Anzahl und Größe der Schweißspitzer in Echtzeit ausgewertet.
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Ferner ist der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 003 720 A1 ein Laser-Überlappschweißverfahren zu entnehmen, welches Folgendes umfasst: Durchführen des Überlappschweißens durch Einstrahlen eines Laserstrahls auf eine Mehrzahl von überlappenden Werkstücken und - nach einer äußerst kurzen Unterbrechungszeitspanne des Einstrahlens des Laserstrahls - Einstrahlen eines defokussierten Laserstrahls auf ein auslaufendes Überlappschweißende, wobei das Laser-Überlappschweißverfahren vorzugsweise Folgendes einschließt: Unterbrechen des Einstrahlens des Laserstrahls für eine sehr kurze Zeitspanne und - während der Unterbrechungszeitspanne - Verschieben zu der optischen Achse des Laserstrahls vom auslaufenden Überlappschweißende zum Anfangsende des Überlappschweißens und Einstrahlen eines defokussierten Laserstrahls von der Position, zu der die optische Achse des Laserstrahls verschoben wurde, in Richtung des auslaufenden Überlappschweißendes.
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Darüber hinaus ist der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2017 201 495 A1 ein Laserschweißverfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht auf einer Oberfläche einer Materialanordnung zu entnehmen, wobei die zu erzeugende Schweißnaht lokal eine Haupterstreckungsrichtung auf der Oberfläche aufweist, wobei zumindest 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, und dadurch charakterisiert ist, 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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Es besteht somit weiterhin ein Bedarf darin, ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht bereitzustellen, wobei Spritzer und/oder Auswürfe aus dem Schweißbad der Schweißnaht vermieden werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage sowie ein verschweißtes Bauteil zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Erzeugen, insbesondere Bilden oder Ausbilden, einer Schweißnaht ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage, manchmal auch als Strahlschweißanlage bezeichnet, geschaffen wird, um - vorzugsweise - mindestens zwei Bauteile miteinander zu verbinden, wobei eine zumindest bereichsweise gekrümmte Bahn mit einem Laserstrahl der Laserschweißanlage zu Beginn der Schweißnaht ausgeführt und die Leistung des Laserstrahls der Laserschweißanlage währenddessen variiert, insbesondere erhöht, wird, und wobei der Laserstrahl - bei der Ausführung der gekrümmten Bahn - um mindestens 90° umgelenkt wird. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Laserschweißnaht ohne Spritzer sowie Auswürfe aus dem Schweißbad erstellt werden kann. Darüber hinaus erstreckt sich die Geometrie der gekrümmten Bahn in einer X- sowie einer Y-Richtung, wenn die Schweißrichtung die X-Richtung ist. Das genannte Verfahren eignet sich besonders für hohe Schweißgeschwindigkeiten von über 30 m/min. Durch die zumindest bereichsweise gekrümmte Bahn ist das Verfahren auch besonders geeignet, für stark reflektierende Werkstoffe, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, da durch die gekrümmte Bahn die Werkstoffe gut vorgewärmt werden und die Absorption der Laserstrahlung des Laserstrahls begünstigt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, dass mit konventioneller Systemtechnik Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, verschweißt werden können, wobei vorteilhafter Weise mit einer Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich gearbeitet werden kann. Das Verfahren ist insbesondere geeignet zur Anwendung in der Elektrotechnik, da Kurzschlüsse durch die Vermeidung von Spritzern aus dem Schweißbad der Schweißnaht vermieden werden können. Insofern resultiert durch das genannte Verfahren eine Reduzierung der Taktzeit, da das Laserschweißen mit höheren Geschwindigkeiten ausgeführt werden kann. Darüber hinaus handelt es sich um eine äußerst einfache Realisierung des genannten Laserschweißverfah rens.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass eine kreisbogenförmige Bahn - manchmal auch als kreisbogenförmige Bewegung bezeichnet - mit einem Radius von vorzugsweise mindestens 0,2 mm bis höchstens 0,8 mm, bevorzugt mindestens 0,4 mm bis höchstens 0,6 mm, besonders bevorzugt von 0,5 mm, als gekrümmte Bahn ausgeführt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leistung des Laserstrahls der Laserschweißanlage in einem Bereich von 35 % bis 60 % einer maximalen Laserleistung der Laserschweißanlage bei Ausführung der gekrümmten Bahn variiert wird, insbesondere gesteigert, vorzugsweise kontinuierlich, wobei die Laserschweißanlage vorzugsweise eine maximale Laserleistung von 5000 W aufweist.
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Dies hat insbesondere den Vorteil, dass hochspezifisch die Leistung an das zu lösende Schweißproblem entsprechend angepasst werden kann.
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In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Zeichen „W“ die Einheit „Watt“ für Leistung, insbesondere elektrische Leistung, verstanden werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach der gekrümmten Bahn des Laserstrahls die daran anschließende Bahn des Laserstrahls für die Hauptschweißnaht mit einer Leistung von mindestens 50 %, bevorzugt von mindestens 60 %, besonders bevorzugt von 68 %, der maximalen Laserleistung der Laserschweißanlage ausgeführt wird, wobei die Laserschweißanlage vorzugsweise eine maximale Laserleistung von 5000 W aufweist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein besonders zu bevorzugendes Schweißergebnis mit der genannten Laserleistung erzielt werden kann.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein verschweißtes Bauteil geschaffen wird, hergestellt oder herstellbar nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, oder hergestellt oder herstellbar gemäß einem Verfahren nach einem der zuvor genannten Ausführungsformen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schweißnaht, welche mit einem Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage hergestellt oder herstellbar ist, und
- 2 eine schematische Darstellung der Schweißnaht, wobei insbesondere eine zumindest bereichsweise gekrümmte Bahn, welche der Laserstrahl der Laserschweißanlage zu Beginn der Schweißnaht ausführt, der 2 zu entnehmen ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schweißnaht 1, welche mit einem Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht 1 ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage hergestellt wurde, um vorzugsweise mindestens zwei Bauteile miteinander zu verbinden.
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Dabei wird eine zumindest bereichsweise gekrümmte Bahn 3 mit einem Laserstrahl der Laserschweißanlage zu Beginn der Schweißnaht 1 ausgeführt, und die Leistung des Laserstrahls der Laserschweißanlage wird währenddessen variiert, insbesondere erhöht, und wobei der Laserstrahl - bei der Ausführung der gekrümmten Bahn 3 - um mindestens 90° umgelenkt wird.
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Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leistung des Laserstrahls der Laserschweißanlage in einem Bereich von 35 % bis 60 % einer maximalen Laserleistung der Laserschweißanlage bei Ausführung der gekrümmten Bahn 3 variiert wird, insbesondere gesteigert, vorzugsweise kontinuierlich, wobei die Laserschweißanlage vorzugsweise eine maximale Laserleistung von 5000 W aufweist..
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass nach der gekrümmten Bahn 3 des Laserstrahls die daran anschließende Bahn des Laserstrahls für die Hauptschweißnaht mit einer Leistung von mindestens 50 %, bevorzugt von mindestens 60 %, besonders bevorzugt von 68 %, der maximalen Laserleistung der Laserschweißanlage ausgeführt wird, wobei die Laserschweißanlage vorzugsweise eine maximale Laserleistung von 5000 W aufweist..
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Ferner ist der Figur eine schematische Darstellung zu entnehmen, wie der Laser bei dem Verfahren zum Erzeugen einer Schweißnaht 1 ohne Schweißbadspritzer mittels einer Laserschweißanlage geführt wird.
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In 2 ist mit Bezugszeichen 5 die Schweißrichtung - manchmal auch als X-Richtung bezeichnet - gezeigt, wobei weiterhin die gekrümmte Bahn 3, welche mit dem Laserstrahl der Laserschweißanlage ausgeführt wird, gezeigt ist, wobei insbesondere ein Radius von 0,5 mm für die gekrümmte Bahn 3 angewendet wird. Im Anschluss wird für die Ausführung der Schweißnaht 1 eine Leistung von 68 % der maximalen Laserleistung der Laserschweißanlage mit einer maximalen Laserleistung von 5000 W angewendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014107716 B3 [0003]
- DE 102012003720 A1 [0004]
- DE 102017201495 A1 [0005]
