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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von zwei Blechen mittels wenigstens eines Energiestrahls, insbesondere Laserstrahls, zu einem Bauteil, insbesondere Fahrzeugtüre, und ein Bauteil, insbesondere Fahrzeugtüre, hergestellt in einem solchen Verfahren.
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Es ist bekannt, im Fahrzeugbau, insbesondere im Karosseriebau, maßgeschneiderte Blechplatinen, die aus verschiedenen Werkstoff güten und/oder Blechdicken zusammengesetzt sein können, zu verwenden. Diese maßgeschneiderten Platinen werden auch als Taylor Welded Blanks bezeichnet. Dabei können die Blechdicken an die jeweils vorliegenden Belastungen angepasst sein. Die Blechplatinen werden zunächst verschweißt, dann umgeformt und optional wärmebehandelt. Bisher werden solche Blechplatinen aufgrund begrenzter Schweiß- und Umformbarkeit nicht aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt.
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Aus
DE 10 2015 115 915 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines maßgeschneiderten warmumformbaren Blechhalbzeugs offenbart. In dem Verfahren wird ein Blech, das eine Kemschicht aus einem presshärtbaren Stahlwerkstoff und wenigstens eine Außenschicht aus einem Aluminiumwerkstoff, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Werkstoff, aufweist, zu einer maßgeschneiderten Platine verschweißt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass sich beim Aufschmelzen des Blechs der Aluminiumwerkstoff der Außenschicht mit dem Stahlwerkstoff der Kemschicht vermischt, was zu Rissen und Poren in der Schweißnaht führen kann. Üblicherweise wird deshalb vor dem Verschweißen die Außenschicht aus Aluminium entfernt, was wiederum kosten- und zeitintensiv ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschweißen von zwei Blechen mittels wenigstens eines Energiestrahls zu einem Bauteil und ein Bauteil, hergestellt in einem solchen Verfahren zu schaffen, wobei die genannten Nachteile reduziert sind, vorzugsweise 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 Verschweißen von zwei Blechen mittels wenigstens eines Energiestrahls, insbesondere Laserstrahls, zu einem Bauteil geschaffen wird. In dem Verfahren wird für ein erstes Blech der zwei Bleche ein Blech mit einem ersten mehrschichtigen Aufbau verwendet. Der erste mehrschichtige Aufbau weist eine erste Kemschicht aus einem Aluminiumwerkstoff und wenigstens eine erste, insbesondere an die erste Kemschicht angrenzende, insbesondere damit verbundene Außenschicht, insbesondere zwei erste Außenschichten, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der ersten Kemschicht angrenzen, insbesondere damit verbunden sind, auf. Das erste Blech und ein zweites Blech der zwei Bleche, insbesondere Stirnseiten der zwei Bleche, werden derart relativ zueinander angeordnet, dass ein Schweißbereich, insbesondere Stumpfstoßbereich, gebildet wird. Der Schweißbereich wird mit dem wenigstens einen Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, beaufschlagt. Der wenigstens eine Energiestrahl wird entlang einer Schweißrichtung verlagert. Das erste Blech, insbesondere die erste Kemschicht und die wenigstens eine erste Außenschicht, insbesondere beide ersten Außenschichten, des ersten Blechs, und das zweite Blech werden aufgeschmolzen, wobei das erste Blech und das zweite Blech unter Ausbildung einer Schweißnaht zu einem Bauteil verbunden werden.
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Auf diese Weise wird vorteilhaft eine maßgeschneiderte, leichte Blechplatine mit einer Kemschicht aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt. Vorteilhaft kann vor dem Verschweißen auf das Entfernen der wenigstens einen Außenschicht verzichtet werden, wodurch Kosten und zusätzliche Arbeitsschritte reduziert werden. Insbesondere können vorteilhaft Poren und Risse in der Schweißnaht reduziert werden, was zu einer Erhöhung der Bauteilfestigkeit führt.
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insbesondere wird für die erste Kemschicht eine Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 6xxx, verwendet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das zweite Blech ein Blech mit einem zweiten mehrschichtigen Aufbau verwendet wird. Der zweite mehrschichtige Aufbau weist eine zweite Kemschicht aus einem Aluminiumwerkstoff und wenigstens eine zweite, insbesondere an die zweite Kemschicht angrenzende, insbesondere damit verbundene Außenschicht, insbesondere zwei zweite Außenschichten, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kemschicht angrenzen, insbesondere damit verbunden sind, auf.
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Insbesondere wird für die zweite Kemschicht einem Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 6xxx, verwendet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für eine Außenschicht, ausgewählt aus der wenigstens einen ersten Außenschicht und der wenigstens einen zweiten Außenschicht, ein Aluminiumwerkstoff verwendet wird, der verschieden ist von einem Werkstoff der zugeordneten Kernschicht, ausgewählt aus der ersten Kemschicht und der zweiten Kernschicht.
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Insbesondere ist die erste Kemschicht der wenigstens einen ersten Außenschicht zugeordnet. Insbesondere ist die zweite Kemschicht der wenigstens einen zweiten Außenschicht zugeordnet.
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Insbesondere wird für eine Außenschicht, ausgewählt aus der wenigstens einen ersten Außenschicht und der wenigstens einen zweiten Außenschicht, eine Aluminium-Silizium-Legierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 4xxx verwendet.
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Insbesondere wird für die erste Kemschicht und für die zweite Kemschicht eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 6xxx, und für die wenigstens eine erste Außenschicht und die wenigstens eine zweite Außenschicht eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 4xxx verwendet.
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Vorteilhaft wird die Aluminiumlegierung der Gruppe AI 4xxx einer Außenschicht mit der Aluminiumlegierung der Gruppe Al 6xxx einer Kemschicht während des Schweißprozesses vermischt. Vorteilhaft führt der Siliziumanteil der Aluminiumlegierung der Gruppe AI 4xxx und Al 6xxx zu einer Reduzierung von Rissen und Poren.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das erste Blech ein Blech mit einer ersten Blechdicke verwendet wird. Für das zweite Blech wird ein Blech mit einer zweiten Blechdicke verwendet. Die erste Blechdicke ist größer als die zweite Blechdicke.
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Insbesondere werden in einer Ausführungsform eine erste Außenseite der wenigstens einen ersten Außenschicht und eine zweite Außenseite der wenigstens einen zweiten Außenschicht fluchtend angeordnet.
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Insbesondere wird in einer anderen Ausführungsform eine Stirnseite des zweiten Blechs mittig zu einer Stirnseite des ersten Blechs, insbesondere in einer Blechdickenrichtung eines Blechs der zwei Bleche mittig, angeordnet.
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Insbesondere beträgt die erste Blechdicke höchstens 4,5 mm. Insbesondere beträgt die zweite Blechdicke mindestens 0,5 mm.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das erste Blech ein Blech mit einer ersten Kernschichtdicke und einer ersten Außenschichtdicke verwendet wird. Die erste Kernschichtdicke ist größer, als die erste Außenschichtdicke.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass für das zweite Blech ein Blech mit einer zweiten Kernschichtdicke und einer zweiten Außenschichtdicke verwendet wird. Die zweite Kernschichtdicke ist größer, als die zweite Außenschichtdicke.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Energiestrahl, insbesondere während der Verlagerung des Energiestrahls, quer zu der Schweißrichtung, insbesondere periodisch, insbesondere oszillierend, ausgelenkt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine Anbindebreite der Schweißnaht vergrößert. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Energiestrahlleistung des wenigstens einen Energiestrahls moduliert, insbesondere periodisch moduliert, insbesondere sinusförmig moduliert wird. Auf diese Weise werden vorteilhaft Schweißspritzer reduziert, insbesondere vermieden. Ferner kann vorteilhaft die Leistung auf unterschiedliche Blechdicken, insbesondere auf die erste Blechdicke und/oder die zweite Blechdicke, eingestellt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Energiestrahl zwei Energiestrahlen, insbesondere zeitgleich, verwendet werden. Mittels der Doppelstrahltechnik ist es vorteilhaft möglich, ein größeres Schmelzbad zu erzeugen und das Schmelzbad besser zu durchmischen.
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Insbesondere wird ein erster Energiestrahl der zwei Energiestrahlen separat, insbesondere auf einer unterschiedlichen Bahnkurve, von einem zweiten Energiestrahl der zwei Energiestrahlen verlagert. Insbesondere werden die zwei Energiestrahlen, insbesondere zeitgleich, mit verschiedenen Energiestrahlleistungen betrieben.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zwei Bleche, insbesondere nach dem Verschweißen, umgeformt werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die zwei Bleche insbesondere nach dem Verschweißen, insbesondere nach dem Umformen, wärmebehandelt, insbesondere lösungsgeglüht und/oder warmausgelagert, werden. Vorteilhaft können durch das Wärmebehandeln besonders hohe Bauteilfestigkeiten erzielt werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Bauteil, aufweisend zwei Bleche, hergestellt in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder in einem Verfahren nach einer oder mehreren der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, geschaffen wird. Ein erstes Blech der zwei Bleche weist einen ersten mehrschichtigen Aufbau auf. Der erste mehrschichtige Aufbau weist eine erste Kemschicht aus einem Aluminiumwerkstoff und wenigstens eine erste, insbesondere an die erste Kemschicht angrenzende, insbesondere damit verbundene, Außenschicht, insbesondere zwei erste Außenschichten, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der ersten Schicht angrenzen, insbesondere damit verbunden sind, auf. Das erste Blech und ein zweites Blech der zwei Bleche, insbesondere Stirnseiten der zwei Bleche, sind derart relativ zueinander angeordnet, dass ein Schweißbereich, insbesondere Stumpfstoßbereich, gebildet ist. Das erste Blech und das zweite Blech sind mittels einer Schweißnaht in dem Schweißbereich, insbesondere Stumpfstoßbereich, verbunden. In Zusammenhang mit dem Bauteil ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
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Insbesondere ist das Bauteil als eine Kraftfahrzeugtüre ausgebildet. Insbesondere weist die Kraftfahrzeugtüre das erste Blech in einem ersten Bereich, in dem ein Türscharnier der Kraftfahrzeugtüre angeordnet ist, auf. Vorteilhaft wird so eine notwendige Festigkeit der Kraftfahrzeugtüre in dem ersten Bereich gewährleistet. Die Kraftfahrzeugtüre weist das zweite Blech in einem von dem ersten Bereich verschiedenen zweiten Bereich auf. Vorteilhaft wird auf diese Weise eine Masse der Kraftfahrzeugtüre reduziert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Blechen mittels wenigstens eines Energiestrahls zu einem Bauteil, und
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Blechen mittels wenigstens eines Energiestrahls zu einem Bauteil.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Blechen 3 mittels wenigstens eines Energiestrahls 15 zu einem Bauteil 1.
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In dem Verfahren wird in einem ersten Schritt S1 für ein erstes Blech 3.1 der zwei Bleche 3 ein Blech 3 mit einem ersten mehrschichtigen Aufbau 5.1 verwendet. Der erste mehrschichtige Aufbau 5.1 weist eine erste Kemschicht 7.1 aus einem Aluminiumwerkstoff und wenigstens eine erste, insbesondere an die erste Kemschicht 7.1 angrenzende, insbesondere damit verbundene Außenschicht 9.1, insbesondere zwei erste Außenschichten 9.1, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der ersten Kemschicht 7.1 angrenzen, insbesondere damit verbunden sind, auf.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für ein zweites Blech 3.2 der zwei Bleche 3 ein Blech 3 mit einem zweiten mehrschichtigen Aufbau 5.2 verwendet wird. Der zweite mehrschichtige Aufbau 5.2 weist eine zweite Kemschicht 7.2 aus einem Aluminiumwerkstoff und wenigstens eine zweite, insbesondere an die zweite Kemschicht 7.2 angrenzende, insbesondere damit verbundene Außenschicht 9.2, insbesondere zwei zweite Außenschichten 9.2, die insbesondere an zwei gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kemschicht 7.2 angrenzen, insbesondere damit verbunden sind, auf.
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In einem zweiten Schritt S2 werden das erste Blech 3.1 und das zweite Blech 3.2, insbesondere Stirnseiten 11 der zwei Bleche 3, derart relativ zueinander angeordnet, dass ein Schweißbereich 13, insbesondere Stumpfstoßbereich, gebildet wird. Das erste Blech 3.1 und das zweite Blech 3.2 sind in der Figur deutlich weiter voneinander beabstandet dargestellt, als dies bei der Durchführung des Verfahrens tatsächlich der Fall ist. Die zwei Bleche 3 berühren sich bei der Durchführung des Verfahrens an den Stirnseiten 11. Insbesondere wird eine erste Außenseite 8.1 der wenigstens einen ersten Außenschicht 9.1 und eine zweite Außenseite 8.2 der wenigstens einen zweiten Außenschicht 9.2 fluchtend - vgl. Pfeil D - angeordnet.
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In einem dritten Schritt S3 wird der Schweißbereich 13 mit dem wenigstens einen Energiestrahl 15, insbesondere Laserstrahl, beaufschlagt. Der wenigstens eine Energiestrahl 15 wird entlang einer durch den Pfeil A dargestellten Schweißrichtung verlagert. Das erste Blech 3.1, insbesondere die erste Kemschicht 7.1 und die wenigstens eine erste Außenschicht 9.1, insbesondere beide ersten Außenschichten 9.1, des ersten Blechs 3.1, und das zweite Blech 3.2, insbesondere die zweite Kemschicht 7.2 und die wenigstens eine zweite Außenschicht 9.2, insbesondere beide zweiten Außenschichten 9.2, des zweiten Blechs 3.2 werden aufgeschmolzen, wobei das erste Blech 3.1 und das zweite Blech 3.1 unter Ausbildung einer Schweißnaht 17 zu einem Bauteil 1 verbunden werden. Die Schweißnaht 17, das erste Blech 3.1 und das zweite Blech 3.2 sind im Ausschnitt C vergrößert dargestellt.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für eine Außenschicht 9, ausgewählt aus der wenigstens einen ersten Außenschicht 9.1 und der wenigstens einen zweiten Außenschicht 9.2, ein Aluminiumwerkstoff, verwendet wird, der verschieden ist von einem Werkstoff der zugeordneten Kemschicht 7, ausgewählt aus der ersten Kemschicht 7.1 und der zweiten Kemschicht 7.2.
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Insbesondere wird für die erste Kemschicht 7.1 und für die zweite Kemschicht 7.2 eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 6xxx, und für die wenigstens eine erste Außenschicht 9.1 und die wenigstens eine zweite Außenschicht 9.2 eine Aluminiumlegierung der Gruppe Al 4xxx verwendet.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für das erste Blech 3.1 ein Blech 3 mit einer ersten Blechdicke B1 verwendet wird. Für das zweite Blech 3.2 wird ein Blech 3 mit einer zweiten Blechdicke B2 verwendet. Die erste Blechdicke B1 ist größer als die zweite Blechdicke B2.
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Insbesondere beträgt die erste Blechdicke B1 höchstens 4,5 mm. Insbesondere beträgt die zweite Blechdicke B2 mindestens 0,5 mm.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Energiestrahl 15, insbesondere während der Verlagerung des Energiestrahls 15, quer - dargestellt durch den Pfeil B - zu der Schweißrichtung (Pfeil A), insbesondere periodisch, insbesondere oszillierend, ausgelenkt wird. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass eine Energiestrahlleistung des wenigstens einen Energiestrahls 15 moduliert, insbesondere periodisch moduliert, insbesondere sinusförmig moduliert wird.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine Energiestrahl 15 zwei Energiestrahlen 15, insbesondere zeitgleich, verwendet werden.
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Insbesondere wird ein erster Energiestrahl 15.1 der zwei Energiestrahlen 15 separat von einem zweiten Energiestrahl 15.2 der zwei Energiestrahlen 15 verlagert. Insbesondere werden die zwei Energiestrahlen 15 mit verschiedenen Energiestrahlleistungen betrieben.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschweißen von zwei Blechen 3 mittels wenigstens eines Energiestrahls 15 zu einem Bauteil 1, insbesondere zu einer Fahrzeugtüre 2.
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Dabei sind gleiche und funktionsgleiche Elemente in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden die zwei Bleche 3 zu einer maßgeschneiderten Kraftfahrzeugtüre 2 verschweißt.
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Der erste Schritt S1, der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 sind dabei identisch mit den jeweiligen Schritten des Verfahrens aus 1.
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Zusätzlich zu dem Verfahren in 1 ist in einem vierten Schritt S4 vorgesehen, dass die zwei Bleche 3, insbesondere nach dem Verschweißen, insbesondere mittels einer Umformvorrichtung 19, umgeformt werden.
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In einem fünften Schritt S5 ist vorgesehen, dass die zwei Bleche 3, insbesondere nach dem Verschweißen, insbesondere nach dem Umformen, mittels einer Wärmebehandlungsvorrichtung 21 wärmebehandelt, insbesondere lösungsgeglüht und/oder warmausgelagert, werden.
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In dieser Ausgestaltung ist ebenfalls vorgesehen, dass für das erste Blech 3.1 ein Blech 3 mit der in 2 nicht dargestellten ersten Blechdicke B1 verwendet wird. Für das zweite Blech 3.2 wird ein Blech 3 mit der in 2 nicht dargestellten zweiten Blechdicke B2 verwendet. Die erste Blechdicke B1 ist größer als die zweite Blechdicke B2. Die Kraftfahrzeugtüre 2 weist das erste Blech 3.1 vorteilhaft in einem ersten Bereich 22, in dem ein nicht dargestelltes Türscharnier angeordnet ist, auf, um eine hier notwendige Festigkeit der Kraftfahrzeugtüre 2 zu gewährleisten. Die Kraftfahrzeugtüre 2 weist das zweite Blech 3.2 vorteilhaft in einem zweiten Bereich 24 auf, in dem die Anforderungen an die Festigkeit geringer sind, als in dem ersten Bereich 22. Vorteilhaft wird auf diese Weise eine Masse der Kraftfahrzeugtüre 2 reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015115915 A1 [0003]
