DE10261422A1

DE10261422A1 - Laser welding and soldering method involves adjusting sub-beams in respect of their energy distribution, focal point rotation and/or working point separation by adjusting beam separating devices

Info

Publication number: DE10261422A1
Application number: DE10261422A
Authority: DE
Inventors: André Willer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-31
Also published as: DE10261422B4

Abstract

The method involves dividing a laser beam into at least two separately focusable sub-beams (TL1,TL2), whereby the division of the intensity and the determination of the point of incidence of the sub-beams on the processed components is adjusted using the variable optical arrangement. The sub-beams are adjusted in respect of their energy distribution, focal point rotation and/or working point separation by adjusting the beam division devices (5). AN Independent claim is also included for the following: (a) a laser welding and soldering arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft Laserschweiß- und -lötverfahren sowie Laserschweiß- und -lötvorrichtungen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 18.The invention relates to laser welding and soldering processes as well as laser welding and soldering devices according to the preamble of the claims 1 and 18.

In der Automobilindustrie werden Laserstrahlen verstärkt zur Materialbearbeitung, insbesondere zum Schweißen, eingesetzt, wobei hohe Qualitätsanforderungen hinsichtlich Dichtigkeit, Festigkeit und Optik der zu fügenden Karosseriebleche gestellt werden. Die z.B. Zinkbeschichtung von Blechen erfordert eine laserstrahlgerechte Konstruktion der Einzelteile und geeignetes Anlagenequipment (Bearbeitungskopf, Vorrichtung, etc.), um eine Zinkentgasung durch das Schmelzbad hindurch zu verhindern. Das verdampfende Zink expandiert sonst explosionsartig und schleudert die Schmelze aus der Fügezone heraus. Wenn keine Zinkentgasungsmöglichkeiten geschaffen werden können, entstehen Defekte wie Schweißspritzer, Poren und Krater. Beim Laserschweißen von vergüteten oder beschichteten Blechen, insbesondere mit Zink beschichteten Blechen, werden daher bisher in der Praxis auf Grund vor allem der Zinkentgasung Laserschweißnähte mit Poren und Kratern erzeugt. Diese führen zu einer Korrosionsgefahr und einer schlechten optischen Anmutung.In the automotive industry Laser beams amplified used for material processing, especially for welding, high quality requirements in terms of tightness, strength and appearance of the body panels to be joined be put. The e.g. Zinc coating of sheets is required a laser beam-compatible construction of the individual parts and suitable Plant equipment (processing head, device, etc.) to a To prevent zinc degassing through the weld pool. The evaporating Otherwise, zinc expands explosively and throws the melt from the joining zone out. If no zinc degassing options are created can, defects such as welding spatter, Pores and craters. When laser welding of tempered or coated sheets, especially with zinc coated sheets therefore in practice up to now mainly due to zinc degassing Laser welds with Creates pores and craters. These lead to a risk of corrosion and a poor visual appearance.

Laserstrahllötnähte unterliegen steigenden Ansprüchen hinsichtlich Optik und Festigkeit. Eine Nahtschuppigkeit und zum Teil Anbindungsfehler und Poren sind die häufigsten Mängel und führen ebenfalls zu einer Korrosionsgefahr und einer schlechten optischen Anmutung.Laser beam solder seams are subject to increasing demands with regard to Optics and strength. A scaly seam and partly connection errors and pores are the most common defects and lead also a risk of corrosion and poor optical Appearance.

Aus der DE 199 61 918 C2 ist ein Verfahren zur Strahlteilung eines Laserstrahls in wenigstens zwei Laserstrahlenfoki mit einer variablen optischen Anordnung, insbesondere einem Linsensystem, bekannt, die die Laserstrahlenfoki auf ein zu bearbeitendes Werkstück abbildet. Dabei wird durch den Einsatz refraktiver Elemente in der variablen Anordnung aus einem Einzelfokus eines Laserstrahls ein Doppelfokus erzeugt, wobei Abstand und Intensität zwischen den Foki frei wählbar sind. Ferner werden die refraktiven Elemente in der variablen Anordnung durch zwei gegeneinander verschiebbare Zylinderlinsen gebildet, die in den Laserstrahl eingebracht werden. Mit diesem Verfahren sowie einer entsprechenden Anlage zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zum Laserschweißen, werden zwei Laserstrahlen geschaffen, deren jeweilige Fokuslage und Intensität zueinander veränderbar sind. Konkret wird dies bei dem hier herangezogenen Stand der Technik durch einen "variablen optischen Keil" erreicht, der den auf das Werkstück abzubildenden Laserstrahl variabel ablenkt und somit eine variable Fokusgeometrie erzeugt. Der variable optische Keil wird durch zwei Zylinderlinsen gebildet.From the DE 199 61 918 C2 A method is known for splitting a laser beam into at least two laser beam foci with a variable optical arrangement, in particular a lens system, which images the laser beam foci onto a workpiece to be machined. The use of refractive elements in the variable arrangement produces a double focus from a single focus of a laser beam, the distance and intensity between the foci being freely selectable. Furthermore, the refractive elements in the variable arrangement are formed by two cylindrical lenses which can be moved relative to one another and which are introduced into the laser beam. With this method and a corresponding system for processing workpieces, in particular for laser welding, two laser beams are created, the respective focus position and intensity of which can be changed with respect to one another. Specifically, this is achieved in the prior art used here by a "variable optical wedge" which deflects the laser beam to be imaged onto the workpiece in a variable manner and thus generates a variable focus geometry. The variable optical wedge is formed by two cylindrical lenses.

Auch wenn mit einer solchen Anordnung grundsätzlich ein Laserstrahl auf zwei voneinander beabstandete Stellen variabel und mit einstellbarer Intensitätsaufteilung zwischen den zwei Stellen gelenkt werden kann, so sind die Einstellmöglichkeiten zur Anpassung an Produktionsbedürfnisse noch sehr beschränkt und erfordert die konkrete Anordnung sehr aufwendiger Justiereinrichtungen.Even if with such an arrangement basically one Laser beam variable and at two spaced locations with adjustable intensity distribution can be steered between the two positions, the setting options are Adaptation to production needs still very limited and requires the specific arrangement of very complex adjustment devices.

Weitere Techniken zur Erzeugung von zwei Teillaserstrahlen und deren Nutzung zur Materialbearbeitung sind in den WO 98/51442, DE 196 19 339 A1 , WO 95/11101, DE 197 51 195 C1 und DE 43 16 829 A1 offenbart. Allen diesen Techniken ist gemeinsam, dass sie nur eingeschränkte Anpassungsmöglichkeit an die Erfordernisse eines Materialbearbeitungsprozesses gestatten und insgesamt recht aufwändig sind.Further techniques for generating two partial laser beams and their use for material processing are described in WO 98/51442, DE 196 19 339 A1 , WO 95/11101, DE 197 51 195 C1 and DE 43 16 829 A1 disclosed. All of these techniques have in common that they only allow limited adaptability to the requirements of a material processing process and are overall quite complex.

Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Laserschweiß- und -lötverfahren sowie eine Laserschweiß- und -lötvorrichtung zu schaffen, womit eine Qualitätsverbesserung der Laserschweißnähte insbesondere hinsichtlich Optik, Festigkeit und Korrosion erreicht wird.It is therefore the aim of the present Invention, a laser welding and soldering processes as well as a laser welding and soldering device to create what a quality improvement the laser welds in particular in terms of appearance, strength and corrosion.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Laserschweiß- und -lötverfahren nach dem Anspruch 1 sowie eine Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach dem Anspruch 18 erreicht.This goal is achieved according to the invention a laser welding and soldering processes according to claim 1 and a laser welding and soldering device according to the claim 18 reached.

Durch die Erfindung wird somit geschaffen ein Laserschweiß- und -lötverfahren, wobei ein Laserstrahl mittels einer variablen optischen Anordnung mit einem Linsensystem in wenigstens zwei getrennt fokussierbare Teillaserstrahlen aufgeteilt wird, und wobei die Aufteilung der Intensität und die Festlegung der Auftrefforte der Teillaserstrahlen auf zu bearbeitenden Bauteilen durch die variable optische Anordnung eingestellt wird. Dabei werden die mittels Strahlaufteilungseinrichtungen erzeugten Teillaserstrahlen durch Einstellung der Strahlaufteilungseinrichtungen hinsichtlich ihrer Energieverteilung, hinsichtlich ihrer Fokuslagenverdrehung und/oder hinsichtlich ihres Arbeitspunkteabstandes eingestellt.The invention thus creates a laser welding and soldering processes, a laser beam using a variable optical arrangement a lens system in at least two separately focusable partial laser beams is divided, and being the division of intensity and the Definition of the point of impact of the partial laser beams to be processed Components is set by the variable optical arrangement. In this case, those generated using beam splitting devices Partial laser beams by setting the beam splitting devices in terms of their energy distribution, in terms of their focus position rotation and / or adjusted with regard to their working point distance.

Es wird somit nach der vorliegenden Erfindung bei Laserstrahllöt- und -schweißnähten eine variable Einstellung von Laserstrahlleistung und -position (x-, y- und z-Richtung) auf zwei getrennte Arbeitspunkte vorgenommen. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren werden Schweißungen ohne Poren, ohne Schweißspritzer und ohne Anbindefehler und allgemein mit verbesserter Qualitätserhalten.It is therefore according to the present Invention in laser beam soldering and welds one variable setting of laser beam power and position (x-, y and z direction) on two separate working points. With this method according to the invention become welds without pores, without welding spatter and without connection errors and generally with improved quality maintenance.

Mit der Erfindung wird somit allgemein eine Verbesserung des Schweißergebnisses insbesondere an vergüteten Stahlblechen, besonders an beschichteten Stahlblechen und vor allem an mit Zink beschichteten Stahlblechen, erreicht. Die Qualitätsverbesserung von Laserschweiß- und Laserlötnähten beruht dabei insbesondere auf der Beeinflussung des Fügeprozesses mittels Fokusvariation beim Laserstrahl insbesondere hinsichtlich Leistung und Position. Durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung wird unter Einsatz eines entsprechenden Laserbearbeitungskopfes und dessen Funktion in geschickter Weise eine variable Einstellung von Laserstrahlleistung und -position (in x-, y- und z-Richtung) auf zwei getrennte Arbeitspunkte genutzt. Die Laseroptik weist vorzugsweise einen beweglichen Keil für die Spotvariation auf. Dabei dienen eine seitliche Verschiebung des Keils für die Energieverteilung, eine Höhenverstellung des Keils für den Arbeitspunktabstand und eine Verdrehung des für die Fokuslagenverdrehung. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bei Laserstrahllöt- und -schweißnähten eine Verbesserung der Qualität, durch eine variable Einstellung von Laserstrahlleistung und Position (x-, y- und z-Richtung) auf zwei getrennte Arbeitspunkte.The invention thus generally improves the welding result, in particular on tempered steel sheets, in particular on coated steel sheets and above all on steel sheets coated with zinc. The quality improvement of laser welding and laser soldering seams is based in particular on influencing the joining process by means of focus variation in the laser beam, in particular with regard to power and position. By the method and the device according to the present invention using a corresponding laser processing head and its function in a skillful way a variable setting of laser beam power and position (in the x, y and z directions) is used on two separate working points. The laser optics preferably have a movable wedge for spot variation. Here, a lateral displacement of the wedge for energy distribution, a height adjustment of the wedge for the working point distance and a rotation of the focus position serve. Thus, the method and the device according to the invention make it possible to improve the quality of laser beam soldering and welding seams by variably setting the laser beam power and position (x, y and z directions) to two separate operating points.

Vorzugsweise wird dabei ein Prisma der Strahlaufteilungseinrichtungen quer zum Laserstrahl verstellt, um die Energieverteilung der Teillaserstrahlen einzustellen.A prism is preferred the beam splitting devices are adjusted transversely to the laser beam, to adjust the energy distribution of the partial laser beams.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird ein Prisma der Strahlaufteilungseinrichtungen um eine zum Laserstrahl parallele Achse verdreht, um die Fokuslagenverdrehung der Teillaserstrahlen einzustellen.According to another preferred Design becomes a prism of the beam splitting devices rotated about an axis parallel to the laser beam, around the focus position rotation to set the partial laser beams.

Eine weitere mit Vorzug verwendete Variante der Erfindung besteht darin, dass ein Prisma der Strahlaufteilungseinrichtungen parallel zum Laserstrahl verstellt wird, um den Arbeitspunkteabstand der Teillaserstrahlen einzustellen.Another used with preference A variant of the invention is that a prism of the beam splitting devices is adjusted parallel to the laser beam by the working point distance Set partial laser beams.

Es ist ferner von Vorteil, wenn als Prisma ein dreiseitiges Prisma verwendet wird, von dem zwei Seiten dem einfallenden Laserstrahl zugewandt sind und die Teillaserstrahlen aus der dritten Seite austreten. Vorzugsweise sind die zwei dem einfallenden Laserstrahl zugewandten Seiten des dreiseitigen Prismas um gleiche Beträge, aber in gegensätzlichen Richtungen zum einfallenden Laserstrahl geneigt sind. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Prisma so angeordnet wird, dass eine Prismenkante dem einfallenden Laserstrahl zugewandt ist und quer zu diesem verläuft.It is also advantageous if as Prism A three-sided prism is used, from two sides are facing the incident laser beam and the partial laser beams are off exit the third page. Preferably the two are incident Laser-facing sides of the three-sided prism by the same amounts but in opposite directions are inclined to the incident laser beam. Alternatively or additionally be provided that the prism is arranged so that a prism edge faces the incident laser beam and runs transversely to it.

Bei dem erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötverfahren ist es außerdem bevorzugt, wenn mittels Prefokussiereinrichtungen im Strahlengang eines Teillaserstrahls die Fokuslagenhöhe des Arbeitspunktes dieses Teillaserstrahls eingestellt wird. Dabei kann eine Sammellinse der Prefokussiereinrichtungen parallel zum Teillaserstrahl verstellt werden, um die Fokuslagenhöhe des Arbeitspunktes dieses Teillaserstrahls einzustellen.In the laser welding and soldering method according to the invention it is also preferred if a by means of prefocusing devices in the beam path Partial laser beam the focus position height the operating point of this partial laser beam is set. there can a converging lens of the prefocusing devices parallel to the Partial laser beam can be adjusted to the focus position height of the working point of this partial laser beam.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zu verschweißende Bauteile zumindest annähernd in Richtung des Abstandes der beiden Arbeitspunkte der beiden Teillaserstrahlen bewegt werden, während die Teillaserstrahlen auf die Bauteile einwirken. Eine vorzugsweise Variante dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die zu verschweißende Bauteile kontinuierlich unter den beiden Arbeitspunkten der beiden Teillaserstrahlen bewegt werden.In a further development of the invention it should be provided that components to be welded are at least approximately in Direction of the distance between the two operating points of the two partial laser beams be moved while the partial laser beams act on the components. One preferably A variant of this configuration is that the components to be welded continuously under the two operating points of the two partial laser beams be moved.

Das erfindungsgemäße Laserschweiß- und -lötverfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zu verschweißende Bauteile an zu verschweißenden Stellen vor dem Verschweißen wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen werden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Bauteile im übrigen haben. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Beschichtung Zink enthält oder daraus besteht. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zu verschweißende Bauteile zumindest im Bereich der zu verschweißenden Stellen beidseitig flächig mit der Beschichtung versehen werden. Bei diesen Versionen des erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötverfahrens ist es ferner von Vorteil, wenn die Energieverteilung, die Fokuslagenverdrehung, der Arbeitspunkteabstand und/oder ggf. die Fokuslagenhöhe der Arbeitspunkte der Teillaserstrahlen unter Berücksichtigung von Behandlungserfordernissen der Beschichtung eingestellt wird.The laser welding and soldering method according to the invention is particularly advantageous when components to be welded at points to be welded before welding are at least partially provided with a coating which have a lower melting point than the rest of the components. It is particularly advantageous if the coating contains or consists of it. Alternatively or additionally, it can be provided that the one to be welded Components at least in the area of the points to be welded on both sides the coating. In these versions of the laser welding and soldering method according to the invention it is also advantageous if the energy distribution, the focus position rotation, the working point distance and / or the focus position height of the working points, if applicable taking the partial laser beams into account of treatment requirements of the coating is adjusted.

Vorzugsweise ist bei dem Laserschweiß- und -lötverfahren nach der Erfindung weiter vorgesehen, dass die zwei Bauteile längs ihren Rändern an den Kanten verschweißt werden, oder dass beim Schweißen eine Kehlnaht gebildet wird.Preferably, the laser welding and soldering process further provided according to the invention that the two components along their edges welded at the edges or that when welding a fillet weld is formed.

Durch die Erfindung wird zur Erreichung der oben angegebenen Ziele ferner geschaffen eine Laserschweiß- und -lötvorrichtung mit einer variablen optischen Anordnung mit einem Linsensystem, das ausgelegt ist, um einen Laserstrahl in wenigstens zwei getrennt fokussierbare Teillaserstrahlen aufzuteilen und die Aufteilung der Intensität und die Festlegung der Auftrefforte der Teillaserstrahlen auf zu bearbeitenden Bauteilen einzustellen. Dabei ist ferner vorgesehen, dass zur Erzeugung der Teillaserstrahlen Strahlaufteilungseinrichtungen vorgesehen sind, die so einstellbar sind, dass die erzeugten Teillaserstrahlen hinsichtlich ihrer Energieverteilung, hinsichtlich ihrer Fokuslagenverdrehung und/oder hinsichtlich ihres Arbeitspunkteabstandes eingestellt . werden.The invention is used to achieve The above objectives also provided a laser welding and soldering device with a variable optical arrangement with a lens system, which is designed to separate a laser beam into at least two split focusable laser beams and split the intensity and the definition of the point of impact of the partial laser beams machining components. It is also provided that that beam splitting devices for generating the partial laser beams are provided, which are adjustable so that the generated partial laser beams in terms of their energy distribution, in terms of their focus position rotation and / or adjusted with regard to their working point distance. become.

Mit solchen Laserschweiß- und -lötvorrichtungen werden dieselben Vorteile wie mit dem vorher beschriebenen erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötverfahren erzielt.With such laser welding and soldering devices the same advantages as with the previously described laser welding and soldering method according to the invention achieved.

Eine vorteilhafte Weiterbildung einer solchen Laserschweiß- und -lötvorrichtung besteht darin, dass die Strahlaufteilungseinrichtungen ein Prisma enthalten, das quer zum Laserstrahl verstellbar ist, um die Energieverteilung der Teillaserstrahlen einzustellen.An advantageous development of a such laser welding and soldering device is that the beam splitting devices contain a prism, which is adjustable across the laser beam to control the energy distribution to set the partial laser beams.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strahlaufteilungseinrichtungen ein Prisma enthalten, das um eine zum Laserstrahl parallele Achse verdrehbar ist, um die Fokuslagenverdrehung der Teillaserstrahlen einzustellen.According to another preferred Design of the laser welding and soldering device according to the invention it is provided that the beam splitting devices contain a prism that is about an axis parallel to the laser beam is rotatable to adjust the focus position rotation of the partial laser beams.

Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötvorrichtung mit Vorzug vorgesehen sein, dass die Strahlaufteilungseinrichtungen ein Prisma enthalten, das parallel zum Laserstrahl verstellt wird, um den Arbeitspunkteabstand der Teillaserstrahlen einzustellen.Furthermore, it can preferably be provided in the laser welding and soldering device according to the invention that the beam splitting devices contain a prism that is adjusted parallel to the laser beam to adjust the working point distance of the partial laser beams.

Es ist bei der Version mit einem Prisma bevorzugt, wenn das Prisma ein dreiseitiges Prisma ist, von dem zwei Seiten dem einfallenden Laserstrahl zugewandt sind und die Teillaserstrahlen aus der dritten Seite austreten. Dabei sind vorzugsweise die zwei dem einfallenden Laserstrahl zugewandten Seiten des dreiseitigen Prismas um gleiche Beträge, aber in gegensätzlichen Richtungen zum einfallenden Laserstrahl geneigt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass das Prisma so angeordnet ist, dass eine Prismenkante dem einfallenden Laserstrahl zugewandt ist und quer zu diesem verläuft.It is the one version Prism preferred if the prism is a three sided prism from which two sides face the incident laser beam and the partial laser beams emerge from the third side. Are preferably the two sides facing the incident laser beam of the three-sided prism by equal amounts, but in opposite amounts Directions inclined to the incident laser beam. Alternatively or Additionally can be provided that the prism is arranged so that a Prism edge facing the incident laser beam and across runs to this.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung in Form der Laserschweiß- und -lötvorrichtung besteht darin, dass im Strahlengang eines Teillaserstrahls Prefokussiereinrichtungen vorgesehen sind, mittels denen die Fokuslagenhöhe des Arbeitspunktes dieses Teillaserstrahls einstellbar ist. Dies lässt sich dadurch weiterbilden, dass die Prefokussiereinrichtungen eine Sammellinse enthalten, die parallel zum Teillaserstrahl verstellbar ist, um die Fokuslagenhöhe des Arbeitspunktes dieses Teillaserstrahls einzustellen.Another preferred embodiment of the invention in the form of the laser welding and soldering device is that prefocusing devices in the beam path of a partial laser beam are provided, by means of which the focus position height of the working point Partial laser beam is adjustable. This can be further developed that the prefocusing devices contain a converging lens which is adjustable parallel to the partial laser beam by the focus position height of the working point of this partial laser beam.

Bei der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der Erfindung ist ferner mit Vorzug vorgesehen, dass Transporteinrichtungen vorgesehen sind, um zu verschweißende Bauteile zumindest annähernd in Richtung des Abstandes der beiden Arbeitspunkte der beiden Teillaserstrahlen zu bewegen, während die Teillaserstrahlen auf die Bauteile einwirken. Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Transporteinrichtungen ausgelegt sind, um die zu verschweißenden Bauteile kontinuierlich unter den beiden Arbeitspunkten der beiden Teillaserstrahlen zu bewegen.With the laser welding and soldering device after The invention is also preferably provided that transport devices are provided in order to at least approximately weld components in the direction the distance between the two operating points of the two partial laser beams to move while the Act partial laser beams on the components. It is further preferred if the transport devices are designed to the to be welded Components continuously under the two operating points of the two To move partial laser beams.

Von Vorteil ist es ferner, wenn bei der erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötvorrichtung ferner vorgesehen ist, dass die Energieverteilung, die Fokuslagenverdrehung, der Arbeitspunkteabstand und/oder ggf. die Fokuslagenhöhe der Arbeitspunkte der Teillaserstrahlen unter Berücksichtigung von Behandlungserfordernissen einer Beschichtung von zu verschweißenden Bauteilen zumindest an den Arbeitsorten der Teillaserstrahlen eingestellt sind.It is also advantageous if at the laser welding and soldering device according to the invention also it is provided that the energy distribution, the focus position rotation, the working point distance and / or the focus position height of the working points of the Considering partial laser beams of treatment requirements of a coating of components to be welded set at least at the work locations of the partial laser beams are.

Weitere vorzugsweise Ausgestaltungen der Laserschweiß- und -lötvorrichtung bestehen darin, dass zwei Bauteile längs ihren Rändern an den Kanten verschweißt werden, oder dass beim Schweißen eine Kehlnaht gebildet wird.Further preferred configurations the laser welding and soldering device consist in welding two components along their edges at the edges, or that when welding Fillet weld is formed.

Weitere bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den gesamten vorliegenden Unterlagen sowie insbesondere den jeweils abhängigen Ansprüchen und deren Kombinationen.Further preferred and / or advantageous configurations the invention result from the entire available documents and in particular the respective dependent claims and their combinations.

Die Erfindung wird anhand exemplarischer Ausführungsbeispiele nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on exemplary embodiments explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows:

1 eine schematische Prinzipskizze eines wesentlichen Teils einer Laserschweißund -lötvorrichtung zur Gestaltung von Teillaserstrahlen und mit Erläuterung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 1 1 shows a schematic basic diagram of an essential part of a laser welding and soldering device for the design of partial laser beams and with explanation of the corresponding laser welding and soldering method,

2 eine schematische Prinzipskizze verschiedener Möglichkeiten bei der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der 1 und zur Erläuterung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 2 is a schematic diagram of various options in the laser welding and soldering device according to the 1 and to explain the corresponding laser welding and soldering process,

3 eine Untersicht-Beispielaufnahme einer Kehlnahtschweißung mit der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der 1 und unter Anwendung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 3 a bottom view example of a fillet weld with the laser welding and soldering device according to the 1 and using the appropriate laser welding and soldering process,

4 eine Draufsicht-Beispielaufnahme der Kehlnahtschweißung aus der 3 mit der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der 1 und unter Anwendung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 4 a top view example of the fillet weld from the 3 with the laser welding and soldering device after 1 and using the appropriate laser welding and soldering process,

5 eine Draufsicht-Beispielaufnahme einer Laserstrahllötung mit der Laserschweißund -lötvorrichtung nach der 1 und unter Anwendung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 5 a top view example of a laser beam soldering with the laser welding and soldering device according to the 1 and using the appropriate laser welding and soldering process,

6 eine Schnittansicht-Beispielaufnahme der Laserstrahllötung aus der 5 mit der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der 1 und unter Anwendung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 6 a sectional view sample image of the laser beam soldering from the 5 with the laser welding and soldering device after 1 and using the appropriate laser welding and soldering process,

7 eine weitere Draufsicht-Beispielaufnahme der Laserstrahllötung aus der 5 mit der Laserschweiß- und -lötvorrichtung nach der 1 und unter Anwendung des entsprechenden Laserschweiß- und -lötverfahrens, 7 another top view example of the laser beam soldering from the 5 with the laser welding and soldering device after 1 and using the appropriate laser welding and soldering process,

8 eine Draufsicht-Beispielaufnahme auf eine Kehlnahtschweißung nach dem Stand der Technik mit Poren, 8th 1 shows a top view example of a fillet weld according to the prior art with pores,

9 eine Draufsicht-Beispielaufnahme auf eine Kehlnahtschweißung nach dem Stand der Technik mit schlechter Laserschweißnahtgeometrie, 9 1 shows a top view example of a fillet weld according to the prior art with poor laser weld geometry,

10 eine Draufsicht-Beispielaufnahme auf eine Kehlnahtschweißung nach dem Stand der Technik mit Schweißspritzern, 10 1 shows a top view example of a fillet weld according to the prior art with welding spatter,

11 eine Draufsicht-Beispielaufnahme auf eine Laserlötung nach dem Stand der Technik mit Schuppungen, und 11 a plan view sample image of a laser soldering according to the prior art with scaling, and

12 eine Draufsicht-Beispielaufnahme auf eine Laserlötung nach dem Stand der Technik mit Anbindungsfehlern. 12 a top view example recording of a laser soldering according to the prior art with connection errors.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren und Abbildungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche oder ähnliche oder gleich oder ähnlich wirkende Komponenten. Anhand der Darstellungen in der Zeichnung werden auch solche Merkmale deutlich, die nicht mit Bezugszeichen versehen sind, unabhängig davon, ob solche Merkmale nachfolgend beschrieben sind oder nicht. Andererseits sind auch Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung enthalten, aber nicht in der Zeichnung sichtbar oder dargestellt sind, ohne weiteres für einen Fachmann verständlich.Identical reference symbols in the individual figures and illustrations of the drawings denote identical or similar or identically or similarly acting components. Features that are not provided with reference numerals also become clear on the basis of the representations in the drawing, regardless of whether such features are described below or not. On the other hand, there are also features that are ent in this description hold, but are not visible or shown in the drawing, easily understood by a person skilled in the art.

Die 1 zeigt eine wesentliche Komponente einer Laserschweiß- und -lötvorrichtung 1 in Form einer Lasereinrichtung 2. Darüber hinaus gehören zu der Laserschweiß- und -lötvorrichtung 1 noch Transport-, Justier- und Halteeinrichtungen für zu verschweißende bzw. verlötende Bauteile. Diese Transport-, Justier- und Halteeinrichtungen betreffen nicht den Kern der vorliegenden Erfindung und können von einem Fachmann ohne weiteres aus der bestehenden Technologie gewählt oder zusammengestellt werden, ohne dass er im Sinne der vorliegenden Erfindung eigens dafür erfinderisch tätig werden müsste. Insofern wird auf diese Komponenten der Laserschweiß- und -lötvorrichtung 1 vorliegend nicht weiter eingegangen.The 1 shows an essential component of a laser welding and soldering device 1 in the form of a laser device 2 , In addition, the laser welding and soldering device 1 also includes transport, adjustment and holding devices for components to be welded or soldered. These transport, adjustment and holding devices do not relate to the essence of the present invention and can easily be selected or put together by a person skilled in the art from the existing technology, without having to be inventive in the sense of the present invention. In this respect, these components of the laser welding and soldering device 1 will not be discussed further here.

Die Lasereinrichtung 2 enthält einen zur Durchführung von Schweiß- oder Lötprozessen geeigneten Laser 3, mit dem ein Laserstrahl L erzeugt wird. Im Strahlengang des Laserstrahls L folgen dann zunächst Kollimationseinrichtungen 4, womit eine parallele Führung des Laserstrahls L, oder in anderen Worten die Formung des Laserstrahls L zu einem parallelen Strahlenbündel, bewerkstelligt wird. Dieses parallele Strahlenbündel des Laserstrahls L trifft dann auf Strahlaufteilungseinrichtungen 5, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Prisma 6 bestehen.The laser device 2 contains a laser suitable for performing welding or soldering processes 3 with which a laser beam L is generated. Collimation devices then initially follow in the beam path of the laser beam L. 4 , with which a parallel guidance of the laser beam L, or in other words the formation of the laser beam L into a parallel beam, is accomplished. This parallel beam of the laser beam L then strikes beam splitting devices 5 which in the present embodiment in a prism 6 consist.

Dieses Prisma 6 ist derart angeordnet, dass es in Richtungen quer zum Laserstrahl L verstellt werden kann, wie durch den Doppelpfeil 7 verdeutlicht ist, was der Einstellung der Energieverteilung zwischen zwei aus dem Prisma 6 austretenden Teillaserstrahlen TL1 und TL2 dient. Weiterhin ist das Prisma 6 der Strahlaufteilungseinrichtungen 5 in der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls L verstellbar, wie durch den Doppelpfeil 8 verdeutlicht ist, was der Einstellung des Arbeitspunkteabstandes X (vergleiche 2) der beiden Teillaserstrahlen TL1 und TL2 dient. Außerdem ist das Prisma 6 um eine in dem Laserstrahl L in dessen Ausbreitungsrichtung liegende Achse verdrehbar, wie durch den Doppelpfeil 9 symbolisiert ist, was dazu dient, eine Fokuslagenverdrehung der Teillaserstrahlen TL1 und TL2 einzustellen. Einzelne Beispiele dieser Einstellmöglichkeiten werden später unter Bezugnahme auf die 2 erläutert.That prism 6 is arranged in such a way that it can be adjusted in directions transverse to the laser beam L, as by the double arrow 7 clarifies what is the setting of the energy distribution between two from the prism 6 emerging partial laser beams TL1 and TL2 is used. Furthermore, the prism 6 of the beam splitting devices 5 adjustable in the direction of propagation of the laser beam L, as by the double arrow 8th It is made clear what the setting of the working point distance X (compare 2 ) of the two partial laser beams TL1 and TL2. In addition, the prism 6 can be rotated about an axis lying in the laser beam L in its direction of propagation, as by the double arrow 9 is symbolized, which serves to set a focus position rotation of the partial laser beams TL1 and TL2. Individual examples of these setting options are described later with reference to the 2 explained.

An die Strahlaufweitungseinrichtungen 5, d. h. im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Prisma 6, ist eine Spotvariationslinse 10, die exemplarisch für allgemein Prefokussiereinrichtungen steht, gekoppelt, so dass sie die Verstellungen des Prismas 6 mitmacht. Die Spotvariationslinse 10 ist dabei so bemessen und angeordnet, dass nur ein Teillaserstrahl, bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Teillaserstrahl TL2, durch sie hindurchtritt, der andere Teillaserstrahl, im Ausführungsbeispiel der 1 der Teillaserstrahl TL1, jedoch von der Spotvariationslinse 10 unbeeinflusst an dieser vorbeigeht. Zur Einstellung der Fokuslagenhöhe eines Arbeitspunktes des Teillaserstrahls TL2 ist die Spotvariationslinse 10 in Ausbreitungsrichtung des Teillaserstrahls TL2 auch gegenüber den Strahlaufteilungseinrichtungen 5, d. h. im vorliegend betrachteten Fall dem Prisma 6, verstellbar.To the beam expansion facilities 5 , ie in the present embodiment the prism 6 , is a spot variation lens 10 , which exemplarily stands for general prefocusing devices, coupled so that they adjust the prism 6 participates. The spot variation lens 10 is so dimensioned and arranged that only a partial laser beam, in which in the 1 Embodiment shown the part laser beam TL2, passes through it, the other part laser beam, in the embodiment of 1 the partial laser beam TL1, however from the spot variation lens 10 unaffected by this. The spot variation lens is used to adjust the focus position height of a working point of the partial laser beam TL2 10 in the direction of propagation of the partial laser beam TL2 also with respect to the beam splitting devices 5 , ie the prism in the present case 6 , adjustable.

Als nächste Komponente in Richtung der Strahlausbreitungsrichtung vom Laser 3 aus enthält die Lasereinrichtung 2 eine Fokussierlinse 11, die für beide Teillaserstrahlen TL1 und TL2 gemeinsam ist. Zum Austritt der beiden Teillaserstrahlen TL1 und TL2 aus der Lasereinrichtung 2 ist noch ein Schutzglas 12 vorgesehen, das Beeinträchtigungen der optischen Anordnung 13, die die Kollimationseinrichtungen 4, die Strahlaufteilungseinrichtungen 5 in Form des Prismas 6, die Spotvariationslinse 10 und die Fokussierlinse 11 umfasst, zu vermeiden.As the next component in the direction of the beam propagation direction from the laser 3 contains the laser device 2 a focusing lens 11 which is common to both partial laser beams TL1 and TL2. For the exit of the two partial laser beams TL1 and TL2 from the laser device 2 is still a protective glass 12 provided the impairment of the optical arrangement 13 that the collimation devices 4 , the beam splitter 5 in the form of the prism 6 who have favourited Spot Variation Lens 10 and the focusing lens 11 includes to avoid.

Bei der in der 1 gezeigten Ausführung mit den darin gewählten Einstellungen der Komponenten der optischen Anordnung 13 wird erreicht, dass der Teillaserstrahl TL1 auf eine Arbeitsebene E fokussiert ist, so dass sein Brennpunkt oder Spot S1 genau im Auftreffort A1 des Teillaserstrahls TL1 auf der Arbeitsebene E liegt. Der Teillaserstrahl TL2 dagegen ist so fokussiert, dass sein Fokus oberhalb der Arbeitsebene E liegt und am Auftreffort A2 des Teillaserstrahls TL2 ein aufgeweiteter Spot S2 gebildet wird.At the in the 1 shown execution with the selected settings of the components of the optical arrangement 13 it is achieved that the partial laser beam TL1 is focused on a working plane E, so that its focal point or spot S1 lies exactly in the impact point A1 of the partial laser beam TL1 on the working plane E. The partial laser beam TL2, on the other hand, is focused in such a way that its focus lies above the working plane E and a widened spot S2 is formed at the impact point A2 of the partial laser beam TL2.

Ohne Beschränkung ist beim Ausführungsbeispiel gemäß der 1 als Strahlaufteilungseinrichtungen 5 ein Prisma genutzt und angegeben. Es sind jedoch auch andere Strahlaufteilungseinrichtungen, insbesondere allgemein Keile, einsetzbar, wenngleich das Prisma 6 eine besonders wirkungsvolle und einfache Lösung für die Strahlaufteilungseinrichtungen 5 darstellt.In the exemplary embodiment according to FIG 1 as beam splitting devices 5 a prism used and specified. However, other beam splitting devices, in particular wedges in general, can also be used, although the prism 6 a particularly effective and simple solution for the beam splitting devices 5 represents.

Die einzelnen Verstellmöglichkeiten der Komponenten der optischen Anordnung 13, d. h. die Verstellmöglichkeiten des Prismas 6 und der Spotvariationslinse 10 werden durch geeignete Mechaniken realisiert, die vorzugsweise elektrisch betrieben und besonders bevorzugt elektronisch gesteuert werden. Die Realisierung solcher Antriebe und Steuerungen gehört nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung und kann von einem Fachmann ohne weiteres aus den bestehenden Möglichkeiten ausgewählt und umgesetzt werden, ohne dass er dafür eigens erfinderisch tätig werden müsste. Ein entsprechendes Eingehen auf diese Mechaniken, Antriebe und Steuerungen erübrigt sich daher hier.The individual adjustment options of the components of the optical arrangement 13 , ie the adjustment options of the prism 6 and the spot variation lens 10 are realized by suitable mechanics, which are preferably operated electrically and particularly preferably controlled electronically. The realization of such drives and controls is not part of the core of the present invention and can be selected and implemented by a person skilled in the art from the existing possibilities without having to be inventive. A corresponding discussion of these mechanics, drives and controls is therefore not necessary here.

In der 2 sind exemplarisch zwei unterschiedliche Fokuseinstellungen, nämlich links in der Abbildung die Fokuseinstellung 1 und rechts in der Abbildung die Fokuseinstellung 2 dargestellt, um die Wirkungsweise der optischen Anordnung 13, für die stellvertretend jeweils nur die Fokussierlinse 11 dargestellt ist und die in der Abbildung allgemein als "Optik" bezeichnet wird, zu verdeutlichen.In the 2 are examples of two different focus settings, namely the focus setting on the left in the illustration 1 and the focus setting on the right in the illustration 2 shown to the operation of the optical arrangement 13 , for which only the focusing lens is representative 11 is shown and which is generally referred to in the figure as "optics".

Wie auch schon aus der 1 deutlich wird, ist auch bei den Einstellvarianten gemäß der 2 zu erkennen, dass die Lasereinrichtung 2 und genauer deren optische Anordnung oder Bearbeitungsoptik 13 zwei Spots S1 und S2 an den jeweiligen Auftrefforten A1 und A2 in der Arbeitsebene E auf zu verschweißenden oder verlötenden Werkstücken projiziert. Gemäß den Merkmalen der erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötvorrichtung 1 können die Fokuspositionen und die Leistungsverteilung sowie die Arbeitspunktelage (oder Lage der Auftrefforte) und der Arbeitspunkteabstand eingestellt werden.As already from the 1 it becomes clear is also in the setting variants according to the 2 to recognize that the laser device 2 and more precisely their optical arrangement or processing optics 13 two spots S1 and S2 are projected onto the respective impact points A1 and A2 in the working plane E on workpieces to be welded or soldered. According to the features of the laser welding and soldering device according to the invention 1 the focus positions and the power distribution as well as the working point position (or position of the impact point) and the working point distance can be set.

Beispielsweise sei bei den beiden in der 2 dargestellten Einstellvarianten die Leistungsverteilung zwischen den beiden Spots S1 und S2 so eingestellt, dass im Spot S1 65 % der Gesamtleistung und im Spot S2 35 % der Gesamtleistung des Lasers 3 auf den jeweiligen Auftreffort oder Arbeitspunkt A1 bzw. A2 gelangt. Durch Verdrehen des Prismas 6 (siehe 1) gemäß. dem Doppelpfeil 9 ist eine Drehverstellung der beiden Spots S1 und S2 im Bezug auf eine Bearbeitungsrichtung einstellbar, wie zum Beispiel in der Art, dass der Sport S2 um 15° versetzt nachläuft.For example, for the two in the 2 Setting variants shown set the power distribution between the two spots S1 and S2 so that 65% of the total power in the spot S1 and 35% of the total power of the laser in the spot S2 3 reaches the respective impact point or working point A1 or A2. By turning the prism 6 (please refer 1 ) according to. the double arrow 9 a rotation adjustment of the two spots S1 and S2 can be adjusted with respect to a machining direction, for example in such a way that the Sport S2 runs after offset by 15 °.

Weiterhin kann die Fokuslage des Teillaserstrahls TL2 durch entsprechendes Einstellen der Sportvariationslinse 10 in der Höhe (Z-Richtung) variiert werden, wie aus dem Vergleich der beiden Einstellungen zur Fokuseinstellung 1 und zur Fokuseinstellung 2 in der Abbildung der 2 links bzw. rechts deutlich wird. Bei der Fokuseinstellung 2 liegt der Fokus des Teillaserstrahls TL2 höher, so dass der Spot S2 einen größeren Durchmesser d2 gegenüber dem Durchmesser d1 des Spots S2 bei der Fokuseinstellung 1 hat. Die Energie des Teillaserstrahls TL2 wird somit bei der Fokuseinstellung 2 gegenüber der Fokuseinstellung 1 auf eine größere Fläche abgegeben und ist daher pro Flächeneinheit geringer.Furthermore, the focus position of the partial laser beam TL2 can be adjusted by adjusting the sport variation lens accordingly 10 can be varied in height (Z direction), as from the comparison of the two settings for the focus setting 1 and focus adjustment 2 in the illustration of the 2 left or right becomes clear. When focusing 2 the focus of the partial laser beam TL2 is higher, so that the spot S2 has a larger diameter d2 compared to the diameter d1 of the spot S2 when the focus is adjusted 1 Has. The energy of the partial laser beam TL2 is thus at the focus setting 2 versus the focus setting 1 given to a larger area and is therefore less per unit area.

Schließlich kann noch, wie bereits weiter oben angegeben wurde, der Arbeitspunkteabstand, das heißt der Abstand der Auftrefforte A1 und A2 der Teillaserstrahlen TL1 und TL2 oder anders ausgedrückt der Abstand der Spots S1 und S2 durch Verstellung des Prismas 6 in der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls L verstellt werden. Das Maß hierfür ist in der 1 lediglich zur Verdeutlichung mit dem Abstand X bezeichnet.Finally, as already stated above, the working point distance, that is to say the distance between the incidence points A1 and A2 of the partial laser beams TL1 and TL2 or, in other words, the distance between the spots S1 and S2 by adjusting the prism 6 can be adjusted in the direction of propagation of the laser beam L. The measure of this is in the 1 designated by the distance X for clarity only.

Nicht zwingend erforderlich, aber mit Vorteil ist vorgesehen, dass, wie bei dem Ausführungsbeispiel in den 1 und 2, das Prisma 6 der Strahlaufteilungseinrichtungen 5 ein dreiseitiges Prisma ist, von dem zwei Seiten dem einfallenden Laserstrahl L zugewandt sind und die Teillaserstrahlen TL1 und TL2 aus der dritten Seite austreten. Weiterhin nicht beschränkend, aber bevorzugt ist es, wenn das Prisma bezüglich der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls L achsensymmetrisch ist, d. h. wenn die zwei dem einfallenden Laserstrahl L zugewandten Seiten des dreiseitigen Prismas um gleiche Beträge, aber in entgegensätzliche Richtungen zum einfallenden Laserstrahl L geneigt sind. Ebenfalls bevorzugt, aber nicht zwingend ist das Prisma 6 so angeordnet, dass eine Prismenkante dem einfallenden Laserstrahl L zugewandt ist und quer zu diesem verläuft.Not absolutely necessary, but it is advantageously provided that, as in the exemplary embodiment in FIGS 1 and 2 , the prism 6 of the beam splitting devices 5 is a three-sided prism, two sides of which face the incident laser beam L and the partial laser beams TL1 and TL2 emerge from the third side. Furthermore, it is not restrictive, but it is preferred if the prism is axially symmetrical with respect to the direction of propagation of the laser beam L, ie if the two sides of the three-sided prism facing the incident laser beam L are inclined by the same amount, but in opposite directions to the incident laser beam L. The prism is also preferred, but not mandatory 6 arranged so that a prism edge faces the incident laser beam L and runs transverse to it.

Die Spotvariationslinse 10 kann generell Bestandteil von Prefokussiereinrichtungen sein, für die daher stellvertretend auch das Bezugszeichen 10 verwendet wird. Die Prefokussiereinrichtungen 10 können als Spotvariationslinse eine einzelne Sammellinse enthalten, die parallel zum Teillaserstrahl TL2 gemäß dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verstellt werden kann, um die Fokuslagenhöhe des Teillaserstrahls TL2 einzustellen.The spot variation lens 10 can generally be part of prefocusing devices, for which the reference symbol is therefore also representative 10 is used. The prefocusing devices 10 can contain a single converging lens as the spot variation lens, which is parallel to the partial laser beam TL2 according to the in the 1 and 2 shown embodiment can be adjusted to adjust the focus position height of the partial laser beam TL2.

Zwar ist weiter oben angegeben, dass Transport-, Justier- und Halteeinrichtungen inklusive jeweiliger Steuerungen nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung gehören und daher auch nicht gesondert beschrieben werden, jedoch ist es vorteilhaft, wenn insbesondere die Transporteinrichtungen hinsichtlich ihrer Arbeitsweise und Steuerung auf die Funktion der Lasereinrichtung 2 abgestimmt sind. In Abhängigkeit von der Arbeitsweise des Lasers 3 ist insbesondere eine kontinuierliche Bewegung von zu verschweißenden Bauteilen unter den beiden Arbeitspunkten oder Auftrefforten A1 und A2 der Teillaserstrahlen TL1 und TL2 vorgesehen.Although it is stated further above that transport, adjustment and holding devices, including respective controls, do not form part of the essence of the present invention and are therefore not described separately, it is advantageous if, in particular, the transport devices with regard to their functioning and control relate to the function of the laser device 2 are coordinated. Depending on how the laser works 3 In particular, a continuous movement of components to be welded is provided under the two working points or impact points A1 and A2 of the partial laser beams TL1 and TL2.

Mit der erfindungsgemäßen Laserschweiß- und -lötvorrichtung 1 lassen sich beliebige Schweiß- und Lötnähte erzeugen, insbesondere Kehlnähte, Fügenähte und Bördelnähte, ohne damit eine beschränkende Aufzählung zu beabsichtigen.With the laser welding and soldering device according to the invention 1 can be any welding and Generate solder seams, especially fillet welds, seams and Flared seams without thus a restrictive enumeration to intend.

Aus der gesamten vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 und 2 ist ersichtlich, dass jeweilige Vorrichtungsmerkmale zu entsprechenden Verfahrensschritten führen und in gleicher Weise erläuterte Verfahrensschritte auf der Basis von geeigneten Vorrichtungsmerkmalen erfolgen. Insofern sind sowohl das Laserschweiß- und -lötverfahren, als auch die Laserschweiß- und -lötvorrichtung hinsichtlich jeglicher Ausgestaltungen und Merkmale sowie Merkmalskombinationen offenbart, indem die gegenseitigen Übertragungen von Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmalen berücksichtigt werden.From the entire above description of the embodiment according to the 1 and 2 it can be seen that respective device features lead to corresponding method steps and method steps explained in the same way take place on the basis of suitable device features. In this respect, both the laser welding and soldering method and the laser welding and soldering device are disclosed with regard to any configurations and features as well as combinations of features by taking into account the mutual transmissions of process and device features.

In den 3 und 4 sind Versuchsergebnisse einer Laserstrahlschweißung mit der erfindungsgemäßen Laserschweißvorrichtung 1 gezeigt. Es wurde eine Kehlnaht 14 zur Verbindung zweier zinkbeschichteter Blechteile 15 und 16 erzeugt. Bei dieser Kehlnahtschweißung (d. h. 0-Spalt) sind keine Poren, keine Schweißspritzer und keine Anbindefehler aufgetreten.In the 3 and 4 are experimental results of laser beam welding with the laser welding device according to the invention 1 shown. It became a fillet weld 14 for connecting two zinc-coated sheet metal parts 15 and 16 generated. With this fillet weld (ie 0-gap) there were no pores, no weld spatter and no connection errors.

Ein weiteres Versuchsergebnis, diesmal von einem Laserstrahllöten mit der erfindungsgemäßen Laserstrahllötvorrichtung 1 ist in den 5, 6 und 7 verdeutlicht. Hier sind jeweils zwei Blechteile 15 und 16 mit einer Lötnaht 17 verbunden. Wie sich aus der Draufsicht der 5 ergibt, werden glatte Oberflächen der Lötnaht 17 erhalten, so dass höchste Qualitätsansprüche erfüllt sind. Die Schnittansicht in der 6 verdeutlicht, dass es auch bei dem Oberblech, d. h. dem Blechteil 15, zu einer sauberen Lötüberdeckung 18 der Lötnaht 17 kommt. Damit wird eine Optimierung der Festigkeit erreicht, da eine derartige Lötnahtgeometrie die Festigkeit der erzeugten Fügenaht steigert. Die Darstellung in der 7 verdeutlicht schließlich, dass die hier sichtbare Lötnaht 17 in Form einer Bördelnaht keine Schuppungen oder Anbindefehler aufweißt und somit ihre Dichtigkeit gegeben ist.Another test result, this time of laser beam soldering with the laser beam soldering device according to the invention 1 is in the 5 . 6 and 7 clarified. Here are two sheet metal parts 15 and 16 with a solder seam 17 connected. As can be seen from the top view of the 5 results in smooth surfaces of the solder seam 17 received so that the highest quality standards are met. The sectional view in the 6 clarifies that the top plate, ie the sheet metal part 15 , for a clean solder coverage 18 the solder seam 17 comes. This achieves an optimization of the strength, since such a solder seam geometry increases the strength of the joint that is produced. The representation in the 7 finally clarifies that the solder seam visible here 17 in the form of a flanged seam, no shingles or connection errors are welded on, thus ensuring their tightness.

In den 8 bis 10 sind Problematiken bei herkömmlichen Laserschweißverfahren anhand von Tests verdeutlicht. So zeigt die Abbildung in der 8 Effekte des Zinkentgasungsproblems beim herkömmlichen Laserschweißen von mit Zink beschichteten Blechteilen 15 und 16, wobei ersichtlich ist, dass die Schweißnaht eine auf die Zinkentgasung durch die Schmelze zurückzuführende Oberfläche mit Poren 19 aufweißt. In der 9 sind Probleme mit der Laserschweißnahtgeometrie aufgetreten und gezeigt. Eine Anbindung des Unterblechs in Form des Blechteils 16 durch die Schweißnaht 14 ist nicht gegeben (siehe an der Spitze des Pfeils zum Bezugszeichen 14). Ferner sind bei dem in der 10 dargestellten Test Schweißspritzer 20 aufgetreten, die den weiteren Produktionsablauf stören würden und daher einen Nacharbeitsbedarf der Oberflächen hervorrufen.In the 8th to 10 Problems with conventional laser welding processes are clarified using tests. The illustration in the 8th Effects of the zinc degassing problem in conventional laser welding of zinc coated sheet metal parts 15 and 16 , it being evident that the weld seam has a surface with pores which can be attributed to the zinc degassing by the melt 19 aufweißt. In the 9 problems with the laser weld seam geometry have occurred and are shown. A connection of the lower plate in the form of the sheet metal part 16 through the weld 14 is not given (see at the top of the arrow for the reference symbol 14 ). Furthermore, in the 10 shown test weld spatter 20 occurred, which would disrupt the further production process and therefore cause reworking of the surfaces.

Wesentliche Probleme beim herkömmlichen Laserlöten sind durch Testergebnisse gemäß den Abbildungen in den 11 und 12 verdeutlicht. Bei der Laserlötung, deren Ergebnis in der 11 gezeigt ist, wurde durch Anwendung herkömmlicher Verfahren eine unruhige Oberfläche der Lötnaht 17 unter Erzeugung einer Schuppung 21 erhalten. Im Sichtbereich müssen derartige Schuppungen 21 aufwendig nachgearbeitet werden. Bei dem Test, der zu dem in der 12 gezeigten Ergebnis führte, traten beim herkömmlichen Laserlöten Anbindefehler auf, die durch das Ende des Pfeils des Bezugzeichens 17 für die Lötnaht bezeichnet sind. Solche Anbindefehler führen zu Undichtigkeiten und verschlechtern die Fügenahtqualität.Significant problems with conventional laser soldering are caused by test results as shown in the figures 11 and 12 clarified. In laser soldering, the result of which in 11 an uneven surface of the solder seam was shown using conventional methods 17 producing a scaling 21 receive. Such scaling must be visible 21 be elaborately reworked. In the test that goes to that in the 12 As shown in the result, there were connection errors in conventional laser soldering, indicated by the end of the arrow of the reference symbol 17 are designated for the solder seam. Such connection errors lead to leaks and deteriorate the seam quality.

Zusammenfassend werden mit der vorliegenden Erfindung Verfahren und Vorrichtungen zum Laserschweißen und Laserlöten geschaffen, womit eine Verbesserung des Schweißergebnisses insbesondere an vergüteten Stahlblechen, speziell an zinkbeschichteten Stahlblechen erreicht wird. Durch die vorliegende Erfindung werden verfahrens- und vorrichtungsmäßig die geeigneten Mittel angegeben, um überragende Schweiß- und Lötergebnisse zu erhalten.In summary, with the present Invention Methods and devices for laser welding and laser soldering created, which improves the welding result in particular tempered Steel sheets, especially achieved on zinc coated steel sheets becomes. With the present invention, the method and device appropriate means specified to be outstanding welding and soldering results to obtain.

Die vorstehenden und in den Zeichnungen wiedergegebenen Merkmale und Merkmalskombinationen der Ausführungsbeispiele dienen lediglich der exemplarischen Verdeutlichung der Erfindung und nicht deren Beschränkung. Der Offenbarungsumfang der vorliegenden gesamten Unterlagen ist durch das bestimmt, was für den Fachmann ohne weiteres in den Ansprüchen, aber auch aus der Beschreibung und der Zeichnung unter Einbeziehung seines Fachwissens und insbesondere auch des in der Beschreibungseinleitung angegebenen Standes der Technik, soweit mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung kombinierbar, entnehmbar ist und/oder verstanden wird. Insbesondere umfasst die Erfindung ferner alle Variationen, Modifikationen, Kombinationen und Substitutionen, die der Fachmann dem gesamten Offenbarungsumfang der vorliegenden Unterlagen entnehmen kann. Insbesondere sind alle einzelnen Merkmale und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung und ihrer Ausführungsbeispiele kombinierbar.The above and reproduced in the drawings Features and combinations of features of the exemplary embodiments only serve the exemplary clarification of the invention and not its Restriction. The scope of the disclosure of the entire documentation is determined by what the specialist in the claims, but also from the description and the drawing, including his specialist knowledge and in particular also the state of the specified in the introduction to the description Technology, so far with the principles of the present invention can be combined, removed and / or is understood. In particular, the invention further includes all Variations, modifications, combinations and substitutions that the specialist the entire scope of disclosure of the present documents can see. In particular, all individual features and design options are the invention and its embodiments combined.

11: Laserschweiß- und -lötvorrichtungLaser welding and soldering device
22: Lasereinrichtunglaser device
33: Laserlaser
44: Kollimationseinrichtungencollimators
55: StrahlaufteilungseinrichtungenBeam splitting devices
66: Prismaprism
77: Doppelpfeildouble arrow
88th: Doppelpfeildouble arrow
99: Doppelpfeildouble arrow
1010: Prefokussiereinrichtungen, SpotvariationslinsePrefokussiereinrichtungen, Spot varying lens
1111: Fokussierlinsefocusing lens
1212: Schutzglasprotective glass
1313: optische Anordnungoptical arrangement
1414: Kehlnahtfillet
1515: Blechteilsheet metal part
1616: Blechteilsheet metal part
1717: Lötnahtsoldered seam
1818: Lotüberdeckungbraze coverage
1919: Porenpore
2020: Schweißspritzerspatter
2121: Schuppungdesquamation
A1A1: Auftreffortimpingement
A2A2: Auftreffortimpingement
BB: Bearbeitungsrichtungmachining direction
Ee: Arbeitsebeneworking level
d1d1: SpotdurchmesserSpot diameter
d2d2: SpotdurchmesserSpot diameter
LL: Laserstrahllaser beam
S1S1: Spotcommercial
S2S2: Spotcommercial
TL1TL1: Teillaserstrahldivisional laser
TL2TL2: Teillaserstrahldivisional laser
XX: Spotabstand in Bearbeitungsrichtungspot distance in the machining direction
ZZ: Höhenrichtung über den WerkstückenHeight direction over the workpieces

Claims

Laser welding and soldering method, wherein a laser beam is divided into at least two separately focusable partial laser beams by means of a variable optical arrangement with a lens system, and wherein the division of the intensity and the definition of the point of incidence of the partial laser beams are too processing components is set by the variable optical arrangement, characterized in that the means by means of beam splitting devices ( 5 ) generated partial laser beams (TL1, TL2) by setting the beam splitting devices ( 5 ) with regard to their energy distribution, with regard to their focus position rotation and / or with regard to their working point distance (X).

Laser welding and soldering method according to claim 1, characterized in that a prism ( 6 ) of the beam splitting devices ( 5 ) is adjusted transversely to the laser beam (L) in order to adjust the energy distribution of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering method according to claim 1 or 2, characterized in that a prism ( 6 ) of the beam splitting devices ( 5 ) is rotated around an axis parallel to the laser beam (L) in order to adjust the focus position rotation of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering method according to one of the preceding claims, characterized in that a prism ( 6 ) of the beam splitting devices ( 5 ) is adjusted parallel to the laser beam (L) in order to set the working point distance (X) of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering method according to one of claims 2 to 4, characterized in that as a prism ( 6 ) a three-sided prism ( 6 ) is used, from which two sides face the incident laser beam (L) and the partial laser beams (TL1, TL2) emerge from the third side.

Laser welding and soldering method according to claim 5, characterized in that the two sides of the three-sided prism (facing the incident laser beam (L) ( 6 ) by equal amounts, but inclined in opposite directions to the incident laser beam (L).

Laser welding and soldering method according to claim 5 or 6, characterized in that the prism ( 6 ) is arranged so that a prism edge faces the incident laser beam (L) and runs transversely to it.

Laser welding and soldering method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of prefocusing devices ( 10 ) the focus position height of the working point of this partial laser beam (TL2) is set in the beam path of a partial laser beam (TL2).

Laser welding and soldering method according to claim 8, characterized in that a converging lens ( 10 ) of the prefocusing devices is adjusted parallel to the partial laser beam (TL2) in order to adjust the focus position height of the working point (A2) of this partial laser beam (TL2).

laser welding and soldering processes according to one of the preceding claims, characterized in that to be welded Components at least approximately in the direction of the distance (X) between the two working points (A1, A2) of the two partial laser beams (TL1, TL2) are moved while the partial laser beams (TL1, TL2) act on the components.

laser welding and soldering processes according to claim 10, characterized in that the components to be welded continuously under the two working points (A1, A2) of the two Partial laser beams (TL1, TL2) are moved.

laser welding and soldering processes according to one of the preceding claims, characterized in that to be welded Components to be welded Place before welding are at least partially provided with a coating which have a lower melting point than the rest of the components.

laser welding and soldering processes according to claim 12, characterized in that the coating Contains zinc or consists of it.

laser welding and soldering processes according to claim 12 or 13, characterized in that the components to be welded at least in the area of the points to be welded on both sides the coating.

laser welding and soldering processes according to one of the claims 12 to 14, characterized in that the energy distribution that Focus position rotation, the working point distance (X) and / or possibly the focus position height the working points (A1, A2) of the partial laser beams (TL1, TL2) below Consideration of Treatment requirements of the coating is set.

laser welding and soldering processes according to one of the preceding claims, characterized in that the two components are along their edges welded the edges become.

laser welding and soldering processes according to one of the claims 1 to 15, characterized in that a Fillet weld is formed.

Laser welding and soldering device with a variable optical arrangement with a lens system, which is designed to split a laser beam into at least two separately focusable partial laser beams and the division of the intensity and the definition of the impact point of the partial laser beams to be set on components to be machined, characterized in that, for generating the partial laser beams (TL1, TL2), beam splitting devices ( 5 ) are provided, which are adjustable so that the generated partial laser beams (TL1, TL2) are adjusted with regard to their energy distribution, with regard to their focus position rotation and / or with regard to their working point distance (X).

Laser welding and soldering device according to claim 18, characterized in that the beam splitting devices ( 5 ) a prism ( 6 ) included, which is adjustable across the laser beam (L) to adjust the energy distribution of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering device according to claim 18 or 19, characterized in that the beam splitting devices ( 5 ) a prism ( 6 ) included, which can be rotated about an axis parallel to the laser beam (L) in order to adjust the focus position rotation of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering device according to one of claims 18 to 20, characterized in that the beam splitting devices ( 5 ) a prism ( 6 ) included, which is adjusted parallel to the laser beam (L) to adjust the working point distance (X) of the partial laser beams (TL1, TL2).

Laser welding and soldering device according to one of claims 19 to 21, characterized in that the prism ( 6 ) a three-sided prism ( 6 ), from which two sides face the incident laser beam (L) and the partial laser beams (TL1, TL2) emerge from the third side.

Laser welding and soldering device according to claim 22, characterized in that the two sides of the three-sided prism (facing the incident laser beam (L) ( 6 ) by equal amounts, but inclined in opposite directions to the incident laser beam (L).

Laser welding and soldering device according to claim 22 or 23, characterized in that the prism ( 6 ) is arranged so that a prism edge faces the incident laser beam (L) and runs transversely to it.

Laser welding and soldering device according to one of claims 18 to 24, characterized in that in the beam path of a partial laser beam (TL2) prefocusing devices ( 10 ) are provided, by means of which the focus position height of the working point (A2) of this partial laser beam (TL2) can be adjusted.

Laser welding and soldering device according to claim 25, characterized in that the prefocusing means a converging lens ( 10 ) included, which is adjustable parallel to the partial laser beam (TL2) in order to adjust the focus position height of the working point (A2) of this partial laser beam (TL2).

laser welding and soldering device according to one of the claims 18 to 26, characterized in that transport devices are provided are to be welded Components at least approximately in the direction of the distance (X) between the two working points (A1, A2) of the two partial laser beams (TL1, TL2) to move while the Partial laser beams (TL1, TL2) act on the components.

laser welding and soldering device according to claim 27, characterized in that the transport devices are designed to continuously weld the components under the two operating points (A1, A2) of the two partial laser beams (TL1, TL2) to move.

laser welding and soldering device according to one of the claims 18 to 28, characterized in that the energy distribution that Focus position rotation, the working point distance (X) and / or if necessary Focus position height taking into account the operating points of the partial laser beams (TL1, TL2) of treatment requirements of a coating of components to be welded at least at the work locations (A1, A2) of the partial laser beams (TL1, TL2) are set.

laser welding and soldering device according to one of the claims 18 to 29, characterized in that two components along their edges welded at the edges become.

laser welding and soldering device according to one of the claims 18 to 29, characterized in that a Fillet weld is formed.