DE10229745A1

DE10229745A1 - Shielding gas nozzle for laser welding

Info

Publication number: DE10229745A1
Application number: DE10229745A
Authority: DE
Inventors: Lothar Winter; Wolfgang Hanisch; Erik Hannemann
Original assignee: WINTER PIPELINE GmbH
Current assignee: WINTER PIPELINE GmbH
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-01-15
Also published as: WO2004004963A2; WO2004004963A3

Abstract

Schutzgasdüse für ein waagerechtes, queres, absteigendes oder aufsteigendes und vertikales fehlerfreies Laserschweißen mit bekannten Laserschweißanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasdüse mit mindestens 6 Öffnungen versehen wird, die in gleichen Abständen über den Umfang des Düsenringes verteilt sind und aus denen das Schutzgas der Schutzgasatmosphäre für die Schweißzone strömt und um zwei seitlich schräg und quer zur Vorschubrichtung des Laserschweißkopfes angeordnete Röhrchen für die Zuführung von zusätzlichem Schutzgas ergänzt wird.Shielding gas nozzle for horizontal, transverse, descending or ascending and vertical error-free laser welding with known laser welding systems, characterized in that the shielding gas nozzle is provided with at least 6 openings which are distributed at equal intervals over the circumference of the nozzle ring and from which the shielding gas of the shielding gas atmosphere for the welding zone flows and is supplemented by two tubes arranged laterally at an angle and transversely to the feed direction of the laser welding head for the supply of additional protective gas.

Description

Die Erfindung hat eine konstruktiv verbesserte Schutzgasdüse für das Laserschweißen zum Inhalt Mit dieser Schutzgasdüse wird es möglich fehlerfreie Schweißnähte in allen Schweißlagen und auch bei schwer schweißbaren Materialen und Werkstücken sicher herzustellen.The invention has a constructive improved protective gas nozzle for the laser welding to content With this inert gas nozzle it becomes possible flawless welds in all welding positions and also with difficult to weld Materials and workpieces to manufacture safely.

In den gegenwärtig auf den Markt befindlichen Laserschweißanlagen haben die Schutzgasdüsen einen wesentlichen Einfluß auf die Güte der Schinreißnähte, da über diese Schutzgasdüsen das Schutzgas geführt wird und dieses mit entscheidend für die Güte der Schweißnaht ist.In those currently on the market Laser welding equipment have the inert gas nozzles have a significant impact on the goodness the tear seams, because of this Shield cups the shielding gas led and this is also decisive for the quality of the weld seam.

Bei einer bekannten Laserschweißanlage der Firma Trumpf hat die Schutzgasdüse 4 Öffnungen für das Schutzgas und einen Standardabstand zum Werkstück von 15 mm. Mit dieser Anlage war ein waagerechtes Laserschweißen mit zufriedenstellender Qualität möglich. Ein Schweißen quer, ansteigend oder absteigend bzw. vertikal am Werkstück führte zu Ungänzen (Poren, Mittelrippendefekte, Risse, Start-/Stopfehler), Durchschweißungen und starker Metallplasmabildung durch Abreißen der Schutzgasatmosphäre während des Schweißvorganges.In a known laser welding system The Trumpf company has the protective gas nozzle 4 openings for the Shielding gas and a standard distance of 15 mm to the workpiece. With this system was a horizontal laser welding with satisfactory quality possible. A welding transversely, ascending or descending or vertically on the workpiece discontinuities (Pores, midrib defects, cracks, start / stop defects), penetrations and strong metal plasma formation by tearing off the protective gas atmosphere during the Welding process.

Als technologisch kritsch hat sich dabei auch der Abstand von höchstens 0,2 mm zwischen den zu verschweißenden Werkstücken erwiesen. Durch Verlängerung der Brennweite des teserstrahles vom letzten Umkehrspiegel zum Werkstück konnte die Tiefenschärte des Laserstrahles im Brennpunkt auf der Schweißnaht vengrößert und damit die Wärmeübertragung auf die zu verschweißenden Werkstücke verbessert werden. Diese Veränderung führte zu einer Vergrößerung der Toleranz des Abstandes der zu verschweißenden Werkstücke von 0,2 mm optimal bis zur technologisch zulässigen Grenze von 0,4 mm. Die Schweißfehler aus Störungen der Schutzgasatmosphäre wurden damit aber nicht beseitigt.Has turned out to be technologically critical the distance of at most 0.2 mm between the workpieces to be welded. By extension the focal length of the tester beam from the last reversing mirror to the workpiece the depth of field of the laser beam in the focal point on the weld seam and thus the heat transfer on those to be welded Workpieces improved become. This change led to enlarge the Tolerance of the distance of the workpieces to be welded from 0.2 mm optimal up to the technologically permissible limit of 0.4 mm. The welding defects from disturbances the protective gas atmosphere but were not eliminated.

Aufgabe der Erfindung war es, eine Schutzgasatmosphäre zu scharten, die besonders bei von der Waagerechten abweichenden Schweißnaht Schweißfehler zuverlässig zu vermeiden.The object of the invention was a Protective atmosphere to be found, especially in those that deviate from the horizontal Weld weld defect reliable to avoid.

Nach umfangereichen Tests und Untersuchungen wurde als Lösung die gleichmäßige Verbreiterung der Schutzgashaube über den Fokus des Laserstrahles auf dem Werkstück, die Verringerung des Strahldruckes des Schutzgases auf den unmittelbaren Schweißvorgang und eine über die Schweißnaht gleichmäßig verlängerte Schutzgashaube gesehen.After extensive tests and examinations was as a solution the uniform broadening the protective gas hood over the focus of the laser beam on the workpiece, the reduction of the beam pressure of the shielding gas on the immediate welding process and one on the Protective gas hood evenly extended seen.

Bei der Wahl des Schutzgases war die gasmäßige Stabilität der Schutzgashaube, die Verfügbarkeit, die Kosten und die Umweltverträglichkeit des Gases bedeutsam.When choosing the protective gas was the gaseous stability of the protective gas hood, the availability, the cost and environmental sustainability significant of the gas.

Als kritische Schweißrichtung mußte das vertikale Schweißen nach oben und unten sicher, d.h. fehlerfrei erfolgen.As a critical welding direction had to vertical welding safe up and down, i.e. done without errors.

Die technische Lösung wurde mit der Vergrößerung der Anzahl der Öffnungen am Umfang der Schutzgasdüse für die Schutzgaszuführung, sowie der Vergrößerung des Abstandes der veränderten Schutzgasdüse um 80–120% vom Werkstück, der Veränderung des Druckes des Schutzgases in der Schutzgasdüse und der zusätzlichen Anordnung von zwei seitlich schräg angeordneten Röhrchen zur seitlichen Zuführung von Schutzgas in die Schweißzone gefunden. Die Röhrchen zur seitlichen Zuführung von Schutzgas sind quer zur Schweißrichtung am Schweißkopf befestigt und können im Winkel der Schräge und dem Abstand zum Werkstück verändert werden. Diese Möglichkeit ist notwendig, um ein optimales Schweißergebnis abhängig von der Lage der Schweißnaht und dem Werkstück zu erzielen.The technical solution was with the enlargement of the Number of openings on the circumference of the protective gas nozzle for the Protective gas supply, as well as the enlargement of the Distance of the modified protective gas nozzle by 80-120% from Workpiece, of change the pressure of the protective gas in the protective gas nozzle and the additional Arrangement of two at an angle arranged tubes for side feeding of protective gas found in the welding zone. The tubes for the lateral feeding of Shielding gas are at right angles to the welding direction on the welding head attached and can at the angle of the slope and the distance to the workpiece to be changed. This possibility is necessary to get an optimal welding result depending on the position of the weld and the workpiece to achieve.

An einem Beispiel soll die erfinderische Lösung dargelegt werdenUsing an example, the inventive solution be presented

In der 1 ist die Verlängerung der Brennweite des Laserstrahles im Schweißkopf dargestellt.In the 1 the extension of the focal length of the laser beam in the welding head is shown.

Bei vertikaler Schweißrichtung befindet sich der fokussierte Laserstrahl am unteren Ende der Schutzgashaube, und die Gefahr der Plasmabildung sowie von Ungänzen (Poren, Mittelrippendefekte, Risse, Start-/Stopfehler)n in der Schweißnaht durch die fehlende Schutzgashaube nach dem Schweißen ist groß, darüber hinaus übt der scharte Schutzgasstrahl einen ungünstigen Einfluß auf die Schmelze in der Schweißnaht aus.With vertical welding direction the focused laser beam is at the lower end of the protective gas hood, and the risk of plasma formation and imperfections (pores, midrib defects, cracks, Start / stop errors) n in the weld due to the missing protective gas hood after welding is large, about that practicing the sharp protective gas jet has an unfavorable influence on the Melt in the weld out.

In der 2 wurde die Schutzgasdüse mit der doppelten Anzahl von Öffnungen versehen und der Abstand zum Werkstück vergrößert.In the 2 the protective gas nozzle was provided with twice the number of openings and the distance to the workpiece was increased.

Diese Vergrößerung der Schutzgashaube ergibt bei anderen Schweißrichtungen außer der vertikalen Schweißrichtung bereits fehlerfreie Schweißnähte. Durch den weicheren Schutzgasstrahl wird die Nahtoberfläche gleichmäßiger.This enlargement of the protective gas hood results with other welding directions except the vertical welding direction already flawless welds. By the softer shielding gas jet makes the seam surface more even.

Bei vertikaler Schweißrichtung befindet sich der fokussierte Laserstrahl am unteren Ende der Schutzgashaube, und die Gefallt der Plasmabildung sowie von Ungänzen (Poren, Mittelrippendefekte, Risse, Start-/Stopfehler)n in der Schweißnaht durch die fehlende Schutzgashaube ist nach wie vor groß.With vertical welding direction the focused laser beam is at the lower end of the protective gas hood, and the liking of plasma formation as well as imperfections (pores, midrib defects, cracks, Start / stop errors) n in the weld due to the missing protective gas hood is still big.

In der 3 wurde die Schutzgasdüse wie in 2 mit der doppelten Anzahl von nungen versehen und der Abstand zum Werkstück vergrößert, zusätzlich wurden zwei seitlich schräg angeordnete Röhrchen zur seitlichen Zuführung von Schutzgas in die Schweißzone angebracht. Diese Röhrchen sind seitlich quer zur Schweißrichtung angeordnet, um mit ihrem Schutzgasstrahl die Schutzgashaube längs der Schweißnaht zusammenzudrücken und damit in der Nahtebene in beiden Richtungen zu verlängern.In the 3 the protective gas nozzle was as in 2 provided with twice the number of slots and the distance to the workpiece increased, in addition, two tubes were arranged at an angle to the side for the supply of protective gas into the welding zone. These tubes are arranged laterally transversely to the welding direction in order to use their shielding gas jet to compress the shielding gas hood along the weld seam and thus to lengthen it in both directions in the seam plane.

Die Lage des fokussierten Laserstrahles zum Schutzgas bei vertikaler Schweißrichtung befindet sich nun im Inneren der Schutzgashaube und so wird auch in vertikaler Schweißrichtung eine Plasmabildung vermieden.The location of the focused laser beam The shielding gas for the vertical welding direction is now inside the shielding gas hood and plasma formation is also avoided in the vertical welding direction.

Mit der Anordnung der seitlichen Röhrchen für das zusätzliche Schutzgas wird die Schutzgasorganisation für alle Schweißlagen garantiert und Schweißfehler vermieden, die durch fehlerhafte Schutzgasorganisation entstehen.With the arrangement of the side Tubes for the additional Shielding gas guarantees the shielding gas organization for all welding layers and welding defects avoided, which arise from faulty protective gas organization.

Optimale Schweißergebnisse wurden mit der Zusammensetzung des Schutzgases für die Schutzgasdüse aus 100% He und der schrägen, seitlichen Schutzgas führenden Röhrchen aus 80–100% He und 20–0% Ar erreicht.Optimal welding results were achieved with the composition of the protective gas for the inert gas nozzle from 100% He and the weird leading shielding gas tube from 80-100% Hey and 20-0% Ar reached.

Claims

Shield Cup for a horizontal, transverse, descending or ascending and vertical flawless laser welding with known laser welding systems characterized in that the protective gas nozzle with at least 6 openings is provided at equal intervals over the circumference of the nozzle ring are distributed and from which the protective gas of the protective gas atmosphere for the welding zone flows and around two at an angle and tubes arranged transversely to the direction of advance of the laser welding head for the supply of additional Shielding gas added becomes.

Shield Cup for a horizontal, transverse, descending or ascending and vertical flawless laser welding with known laser welding systems according to claim 1, characterized in that the distance between the protective gas nozzle and the welding workpiece is increased by 80-150%, being the distance of the additional oblique, side shielding gas supply Tubes less than 10 mm to the workpiece is.

Shield Cup for a horizontal, cross, descending or ascending vertical flawless laser welding with known laser welding systems according to claim 1 and 2, characterized in that the protective gas for the protective gas nozzle from 100% Hey and the weird one side shielding gas leading tube from 80-100% Hey and 20-0% Ar exists.