DE102022115661B3 - Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens - Google Patents

Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens Download PDF

Info

Publication number
DE102022115661B3
DE102022115661B3 DE102022115661.3A DE102022115661A DE102022115661B3 DE 102022115661 B3 DE102022115661 B3 DE 102022115661B3 DE 102022115661 A DE102022115661 A DE 102022115661A DE 102022115661 B3 DE102022115661 B3 DE 102022115661B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding
laser
bead
procedure according
focus diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102022115661.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert Ranft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Liovolt GmbH
Original Assignee
Liovolt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Liovolt GmbH filed Critical Liovolt GmbH
Priority to DE102022115661.3A priority Critical patent/DE102022115661B3/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102022115661B3 publication Critical patent/DE102022115661B3/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/244Overlap seam welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/3568Modifying rugosity
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/60Preliminary treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147Lids or covers
    • H01M50/166Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids
    • H01M50/169Lids or covers characterised by the methods of assembling casings with lids by welding, brazing or soldering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs (12) mit einem metallischen Träger (10) mittels Laserschweißens, wobei einem Schweißschritt, bei dem Material des Trägers (10) und des an diesem anliegenden Oberblechs (12) in einem Schweißbereich (16) gemeinsam aufgeschmolzen wird, ein Vorbehandlungsschritt zur Vorbehandlung des Schweißbereichs (16), der ein Umformen des Schweißbereichs (16) zu einer zum Träger (10) hin gewölbten Sicke (18) umfasst, vorangeht.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sicke (18) ausgebildet wird, indem der Schweißbereich (16) mit einem Strahl (14) eines gepulst betriebenen Umform-Lasers abgefahren wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens, wobei einem Schweißschritt, bei dem Material des Trägers und des an diesem anliegenden Oberblechs in einem Schweißbereich gemeinsam aufgeschmolzen wird, ein Vorbehandlungsschritt zur Vorbehandlung des Schweißbereichs, der ein Umformen des Schweißbereichs zu einer zum Träger hin gewölbten Sicke umfasst, vorangeht.
  • Stand der Technik
  • Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE 2008 054 040 A1 .
  • Im Bereich der Fertigung von Traktionsbatterien für ganz oder teilweise elektrifizierte Antriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, stellt sich häufig das Problem, sehr dünne Oberbleche mit Endplatten von Batteriestapeln zu fügen. Beispielsweise müssen - ggf. beschichtete, z B. verzinnte - Oberbleche aus Kupfer, Aluminium oder Nickel oder sogenannte Bimetall-Bleche, insbesondere solche aus Aluminium und Kupfer, auf den häufig aus Aluminium gefertigten Endplatten zuverlässig und elektrisch leitend fixiert werden. Als grundsätzlich geeignetes Fügeverfahren hat sich das Laserschweißen bewährt. Hier können jedoch stark unterschiedliche Dicken von Oberblech und Träger, die im Rahmen des Schweißprozesses gemeinsam aufgeschmolzen (und wieder erhärten gelassen) werden müssen, zu Problemen führen. Dies insbesondere aufgrund der stark unterschiedlichen Wärmekapazitäten und -leitfähigkeiten des dünnen Oberblechs einerseits und des deutlich dickeren Trägers andererseits. Auch auf anderen Technikgebieten ergeben sich bei ähnlich Aufgabenstellungen ähnliche Probleme.
  • Die CN 110 614 439 A offenbart ein zweistufiges Fügeverfahren, umfassend einen Vorbereitungsschritt und den eigentlichen Schweißschritt. Im Rahmen des Schweißschrittes werden das Material des Trägers und das Material des mechanisch auf dem Träger vorfixierten Oberblechs gemeinsam mittels eines Schweiß-Festkörperlasers von ca. 1000 nm Wellenlänge unter Argon-Schutzatmosphäre gemeinsam aufgeschmolzen. Hierzu wird der Fokus des Schweiß-Lasers mit einer Geschwindigkeit von ca. 15 m/min unter einem Einfallswinkel von 13° über den Schweißbereich, d. h. über den zur Verschweißung mit dem Träger vorgesehenen Bereich des Oberblechs, gefahren. Um über die gesamte Ausdehnung des Schweißbereichs einen einheitlichen Schweißeffekt zu erzielen, wird im Vorfeld des Schweißschrittes ein Reinigungsschritt mittels eines vom Schweiß-Laser verschiedenen Reinigungs-Faserlaser durchgeführt. Der Reinigungs-Laser, dessen Betriebswellenlänge in der genannten Druckschrift nicht offenbart wird, wird gepulst mit einer Pulsfrequenz von 20 Hz und einer Pulsdauer von 50 ns betrieben. Sein Fokus wird unter Argon-Schutzatmosphäre mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm/s über den Schweißbereich geführt. Hierdurch sollen, ohne das Material des Oberblechs aufzuschmelzen, Flecken und Verfärbungen entfernt werden, sodass während des nachfolgenden Schweißschrittes der gesamte Schweißbereich ein einheitliches Absorptionsvermögen zeigt. Ein derartiges, zweistufiges Verfahren scheint geeignet, Oberbleche aus Kupfer, Aluminium oder Kupfer/Aluminium-Bimetall-Oberbleche von ca. 500 µm Stärke zuverlässig mit Aluminium-Trägern zu verschweißen. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass das Verfahren für dünnere Oberbleche nicht geeignet ist. Hier kommt es beim Schweißen zu Verwerfungen des Oberblechs bis hin zu dessen Reißen und es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise keine vollständige, stoffschlüssige Verbindung zwischen Oberblech und metallischem Träger zustande kommt.
  • In der eingangs genannten, gattungsbildenden Druckschrift wird für das Fügen zumindest beschichteter Oberbleche auf einen Träger durch Laserschweißen als Grund für derartige Verwerfungen des Oberblechs die Gasbildung aus der Beschichtung angegeben. Zur Abhilfe wird vorgeschlagen, das Oberblech vor dem Schweißen mit einer Sicke zu versehen und den Laser entlang der Mulde auf der trägerabgewandten Seite der Sicke zu führen. Dadurch verbleibt beidseitig der Schweißnaht ein Spalt, durch welchen entstehende Gase abziehen können ohne die Relativlage von Oberblech und Träger zu stören. Zur konkreten Art und Weise der Herstellung besagter Sicke schweigt die Druckschrift. Denkbar ist sicher eine mechanische Prägung mittels einer entlang der vorgesehenen Schweißnaht gezogenen Prägenadel. Hierdurch wird jedoch das Oberblech mechanisch stark beanspruchen, was der Wahl besonders dünner Bleche Grenzen setzt.
  • Aus Gründen der Material- und damit Kosteneinsparung wäre allerdings die Verwendung besonders dünner Oberbleche gerade bei Massenprodukten wie Traktionsbatterien äußerst wünschenswert.
  • Aus der DE 10 2017 202 552 A1 ist das Fügen gewellter Bleche miteinander oder mit Flachblechen mittels Laserschweißens bekannt.
  • Die DE 10 2022 000 445 A1 offenbart das Verschweißen eines angefasten Kante eines Oberblechs mit der Oberfläche eines Träger-Bauteils.
  • Aus der EP 2 505 297 B1 und der US 2013/0070428 A1 ist das Verschweißen zweier Platten miteinander bekannt, wobei der zum Schweißen verwendete Laserstrahl durch eine der Platten hindurch auf den Schweißbereich an der Grenzfläche der Platten fokussiert wird.
  • Und schließlich gibt Dr. Jack Gabzdyl: Welding with ns Pulsed Fiber Lasers. In: SPI Lasers UK Ltd. Southampton UK: SPI Lasers. 19.11.2015. 1- 44. - Firmenschrift einen Überblick über verschiedene Laserschweißverfahren.
  • Aufgabenstellung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass es insbesondere auch bei besonders dünnen Oberblechen einsetzbar wird.
  • Darlegung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Sicke ausgebildet wird, indem der Schweißbereich mit einem Strahl eines gepulst betriebenen Umform-Lasers abgefahren wird. Hierdurch gelingt es, auch dünnere Oberbleche, die bei einer mechanischen Ausbildung der Sicke leicht beschädigt werden können, insbesondere solche mit einer Stärke von 10 µm bis 100 µm, zuverlässig mit dem Träger zu fügen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Material und damit Kosten dadurch einzusparen, dass deutlich dünnere Oberbleche, als aus dem Stand der Technik bekannt, verwendet werden. Dies erfordert jedoch auch eine wesentliche Anpassung des Fügeverfahrens selbst. Insbesondere bedarf der Vorbereitungsschritt einer deutlichen Modifikation. So ist der Erfinder in Anlehnung an den Stand der Technik davon ausgegangen, dass die Verwendung besonders dünner Oberbleche nur dann möglich ist, wenn diese den Träger während des eigentlichen Schweißschrittes nicht vollflächig kontaktieren, sondern lediglich lokal, weshalb, wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ein Vorbereitungsschritt vorgesehen ist, der schmale, ca. 0,1 bis 5 mm breite Sicken im Oberblech ausbildet. Eine derartige Sicke hat eine konkav gewölbte, nutförmige Oberseite und eine konvex gewölbte, rippenförmige Unterseite. Beim nachfolgenden Schweißschritt, der grundsätzlich in bekannter Weise durchgeführt werden kann, liegt das Oberblech lediglich mit den Rippengraten seiner Sicken auf dem Träger auf, während der Strahl des Schweiß-Lasers auf den Nutgrund besagter Sicken eingestrahlt wird. Dies führt zu einem gleichmäßigen Aufschmelzen des Oberblechs an seinem Nutgrund bzw. Rippengrat und gleichzeitig zum Aufschmelzen des darunterliegenden Trägermaterials. Die Verwendung einer Schutzatmosphäre, z.B. aus Argon, ist im Kontext der Erfindung möglich, hat sich aber als nicht zwingend erforderlich erwiesen. Ohne solche Sicken ergäben sich unvorhersehbare Wölbungen des Oberblechs während des Schweißens, was bei sehr dünnen Oberblechen zu einem Reißen des Materials und in jedem Fall zu einer ungleichmäßigen Schweißnaht führt. Durch den Vorbereitungsschritt zur Ausbildung der Sicken kann jedoch ein solches Aufwölben des Oberblechs vermieden und eine saubere Verschweißung mit dem Träger erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Sicke auszubilden, indem der Schweißbereich mit dem Strahl eines gepulst betriebenen Umform-Lasers abgefahren wird. Dabei ist der Umform-Laser bevorzugt ein mit dem Schweiß-Laser identischer Laser, der eingerichtet ist, in unterschiedlichen Verfahrensabschnitten, nämlich im Vorbereitungsschritt einerseits und im Schweißschritt andererseits, mit unterschiedlichen Konstellationen von Betriebsparametern betrieben zu werden. Diese Variante hat den besonderen Vorteil, dass der Vorbereitungs- und der Schweißschritt unmittelbar nacheinander durchgeführt werden können, ohne dass ein Umspannen des Werkstücks oder ein Wechsel des Lasers erforderlich wäre. Allerdings müssen die Betriebsparameter des Lasers zwischen dem Vorbereitungsschritt und dem Schweißschritt verändert werden, um besagten Laser im Rahmen des Vorbereitungsschrittes als Umform-Laser und im Rahmen des Schweißschrittes als Schweiß-Laser betreiben zu können.
  • Als vorteilhaft praktikabel hat es sich erwiesen, den Umform-Laser bzw. den einheitlichen Laser in seiner Funktion als Umform-Laser zur Ausbildung der Sicke mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern zu betreiben, welche umfasst:
    - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm,
    - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm,
    - Vorschubgeschwindigkeit: 1,25 m/s bis 7 m/s,
    - Pulsfrequenz: 10 kHz bis 500 kHz,
    - Pulsdauer: 10 ns bis 350 ns und/oder
    - Pulsenergiedichte: 0,1 J/mm2 bis 0,6 J/mm2.
  • Als Pulsenergiedichte wird dabei die im Rahmen jedes einzelnen Pulses eingestrahlte Fluenz bezeichnet.
  • Innerhalb dieser angegebenen Parameterintervalle hat es sich als besonders vorteilhat erwiesen, wenn Fokusdurchmesser, Pulsfrequenz, Pulsdauer und Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen zwei von unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulsen bestrahlten Teilbereich des Schweißbereichs 1/4 bis 2/3 des Fokusdurchmessers beträgt. Der Fachmann wird verstehen, dass das Überstreichen des Schweißbereichs mit einem gepulsten Laserstrahl bei einer gegebenen Vorschubgeschwindigkeit dazu führt, dass nacheinander unterschiedliche Teilbereiche des Schweißbereichs mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. Die Ausdehnung eines solchen Teilbereichs in Vorschubrichtung hängt, ebenso wie der Abstand zwischen zwei benachbarten solcher Teilbereiche von Fokusdurchmesser, Pulsfrequenz, Pulsdauer und Vorschubgeschwindigkeit ab. Die laterale Ausdehnung eines solchen Teilbereichs senkrecht zur Vorschubrichtung hingegen hängt allein vom Fokusdurchmesser ab. Mit der genannten Abstimmung wird besonders zuverlässig die Ausbildung einer durchgehenden Sicke mit weitgehend ebenem Nutgrund bzw. Rippengrat erzielt. Die genauen physikalischen Ursachen hierfür sind noch nicht geklärt. Es wird derzeit jedoch vermutet, dass zum einen an der bestrahlten Oberfläche im Rahmen einer Ablation Material sublimiert, wodurch eine Schwächung der Materialstärke erfolgt, und dass zum anderen der von dem verdampfenden Material erzeugte Rückstoß eine mechanische Deformation des (geschwächten) Blechs erzeugt. Dabei bleibt die Ablation hinreichend klein, um bei den gegebenen Materialstärken keine Perforation zu erzeugen. Weiter bleibt auch die absorbierte (und nicht bereits über Wärmeleitung abgeleitete) Energie hinreichend gering, um während des Vorbereitungs- bzw. Umformschritts noch kein Aufschmelzen des Materials zu bewirken. Stattdessen beschränkt sich der erfindungsgemäße Vorbereitungsschritt im Wesentlichen auf die erläuterte Umformung, d. h. die Ausbildung der erfindungsgemäßen Sicke.
  • Unabhängig von der konkreten Art und Weise der Sickenbildung, ist bevorzugt weiter vorgesehen, dass der Schweißschritt durchgeführt wird, indem die Sicke auf ihrer Nutseite mit dem Strahl des Schweiß-Lasers entlang ihrer Längserstreckung abgefahren wird. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn dieses Abfahren nicht rein linear erfolgt. Vielmehr wird derzeit bevorzugt, wenn die Sicke in einem periodischen Kurvenmuster entlang ihrer Längserstreckung abgefahren wird. Der Fachmann spricht hier auch von einem „Wobbeln“. Auch ist es möglich, die Sicke entlang ihrer Längserstreckung mehrfach auf im Wesentlichen parallelen Pfaden abzufahren, wobei jeder Pfad gewobbelt durchlaufen werden kann. Die mögliche Anzahl der parallelen Pfade hängt im Wesentlichen von der Breite der im Vorbereitungsschritt ausgebildeten Sicke und der im Schweißprozess beabsichtigt herbeizuführenden Anbindungsfläche zwischen Oberblech und metallischem Träger ab. Diese kann ihrerseits durch mehrfaches, paralleles Abfahren des Schweißbereichs variiert werden.
  • Für die Durchführung des Schweißschrittes hat es sich als möglich erwiesen, den Schweiß-Laser im Dauerstrichbetrieb mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern zu betreiben, welche umfasst:
    - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm,
    - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm,
    - Vorschubgeschwindigkeit: 0,02 m/s bis 2 m/s und/oder
    - Streckenenergie: 0,02 J/mm bis 6 J/mm.
  • Als Streckenenergie wird dabei die auf eine gegebene Strecke in Längserstreckungsrichtung der Sicke eingebrachte Strahlungsenergie bezeichnet.
  • Alternativ kann der Schweißschritt auch gepulst durchgeführt werden. Hierzu hat es sich als günstig erwiesen, den Schweiß-Laser gepulst mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern zu betreiben, welche umfasst:
    - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm,
    - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm,
    - Vorschubgeschwindigkeit: 0,02 m/s bis 2 m/s,
    - Streckenenergie: 0,02 J/mm bis 6 J/mm,
    - Pulsfrequenz: 10 kHz bis 500 kHz,
    - Pulsdauer: > 10°ns und < Pulsfrequenz-1 und/oder
    - Pulsenergiedichte: 0,1 J/mm2 bis 0,6 J/mm2.
  • Im Rahmen dieses Pulsbetriebes hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn Fokusdurchmesser, Pulsfrequenz, Pulsdauer und Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen zwei von unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulsen bestrahlten Teilbereichen des Schweißbereichs höchstens 1/10 des Fokusdurchmessers beträgt. Während bei der bevorzugten Gestaltung des Umformschrittes größere Abstände zwischen den einzelnen Bestrahlungspunkten ausreichen, um eine durchgehende Sicke auszubilden, muss beim Schweißschritt ein gleichmäßiges Aufschmelzen des Materials im Schweißbereich gewährleistet werden, was es notwendig macht, die einzelnen bestrahlten Bereiche dichter zueinander zu platzieren.
  • Die Schweißnaht kann über ihre gesamte Länge zusammenhängend oder aus Teilnähten, die in Vorschubrichtung voneinander beabstandet sind, zusammengesetzt ausgebildet werden. Es ist auch möglich, einzelne Schweißpunkte zu setzen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung des Vorbereitungsschritts des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens,
    • 2: eine schematische Darstellung des Schweißschritts des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens sowie
    • 3: eine schematische Draufsicht auf einen Schweißbereich als Ergebnis einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
  • 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung ein auf einem Träger 10, beispielsweise einer Aluminium-Endplatte eines Batteriestapels, aufgelegtes Oberblech 12, beispielsweise ein Kupfer/Aluminium-Bimetall-Blech, während des Vorbereitungsschritts des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens. Hierzu wird der Strahl 14 eines nicht näher dargestellten Umform-Lasers entlang vorgegebener Schweißbereiche 16 über die Oberfläche des Oberblechs 12 geführt. Als Schweißbereiche 16 seien hier diejenigen Flächenbereiche bezeichnet, in denen als Ergebnis des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens das Oberblech 12 mit dem Träger 10 verschweißt werden soll. Im Rahmen des in 1 dargestellten Vorbereitungsschritts wird der Umform-Laser gepulst, vorzugsweise mit den im allgemeinen Teil der Beschreibung angegebenen Betriebsparametern betrieben. Hieraus resultiert eine Umformung des Oberblechs 12. Insbesondere bilden sich zum Träger 10 hin gewölbte Sicken 18 aus. In 1 ist die vorderste Sicke 18 bereits vollständig ausgebildet. Die dahinterliegende, zweite Sicke 18, wird gerade ausgebildet. Im Übrigen sind die Schweißbereiche, in denen im Anschluss an die in 1 dargestellte Situation weitere Sicken 18 ausgebildet werden sollen, punktiert dargestellt. Der Vorschubpfeil 20 zeigt die Vorschubrichtung des Strahls 14 des Umform-Lasers an.
  • 2 zeigt den sich an den Vorbereitungsschritt anschließenden Schweißschritt. Hier sind im Oberblech 12 sämtliche Sicken 18 bereits vollständig ausgebildet. Die Sicken 18 werden von ihrer nutförmigen Oberseite her mit dem Strahl 22 eines nicht im Detail dargestellten Schweiß-Lasers bestrahlt. Zur Durchführung des Schweißschrittes von 2 können insbesondere die zu diesem Zweck in der allgemeinen Beschreibung angegebenen Parameterkonstellationen verwendet werden. In 2 wurde die vorderste Sicke 18 bereits mit dem Strahl 22 des Schweiß-Lasers abgefahren. Hier ist das Oberblech 12 bereits mit dem Träger 10 verschweißt. Die dahinterliegende, zweite Sicke wird bei der in 2 gezeigten Situation gerade vom Strahl 22 des Schweiß-Lasers abgefahren. Der Vorschubpfeil 24 zeigt dabei die Vorschubrichtung des Strahls 22 in Sickenlängsrichtung an. Die übrigen Sicken 18 werden im Anschluss an die in 2 gezeigte Situation von dem Strahl 22 des Schweiß-Lasers abgefahren.
  • Bevorzugt sind der Umform-Laser und der Schweiß-Laser miteinander identisch. D. h. es wird für den Vorbereitungsschritt einerseits und den Schweißschritt andererseits ein gemeinsamer, einheitlicher Laser eingesetzt, der lediglich in den genannten Schritten mit unterschiedlichen Betriebsparameter-Konstellationen betrieben wird.
  • Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits ausführlich dargelegt, muss sich das Abfahren der Sicken 18 mit dem Strahl 22 des Schweiß-Lasers nicht auf eine lineare Bewegung entlang der Längserstreckung der Sicken 18 beziehen. 3 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Verfahrensvariante, bei der ein sogenanntes „Wobbeln“ des Strahls 22 des Schweiß-Lasers realisiert wird. Beispielsweise kann dabei der Fokus des Strahls 22, wie bei der dargestellten Ausführungsform gezeigt, eine Kreisbewegung um einen sich linear entlang der Sicken-Längserstreckung bewegenden Bewegungsschwerpunkt durchführen. Hierdurch wird ein spiral- oder schraubenartiges Muster erzeugt. Für die hierdurch entstehende Nahtgeometrie ist der räumliche Wirkungsbereich des Lasers (Fokusdurchmesser) von Bedeutung. Wenn dieser größer ist, als eine sog. „Wobbellänge“ (bei der gezeigten Ausführungsform der Abstand von einer Spiralschleife zur nächsten), kommt es aufgrund der Überlappung der effektiven Bewegungsbahn mit sich selbst zu einer Verbreiterung des Schmelzbades. Bei hinreichend kleinem Verhältnis von Fokusdurchmesser zu Wobbellänge hingegen entspricht die Form des Schmelzbades im Wesentlichen derjenigen der Bewegungsbahn.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform wurde die Sicke 18 entlang ihrer Längserstreckungsrichtung mehrfach durchlaufen, um mehrere parallele Schweißnähte zu erzeugen (die freilich zu einer gemeinsamen, breiten Schweißnaht verlaufen können). Außerdem wurde in dem in 3 dargestellten Fall die Schweißnaht immer wieder unterbrochen, um kurze, benachbarte Schweißnaht-Abschnitte, die auch als Teilnähte bezeichnet werden können, zu erzeugen. Der konkreten Mustergebung bei der Schweißnahtgestaltung sind dem Fachmann kaum Grenzen gesetzt. Er wird die Wahl des optimalen Musters an die Verhältnisse des Einzelfalls, insbesondere die thermischen Belastungsgrenzen der von ihm verwendeten Materialien anzupassen haben.
  • Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere sind die Materialien der zur Anwendung des erfindungsgemäßen Fügeverfahrens verwendeten Elemente, d.h. insbesondere des Trägers 10 und des Oberblechs 12, nicht auf die in der Beschreibung ausdrücklich angegebenen Metalle beschränkt. Beispielsweise ist es auch denkbar, Oberbleche aus Gold, Silber oder Platin in erfindungsgemäßer Weise mit metallischen Trägern derselben oder anderer Metalle zu fügen. Auch wird der Fachmann verstehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Belegung von Endplatten von Batteriestapeln mit dünnen Kontaktblechen beschränkt, hierfür jedoch besonders geeignet ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Träger
    12
    Oberblech
    14
    Strahl des Umform-Lasers
    16
    Schweißbereich
    18
    Sicke
    20
    Vorschubpfeil
    22
    Strahl des Schweiß-Lasers
    24
    Vorschubpfeil

Claims (9)

  1. Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs (12) mit einem metallischen Träger (10) mittels Laserschweißens, wobei einem Schweißschritt, bei dem Material des Trägers (10) und des an diesem anliegenden Oberblechs (12) in einem Schweißbereich (16) gemeinsam aufgeschmolzen wird, ein Vorbehandlungsschritt zur Vorbehandlung des Schweißbereichs (16), der ein Umformen des Schweißbereichs (16) zu einer zum Träger (10) hin gewölbten Sicke (18) umfasst, vorangeht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (18) ausgebildet wird, indem der Schweißbereich (16) mit einem Strahl (14) eines gepulst betriebenen Umform-Lasers abgefahren wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umform-Laser zur Ausbildung der Sicke (18) mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern betrieben wird, umfassend - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm, - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm, - Vorschubgeschwindigkeit: 1,25 m/s bis 7 m/s, - Pulsfrequenz: 10 kHz bis 500 kHz, - Pulsdauer: 10 ns bis 350 ns und/oder - Pulsenergiedichte: 0,1 J/mm2 bis 0,6 J/mm2.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fokusdurchmesser, Pulsfrequenz, Pulsdauer und Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen zwei von unmittelbar aufeinander folgenden Pulsen bestrahlten Teilbereichen des Schweißbereichs (16) 1/4 bis 2/3 des Fokusdurchmessers beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißschritt durchgeführt wird, indem die Sicke (18) auf ihrer Nutseite mit einem Strahl (22) eines Schweiß-Lasers entlang ihrer Längserstreckung abgefahren wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (18) in einem periodischen Kurvenmuster entlang ihrer Längserstreckung abgefahren wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweiß-Laser zur Durchführung des Schweißschrittes im Dauerstrichbetrieb mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern betrieben wird, umfassend - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm, - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm, - Vorschubgeschwindigkeit: 0,02 m/s bis 2 m/s und/oder - Streckenenergie: 0,02 J/mm bis 6 J/mm.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweiß-Laser zur Durchführung des Schweißschrittes gepulst mit einer vorgegebenen Konstellation von Betriebsparametern betrieben wird, umfassend - Wellenlänge: 1000 nm bis 1100 nm, - Fokusdurchmesser: 50 µm bis 100 µm, - Vorschubgeschwindigkeit: 0,02 m/s bis 2 m/s, - Streckenenergie: 0,02 J/mm bis 6 J/mm, - Pulsfrequenz: 10 kHz bis 500 kHz, - Pulsdauer: > 10°ns und/oder - Pulsenergiedichte: 0,1 J/mm2 bis 0,6 J/mm2.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Fokusdurchmesser, Pulsfrequenz, Pulsdauer und Vorschubgeschwindigkeit relativ zueinander so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen zwei von unmittelbar aufeinander folgenden Pulsen bestrahlten Teilbereichen des Schweißbereichs (16) höchstens 1/10 des Fokusdurchmessers beträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umform-Laser ein mit dem Schweiß-Laser identischer Laser ist, der eingerichtet ist, in unterschiedlichen Verfahrensabschnitten mit unterschiedlichen Konstellationen von Betriebsparametern betrieben zu werden.
DE102022115661.3A 2022-06-23 2022-06-23 Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens Active DE102022115661B3 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115661.3A DE102022115661B3 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022115661.3A DE102022115661B3 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022115661B3 true DE102022115661B3 (de) 2023-10-05

Family

ID=88019407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022115661.3A Active DE102022115661B3 (de) 2022-06-23 2022-06-23 Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022115661B3 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054040A1 (de) 2008-10-31 2010-05-06 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Blechverbindungen durch Nahtschweißen
US20130070428A1 (en) 2010-05-18 2013-03-21 Corelase Oy Method of sealing and contacting substrates using laser light and electronics module
EP2505297B1 (de) 2009-06-04 2016-08-03 Corelase OY Verfahren zum Bearbeiten von Schichte aufweisenden Substraten durch einen im Inneren des Substrates fokussierten Laserstrahl zum Schweissen der Schichte
DE102017202552A1 (de) 2017-02-16 2018-08-16 Reinz-Dichtungs-Gmbh Kühlerplatte und Verfahren zu deren Herstellung
CN110614439A (zh) 2019-08-30 2019-12-27 江苏大学 一种高反材料激光连接方法和装置
DE102022000445A1 (de) 2022-02-04 2022-04-07 Mercedes-Benz Group AG Schweißverbindung sowie elektrische Verbindung zwischen Bauteilen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054040A1 (de) 2008-10-31 2010-05-06 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Blechverbindungen durch Nahtschweißen
EP2505297B1 (de) 2009-06-04 2016-08-03 Corelase OY Verfahren zum Bearbeiten von Schichte aufweisenden Substraten durch einen im Inneren des Substrates fokussierten Laserstrahl zum Schweissen der Schichte
US20130070428A1 (en) 2010-05-18 2013-03-21 Corelase Oy Method of sealing and contacting substrates using laser light and electronics module
DE102017202552A1 (de) 2017-02-16 2018-08-16 Reinz-Dichtungs-Gmbh Kühlerplatte und Verfahren zu deren Herstellung
CN110614439A (zh) 2019-08-30 2019-12-27 江苏大学 一种高反材料激光连接方法和装置
DE102022000445A1 (de) 2022-02-04 2022-04-07 Mercedes-Benz Group AG Schweißverbindung sowie elektrische Verbindung zwischen Bauteilen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dr. Jack Gabzdyl: Welding with ns Pulsed Fiber Lasers. In: SPI Lasers UK Ltd. Southampton UK: SPI Lasers. 19.11.2015. 1 - 44. - Firmenschrift

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69628917T2 (de) Verfahren zum überlappschweissen mittels eines höheren energiedichte aufweisenden strahlungsbündels
EP0782489B1 (de) Verfahren zum verschweissen von werkstücken
DE60209159T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und zum Klemmen der Bleche
DE102011008103B4 (de) Verfahren zum Laser-Überlappschweißen mindestens eines galvanisierten Stahlblechs
EP2509742B1 (de) VERFAHREN ZUM VERSCHWEIßEN VON ZWEI METALLBAUTEILEN
EP0189806B2 (de) Verfahren zum Stumpfschweissen von mindestens einseitig verzinkten, insbesondere tiefziehfähigen Stahlblechen oder Stahlbändern
DE19739975C2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Laminatstruktur
EP0658395B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verschweissen von Blechkanten
EP2049300B1 (de) Verfahren zur herstellung eines korrosionsbeständigen und umformbaren blechs mit vollflächigem beschichten der gefügten thermisch behandelten stahlbleche
EP1769877B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Schweissverbindung zwischen den Oberflächen zweier flächiger Werkstücke mit vollständigem Verlaufen des Kontaktbereiches des drehenden Reibrührwerkzeugs in der vom ersten Werkstück abgewandten Oberfläche des zweiten Werkstückes
DE68913896T2 (de) Schweissen von beschichteten Metallen.
EP0805733B1 (de) Laserunterstütztes plattieren von band
WO2009092760A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum abtragen einer metallischen beschichtung
DE102018219280A1 (de) Verfahren zum spritzerfreien Schweißen, insbesondere mit einem Festkörperlaser
EP3030372B1 (de) Verfahren zum herstellen einer schweissverbindung
DE102022115661B3 (de) Verfahren zum Fügen eines metallischen Oberblechs mit einem metallischen Träger mittels Laserschweißens
EP0207361B1 (de) Kontaktdraht für eine Rollennahtschweissmaschine
DE10131883B4 (de) Verfahren zum Verschweißen von Metallbauteilen
DE102012001778A1 (de) Verfahren zum Fügen zweier im Wesentlichen blechartiger Werkstücke
DE69710761T2 (de) Schweissen von verpackungsbehältern
WO2014206539A1 (de) Verfahren zum fügen von werkstücken aus zinkhaltigen kupferlegierungen
DE3630625C2 (de)
DE102020105505A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen zweier beschichteter Werkstücke
EP2965854B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur oberflächenselektiven Konditionierung von Stahlbandoberflächen
EP0490091A2 (de) Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Blechtafel und Schweisswagen zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final