DE102023002112A1 - Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen - Google Patents

Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen Download PDF

Info

Publication number
DE102023002112A1
DE102023002112A1 DE102023002112.1A DE102023002112A DE102023002112A1 DE 102023002112 A1 DE102023002112 A1 DE 102023002112A1 DE 102023002112 A DE102023002112 A DE 102023002112A DE 102023002112 A1 DE102023002112 A1 DE 102023002112A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
welding
laser beam
contour
workpieces
along
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.)
Withdrawn
Application number
DE102023002112.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Dirk Steffens
Mauricio Kaiser
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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 Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Priority to DE102023002112.1A priority Critical patent/DE102023002112A1/de
Publication of DE102023002112A1 publication Critical patent/DE102023002112A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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
    • B23K26/22Spot 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
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • 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
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/26Seam welding of rectilinear seams
    • 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
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/323Bonding taking account of the properties of the material involved involving parts made of dissimilar metallic material
    • 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
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/38Conductors
    • 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
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof
    • 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
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12Copper or alloys thereof
    • 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
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18Dissimilar materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken (W) mittels Laserschweißen, wobei ein Laserstrahl (S) entlang einer vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) geführt wird.Erfindungsgemäß wird die Schweißkontur (K, K1 bis K6) danach um einen vorgegebenen Rotationswinkel (ω) um eine Flächennormale der Werkstücke (W) rotiert und der Laserstrahl (S) erneut entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) geführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind, wie in der DE 10 2012 008 940 A1 beschrieben, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken aus gleichartigen oder ungleichartigen metallischen Werkstoffen zu einem Bauteil mittels eines kontinuierlich emittierenden Laserstrahls durch Ausbilden einer Schweißnaht entlang einer Fügefläche bekannt. Der Laserstrahl wird in einer Wechselwirkungszone im Bereich der Fügefläche teilweise absorbiert und bildet ein Schmelzbad aus, wobei ein Teil der Fügefläche von dem Schmelzbad erfasst wird und dieser Teil nach dem Erstarren der Schmelze einen tragenden Querschnitt bildet. Der Laserstrahl wird entlang der Fügefläche auf einen kleinen Strahlquerschnitt mit einer Hauptrichtung der Laserstrahlachse in Richtung der Flächennormalen der Oberfläche der Werkstücke, auf die der Laserstahl auftrifft, fokussiert und entlang der Fügefläche der Werkstücke geführt, indem der Vorschubrichtung des Laserstrahls eine zweite Bewegung mit einer oszillierenden Bewegungskomponente sowohl in Vorschubrichtung als auch senkrecht dazu überlagert wird. Es wird ein Laserstrahl mit einer eine Dampfkapillare in den Werkstücken ausbildenden Intensität eingesetzt. Der Laserstrahl wird kontinuierlich in die Dampfkapillare eingekoppelt. Von dieser Dampfkapillare ausgehend findet ein radialer Energietransport in die Werkstücke derart statt, dass die Oszillation des Laserstrahls und damit der Dampfkapillare zumindest senkrecht zur Vorschubrichtung einen zum Mittelpunkt der oszillierenden Bewegung hin gerichteten Energietransport, und dadurch eine Schmelzzone erzeugend, bewirkt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • In einem Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen, auch als Laserstrahlschweißen bezeichnet, wird ein Laserstrahl entlang einer vorgegebenen Schweißkontur geführt. Erfindungsgemäß wird die Schweißkontur danach um einen vorgegebenen Rotationswinkel um eine Flächennormale der Werkstücke rotiert und der Laserstrahl wird erneut entlang der, nun rotierten, vorgegebenen Schweißkontur geführt. Dieses Rotieren der vorgegebenen Schweißkontur und das Führen des Laserstrahls entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur kann beispielsweise einmal oder mehrmals wiederholt werden. Insbesondere ist eine Anzahl der Wiederholungen vorgegeben.
  • Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass erst die vorgegebene Anzahl Wiederholungen durchgeführt wird, danach eine geradlinige Vorschubbewegung des Laserstrahls durchgeführt wird und der Laserstrahl danach erneut auf die oben beschriebene Weise entlang der vorgegebenen Schweißkontur geführt wird, welche danach auf die beschriebene Weise gedreht wird und der Laserstrahl erneut entlang der gedrehten vorgegebenen Schweißkontur geführt wird, wobei dies ebenfalls wieder einmal oder mehrmals wiederholt werden kann, insbesondere in einer vorgegebenen Anzahl der Wiederholungen. Dieser Ablauf, d. h. das Durchführen der geradlinigen Vorschubbewegungen des Laserstrahls nach dem Entlangbewegen an mehreren gedrehten Schweißkonturen und das nachfolgende erneute Entlangbewegen des Laserstrahls an mehreren gedrehten Schweißkonturen nach der geradlinigen Vorschubbewegung kann ebenfalls einmal oder mehrmals wiederholt werden, insbesondere in einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen.
  • Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die geradlinige Vorschubbewegung des Laserstrahls nach dem Führen des Laserstrahls entlang einer vorgegebenen Schweißkontur und vor dem Führen des Laserstrahls entlang einer nachfolgenden und entsprechend rotierten vorgegebenen Schweißkontur und/oder während des Führens des Laserstrahls entlang der jeweiligen vorgegebenen Schweißkontur durchgeführt wird. Bei dem Durchführen der geradlinigen Vorschubbewegung des Laserstrahls während des Führens des Laserstrahls entlang der jeweiligen vorgegebenen Schweißkontur wird somit die Bewegung des Laserstrahls entlang der vorgegebenen Schweißkontur durch die geradlinige Vorschubbewegung überlagert.
  • Die vorgegebene Schweißkontur weist beispielsweise die Kontur der Zahl 8 auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft zum Verschweißen von Mischverbindungen, d. h. zum Verschweißen von Werkstücken aus unterschiedlichem Werkstoff. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht dabei das Problem, dass es bei einem solchen Schmelzschweißen von Mischverbindungen zu einer Durchmischung der beteiligten Werkstoffe in der Art kommt, dass sich in einer ausgebildeten Schweißnaht intermetallische Phasen bilden können. Diese intermetallischen Phasen beeinträchtigen eine mechanische Festigkeit der Schweißnaht und eine elektrische Leitfähigkeit. Dies ist insbesondere bei einem Verbau von Antriebsbatterien in Elektrofahrzeugen von Nachteil. Hierbei wird Laserschweißen insbesondere zum Verbinden stromführender Kontakte verwendet, d. h. zum Herstellen elektrisch leitfähiger Verbindungen, beispielsweise zum Verbinden von Polen von Batteriezellen mit Zellverbindern. Um dieses Problem zu vermeiden, wird daher im Stand der Technik versucht, die Durchmischung der Schmelze so weit wie möglich zu verhindern.
  • Im Gegensatz dazu löst das erfindungsgemäße Verfahren dieses Problem durch die Rotation der Schweißkontur. Dadurch kommt es zu einem Rühreffekt, der zwar zu einer Vermischung der Schmelze und damit zu intermetallischen Phasen führt, jedoch ist deren Anzahl bei günstigen Materialverhältnissen in der Schmelze überraschenderweise gegenüber der Anzahl von intermetallischen Phasen beispielsweise beim Wobbelschweißen verringert. Der Rühreffekt bzw. die Art der intensiven oder weniger intensiven Durchmischung der Schmelze ist beispielsweise abhängig von einer Strahl- bzw. Verfahrgeschwindigkeit, d. h. von der Geschwindigkeit der Führung des Laserstrahls entlang der vorgegebenen Kontur und/oder von der Geschwindigkeit der geradlinigen Vorschubbewegung. Je höher die Geschwindigkeit ist, desto größer bzw. intensiver ist die Durchmischung.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform wird hierfür die Schweißnaht aus Kupfer und Aluminium in einem Verhältnis von 85 % Kupfer und 15 % Aluminium ausgebildet. Hierbei ist somit eines der zu fügenden Werkstücke aus Kupfer und das andere Werkstück aus Aluminium ausgebildet. Das genannte Verhältnis von Kupfer und Aluminium in der Schweißnaht wird dabei insbesondere durch das beschriebene Führen des Laserstrahls und/oder durch eine Ausbildung der Werkstücke, insbesondere auch bezüglich ihrer Form, insbesondere bezüglich ihrer Materialstärke, und/oder durch eine Vorgabe von Schweißparametern, beispielsweise Laserleistung und/oder Einschweißtiefe, erzielt. Das Laserschweißen wird hierdurch insbesondere derart durchgeführt, dass an einer jeweiligen Schweißposition von den Werkstücken jeweils so viel Werkstoff geschmolzen wird und in die durchmischte Schmelze gelangt, dass das oben angegebene Verhältnis erreicht wird.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bezüglich der Lösung des genannten Problems ist, dass durch das Rotieren der Schweißkontur eine Position der intermetallischen Phasen so in der Schmelze verschoben wird, dass sich die elektrische Leitfähigkeit verbessert. Dies geschieht dadurch, dass die intermetallischen Phasen in Bereiche verschoben werden, in denen sie von duktileren Phasen umschlossen sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht aufgrund der rotierenden Schweißkontur des Weiteren eine Vergrößerung der Anbindebreite zwischen den Werkstücken.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit konventioneller Schweißvorrichtungstechnik, beispielsweise mit einer herkömmlichen Scannerschweißoptik sowie zum Beispiel einem Schweißroboter oder Portalachsen oder Bewegungsvorrichtungen für die zu verschweißenden Werkstücke, ausführbar. Es ist somit auf einfache Weise in aktuelle Produktionsprozesse integrierbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für das Schweißen von Kehlnähten als auch von I-Nähten.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch ein Ablauf eines Verfahrens zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen,
    • 2 schematisch zwei verschiedene Ausführungsformen einer Strahlführung während des Laserschweißens, und
    • 3 schematisch Schnittdarstellungen möglicher mittels des Verfahrens hergestellter Schweißverbindungen.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Anhand der 1 und 2 wird im Folgenden ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken W mittels Laserschweißen beschrieben. 3 zeigt Schnittdarstellungen möglicher mittels des Verfahrens hergestellter Schweißverbindungen.
  • Die miteinander zu verbindenden Werkstücke W sind insbesondere aus unterschiedlichen Werkstoffen ausgebildet, beispielsweise das eine Werkstück W aus Aluminium und das andere Werkstück W aus Kupfer. Beim Laserschweißen solcher Mischverbindungen und/oder Verbindungen aus unterschiedlichen Legierungen, angeordnet in einem Überlappstoß, wird eine Schmelze oft nur unzureichend bzw. ungünstig durchmischt. Dies kann beispielsweise zu Rissen in einer Schweißnaht N, reduzierter Bauteilqualität und zum Beispiel auch zu Ausfällen führen. Zudem ist eine Anbindebreite der Schweißnaht N begrenzt.
  • Ein besonderes Problem bei derartigen Mischverbindungen ist eine Bildung intermetallischer Phasen P. Beim Schmelzschweißen, insbesondere Laserschweißen, von Mischverbindungen führt die Durchmischung einer Schmelze der beteiligten Werkstoffe zur Ausprägung von unterschiedlichen Phasen. Je nach Durchmischungsverhältnis können dabei lokal kritische intermetallische Phasen P in der Schweißnaht N auftreten, welche einerseits durch ihre Sprödheit eine mechanische Festigkeit und andererseits eine elektrische Leitfähigkeit herabsetzen.
  • Um die genannten Probleme zu lösen, ist daher im hier beschriebenen Verfahren vorgesehen, dass ein Laserstrahl S entlang einer vorgegebenen Schweißkontur K geführt wird, die Schweißkontur K danach um einen vorgegebenen Rotationswinkel ω um eine Flächennormale der Werkstücke W rotiert wird und der Laserstrahl S erneut entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur K geführt wird. Die vorgegebene Schweißkontur K weist in den dargestellten Beispielen gemäß den 1 und 2 die Kontur der Zahl 8 auf.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass das Rotieren der vorgegebenen Schweißkontur K und das Führen des Laserstrahls S entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur K einmal oder, wie in 2 gezeigt, mehrmals wiederholt wird.
  • In 2 sind auf der linken Seite vier durch Rotation um die Flächennormale zueinander versetzte Schweißkonturen K1 bis K4 dargestellt, entlang derer der Laserstrahl S bereits geführt wurde. Die Rotation ist hier durch einen Rotationspfeil RP schematisch dargestellt. Beispielsweise können weitere Wiederholungen vorgesehen sein, so dass der Laserstrahl S entsprechend entlang weiterer um die Flächennormale rotierter Schweißkonturen K geführt wird. Eine Anzahl der Wiederholungen ist vorteilhafterweise vorgegeben.
  • Auf der rechten Seite in 2 sind sechs durch Rotation um die Flächennormale zueinander versetzte Schweißkonturen K1 bis K6 dargestellt, entlang derer der Laserstrahl S bereits geführt wurde. Beispielsweise können auch hier weitere Wiederholungen vorgesehen sein, so dass der Laserstrahl S entsprechend entlang weiterer um die Flächennormale rotierter Schweißkonturen K geführt wird. Die Anzahl der Wiederholungen ist vorteilhafterweise vorgegeben.
  • Um eine vorgegebene Länge der Schweißnaht N auszubilden, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass erst die vorgegebene Anzahl Wiederholungen durchgeführt wird, danach eine geradlinige Vorschubbewegung VB des Laserstrahls S durchgeführt wird und der Laserstrahl S danach erneut auf die oben beschriebene Weise entlang der vorgegebenen Schweißkontur K geführt wird, welche danach auf die beschriebene Weise gedreht wird und der Laserstrahl S erneut entlang der gedrehten vorgegebenen Schweißkontur K geführt wird, wobei dies ebenfalls wieder einmal oder mehrmals wiederholt werden kann, insbesondere in einer vorgegebenen Anzahl der Wiederholungen. Dieser Ablauf, d. h. das Durchführen der geradlinigen Vorschubbewegungen VB des Laserstrahls S nach dem Entlangbewegen an mehreren gedrehten Schweißkonturen K und das nachfolgende erneute Entlangbewegen des Laserstrahls S an mehreren gedrehten Schweißkonturen K nach der geradlinigen Vorschubbewegung VB, kann ebenfalls einmal oder mehrmals wiederholt werden, insbesondere in einer vorgegebenen Anzahl von Wiederholungen.
  • Ein Beispiel für diese Vorgehensweise ist in 2 links dargestellt. Das Rotieren der vorgegebenen Schweißkonturen K1 bis K4 erfolgt hier um eine feststehende Flächennormale, so dass alle vorgegebenen Schweißkonturen K1 bis K4 die gleiche Rotationsachse aufweisen. Erst wenn der Laserstrahl S entlang aller um diese Rotationsachse rotierten vorgegebenen Schweißkonturen K1 bis K4 bewegt wurde, wird die geradlinige Vorschubbewegung VB des Laserstrahls S über einen vorgegebenen Bewegungsweg durchgeführt. Dies ist in 2 links nicht dargestellt. Danach wird der Laserstrahl S erneut entlang der um die Flächennormale an der neuen Position rotierten vorgegebenen Schweißkonturen K1 bis K4 geführt. Dies wird wiederholt, bis die vorgegebene Länge der Schweißnaht N erreicht ist.
  • Alternativ kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die geradlinige Vorschubbewegung VB des Laserstrahls S nach dem Führen des Laserstrahls S entlang einer vorgegebenen Schweißkontur K und vor dem Führen des Laserstrahls S entlang einer nachfolgenden und entsprechend rotierten vorgegebenen Schweißkontur K, wie in 2 rechts gezeigt, und/oder während des Führens des Laserstrahls S entlang der jeweiligen vorgegebenen Schweißkontur K durchgeführt wird. Bei dem Durchführen der geradlinige Vorschubbewegung VB des Laserstrahls S während des Führens des Laserstrahls S entlang der jeweiligen vorgegebenen Schweißkontur K1 bis K6 wird allerdings die Bewegung des Laserstrahls S entlang der vorgegebenen Schweißkontur K1 bis K6 durch die geradlinige Vorschubbewegung VB überlagert, wodurch die Schweißkontur K1 bis K6 verzerrt wird. In 2 rechts sind die Schweißkonturen K1 bis K6 nicht verzerrt, sondern nur in Richtung der geradlinigen Vorschubbewegung VB zueinander versetzt. Bei diesem Beispiel wird somit die der bereits 2 rechts zugeordnete erstgenannte Variante durchgeführt, d. h. die geradlinige Vorschubbewegung VB des Laserstrahls S wird nach dem Führen des Laserstrahls S entlang einer vorgegebenen Schweißkontur K1 bis K5 und vor dem Führen des Laserstrahls S entlang einer nachfolgenden und entsprechend rotierten vorgegebenen Schweißkontur K2 bis K6 durchgeführt, d. h. zwischen zwei aufeinanderfolgenden vom Laserstrahl S abzufahrenden Schweißkonturen K1 bis K6.
  • Das Rotieren der vorgegebenen Schweißkontur K erfolgt insbesondere über eine Auslenkung von Scannerspiegeln in einer Schweißoptik einer in 1 rechts schematisch dargestellten Laserschweißvorrichtung 1. Auf der linken Seite in 1 ist eine Ausschnittvergrößerung der Schweißkonturen K dargestellt, an denen der Laserstrahl S entlanggeführt wird. Anhand eines dreidimensionalen Koordinatensystems mit einer Längsachse X, einer Querachse Y und einer Hochachse Z ist dabei die räumliche Orientierung erkennbar. Die Schweißkonturen K sind fortlaufend rotierend. Ein Winkelversatz um einen imaginären Rotierpunkt R, d. h. der Rotationswinkel ω um die durch diesen Rotierpunkt R verlaufende Flächennormale, wird zwischen 0° und 180° vorgegeben. Das Abfahren der Konturen K, d. h. das Entlangbewegen des Laserstrahls S, erfolgt insbesondere kontinuierlich über eine Schweißdauer.
  • In 1 ist eine offene Schweißkontur K dargestellt. Diese Geometrie wird fortlaufend mit dem Winkelversatz, d. h. mit dem vorgegebenen Rotationswinkel ω, in einem einzigen Schweißprogramm erzeugt und abgefahren. Es existiert somit ein Startpunkt und ein Endpunkt für den Laserstrahl S.
  • In 2 sind geschlossene Schweißkonturen K1 bis K6 dargestellt. Hier wird ein mehrmaliges, hintereinander folgendes Abfahren eines Schweißprogrammes unter dem Winkelversatz appliziert.
  • Wie oben beschrieben, erfolgt des Weiteren noch die geradlinige Vorschubbewegung VB, um die vorgegebene Länge der Schweißnaht N zu erreichen. Die rotierende Schweißkontur K wird somit mit einer Verfahrgeschwindigkeit VR der Schweißoptik, beispielsweise geführt von einem Schweißroboter oder von Portalachsen, und/oder mit einer Verfahrgeschwindigkeit VR der Werkstücke W, wenn diese bewegt werden, überlagert. Aus der Bewegungssuperposition ergibt sich eine Art Rühreffekt und dadurch eine optimale Durchmischung der Schmelze.
  • Eine Konturform der Schweißkontur K kann auch von der in den 1 und 2 dargestellten Form abweichen. Beispielsweise werden die Konturform und/oder eine Geschwindigkeit des Bewegens des Laserstrahls S entlang der Schweißkontur K und/oder eine Geschwindigkeit der Scannerspiegel und/oder die Schweißdauer der Verfahrgeschwindigkeit VR je nach Materialstärken der Werkstücke W und gewünschter Durchmischung angepasst. Zusätzlich kann der Laserstrahl S im Verlauf der Schweißkontur K mit einer Leistungsmodulation beaufschlagt werden.
  • Mittels der beschriebenen Superposition aus verdreht hintereinander mittels des Laserstrahls S abzufahrenden Schweißkonturen K, realisiert mittels der Schweißoptik, insbesondere mittels der Scannerspiegel, und der zusätzlich beaufschlagten Verfahrgeschwindigkeit VR der geradlinigen Vorschubbewegung VB, realisiert beispielsweise mittels des Schweißroboters, wird der oben bereits erwähnte Rühreffekt in der sich bildenden Schmelze erzeugt, welcher die Anzahl an intermetallischen Phasen P und ihre Größe in der erstarrten Schweißnaht N reduziert und ihre Position in der Schweißnaht N in unkritische, von duktileren Phasen umschlossene Bereiche verlagert. Das Schmelzgut wird durch den Rühreffekt ebenfalls mechanisch ineinander verkrallt. Dadurch weist die Schweißnaht N gegenüber herkömmlich gewobbelten Nähten eine erhöhte Festigkeit sowie verbesserte Stromtragfähigkeit auf.
  • 3 zeigt Beispiele verschiedener Schweißnähte N, welche mittels des beschriebenen Verfahrens ausgeführt wurden, im Querschnitt. Dabei ist links als Referenz eine Schweißnaht N mit einer homogenen Verteilung der Werkstoffe der beiden Werkstücke W dargestellt. In der Mitte sind zwei Beispiele für Schweißnähte N mit andersartiger Durchmischung der Werkstoffe dargestellt.
  • Im oberen Beispiel hat sich eine zentrale intermetallische Phase P ausgebildet. Dies ist unkritisch, insbesondere auch für einen Stromfluss F bei einer zur elektrischen Leitung vorgesehenen Verbindung, wie rechts gezeigt. Der Stromfluss F erfolgt um die zentrale intermetallische Phase P herum.
  • Im unteren Beispiel haben sich mittig in der Schweißnaht N oben und unten jeweils eine intermetallische Phase P ausgebildet. Auch diese Anordnung der intermetallischen Phasen P oben und/oder unten und in Querrichtung mittig in der Schweißnaht N ist unkritisch, insbesondere auch für den Stromfluss F bei einer zur elektrischen Leitung vorgesehenen Verbindung, wie rechts gezeigt. Der Stromfluss F erfolgt hier zwischen den beiden intermetallischen Phasen P hindurch. Bei nur einer intermetallischen Phase P würde der Stromfluss F entsprechend darunter hindurch erfolgen, wenn sie oben angeordnet ist, oder darüber hinweg erfolgen, wenn sie unten angeordnet ist.
  • Bevorzugte Vorschubgeschwindigkeiten, d. h. Verfahrgeschwindigkeiten VR für die geradlinige Vorschubbewegung VB, sind beispielsweise kleiner oder gleich 10 m/min für das Durchmischen unterschiedlicher Aluminiumlegierungen im Karosseriebau, beispielsweise mit größerer Bauteildicke von 1,0 mm bis 3,0 mm, und 10 m/min bis 50 m/min für das Durchmischen von elektrischen Komponenten aus unterschiedlichen Werkstoffen.
  • Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine optimale Durchmischung der Schmelze, insbesondere beim Verschweißen von Überlappverbindungen von Werkstücken W aus unterschiedlichen Werkstoffen und/oder Legierungen.
  • Aufgrund der rotierenden Schweißkontur K wird des Weiteren eine Vergrößerung der Anbindebreite erreicht.
  • Durch das beschriebene Verfahren werden zudem verbesserte Schweißnahteigenschaften erzielt, beispielsweise eine höhere Festigkeit, geringere Rissneigung und bessere elektrische Leitfähigkeit.
  • Das beschriebene Verfahren ist mit konventioneller Schweißvorrichtungstechnik, beispielsweise mit einer herkömmlichen Scannerschweißoptik sowie zum Beispiel einem Schweißroboter oder Portalachsen oder Bewegungsvorrichtungen für die zu verschweißenden Werkstücke W, ausführbar. Es ist somit auf einfache Weise in aktuelle Produktionsprozesse integrierbar.
  • Das Verfahren eignet sich besonders zum Verschweißen von unterschiedlichen Aluminiumlegierungen mit differenten Legierungselementen, welche homogen in der Schmelze verteilt werden müssen, sowie zum Verschweißen von Mischverbindungen zur elektrischen Kontaktierung, beispielsweise aus Aluminium und Kupfer, da der beschriebene Rühreffekt die Bildung von kritischen, spröden, intermetallischen Phasen P reduzieren oder verhindern kann und bei gebildeten intermetallischen Phasen P zu deren vorteilhafter Positionierung in der Schweißnaht N führt.
  • Das beschriebene Verfahren eignet sich sowohl für das Schweißen von Kehlnähten als auch von I-Nähten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012008940 A1 [0002]

Claims (4)

  1. Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken (W) mittels Laserschweißen, wobei ein Laserstrahl (S) entlang einer vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißkontur (K, K1 bis K6) danach um einen vorgegebenen Rotationswinkel (ω) um eine Flächennormale der Werkstücke (W) rotiert wird und der Laserstrahl (S) erneut entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotieren der vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) und das Führen des Laserstrahls (S) entlang der rotierten vorgegebenen Schweißkontur (K, K1 bis K6) einmal oder mehrmals wiederholt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Führen des Laserstrahls (S) entlang einer Schweißkontur (K, K1 bis K5) und vor dem Führen des Laserstrahls (S) entlang einer nachfolgenden Schweißkontur (K, K2 bis K6) und/oder während des Führens des Laserstrahls (S) entlang der jeweiligen Schweißkontur (K, K1 bis K6) eine geradlinige Vorschubbewegung (VB) des Laserstrahls (S) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Schweißkontur (K, K1 bis K6) die Kontur der Zahl 8 aufweist.
DE102023002112.1A 2023-05-25 2023-05-25 Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen Withdrawn DE102023002112A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023002112.1A DE102023002112A1 (de) 2023-05-25 2023-05-25 Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023002112.1A DE102023002112A1 (de) 2023-05-25 2023-05-25 Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023002112A1 true DE102023002112A1 (de) 2023-07-13

Family

ID=86895485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023002112.1A Withdrawn DE102023002112A1 (de) 2023-05-25 2023-05-25 Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102023002112A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012008940A1 (de) 2012-05-08 2013-11-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012008940A1 (de) 2012-05-08 2013-11-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014100184B4 (de) Verfahren zum Verbinden von zwei metallischen Werkstücken sowie Verfahren zum Verbinden von Kupfer und Aluminium
DE102016107581B3 (de) Schweißverfahren zum Verbinden von Werkstücken an einem Überlappstoß
DE102011054540B4 (de) Laser-überlappschweissverfahren für teile aus verzinktem stahlblech
EP3572178A1 (de) Verfahren zum verschweissen von bauteilen und eine anwendung des verfahrens
EP2216122A1 (de) Schutzgasrohr und Kontaktrohr einer Vorrichtung zum verbesserten Engspaltschweißen
EP2216123A1 (de) Schutzgasrohr und Kontaktrohr einer Vorrichtung zum verbesserten Engspaltschweißen
DE102015016629A1 (de) Herstellung eines geschweißten Strukturelements und geschweißtes Strukturelement
EP2384255B1 (de) VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON ÜBERLAPPUNGSSTOßSCHWEIßVERBINDUNGEN UND ÜBERLAPPUNGSSTOßSCHWEIßVERBINDUNG
DE102012204379A1 (de) Strahlschweißen eines Mehrblech-Arbeitsstapels mit einem Merkmal reduzierter Dicke
EP2216120B1 (de) Schutzgasrohr und Kontaktrohr einer Vorrichtung zum verbesserten Engspaltschweißen
EP2393623A1 (de) Schutzgasrohr und kontaktrohr einer vorrichtung zum verbesserten engspaltschweissen
DE102016116124A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Fügepartnern
DE102023002112A1 (de) Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Werkstücken mittels Laserschweißen
WO2013124208A1 (de) Schweissvorrichtung und verfahren zum betreiben einer schweissvorrichtung zum lichtbogen- engspaltschweissen
DE102021005522A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schweißverbindung von wenigstens zwei Bauteilen mittels Energiestrahl
DE10131883B4 (de) Verfahren zum Verschweißen von Metallbauteilen
DE102014116875A1 (de) Hybridschweißvorrichtungen, -systeme und -verfahren für räumlich versetzte Komponenten
DE1565454A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer senkrechten Stossschweissnaht und Vorrichtung zum Durchfuehren dieses Verfahrens
DE102007006688B4 (de) Schweißverfahren sowie dessen Anwendung
DE10344082B4 (de) Verfahren zur Laserbearbeitung von beschichteten Blechen sowie beschichtetes Blech
DE102018009954A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung wenigstens zweier Batteriezellen für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens
DE102023001903A1 (de) Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Bauteilen
DE102023002762A1 (de) Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Bauteilen und Anordnung aus wenigstens zwei Bauteilen
DE102020006161A1 (de) Verfahren zum Fügen von einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil mittels eines Lasers
DE102022002609A1 (de) Schweißverbindungselement zur schweißtechnischen Verbindung von Bauteilen

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R230 Request for early publication
R120 Application withdrawn or ip right abandoned