DE10344082B4

DE10344082B4 - Process for the laser processing of coated sheets and coated sheet metal

Info

Publication number: DE10344082B4
Application number: DE10344082A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. Becker; Klaus Dipl.-Ing. Goth; Mike Dipl.-Ing. Pälmer (FH); Claus-Dieter Dipl.-Ing. Reiniger; Daniel Dipl.-Ing. Zauner (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: DE10344082A1

Abstract

Verfahren zur Laserbearbeitung eines beschichteten Bleches (1), wobei eine Erwärmung mittels des Laserstrahls derart erfolgt, daß die Beschichtung (2) auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite des Bleches (1) verdampft,
wobei die Entschichtung (20) partiell an vorgebbaren Positionen erfolgt,
wobei auf mindestens einer partiell entschichteten oder zu entschichtenden Seite des Bleches (1)
mindestens eine aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung (3) mittels eines Laserstrahls erzeugt wird,
wobei der Hauptvorschubrichtung des Laserstrahls eine transversale Bewegungskomponente so überlagert wird,
dass die Beschichtung (2) zumindest auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite des Bleches (1) derart verdampft, dass der entschichtete Bereich (20) die Form einer darüber zu schweißenden Naht (4) zuzüglich einer vorgebbaren Überbreite annimmt.Method for laser processing a coated sheet (1), wherein heating by means of the laser beam takes place in such a way that the coating (2) evaporates on the side of the sheet (1) facing the laser beam,
wherein the stripping (20) takes place partially at predetermined positions,
wherein on at least one partially stripped or to be stripped side of the sheet (1)
at least one topography change (3) projecting from the surface is generated by means of a laser beam,
wherein the main feed direction of the laser beam is superimposed on a transverse movement component,
the coating (2) evaporates at least on the side of the metal sheet (1) facing the laser beam in such a way that the stripped region (20) takes the form of a seam (4) to be welded over it, plus a predeterminable excess width.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Laserbearbeitung von beschichteten Blechen nach den Oberbegriffen des Patentanspruchs 1 sowie ein beschichtetes Blech nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5. Derartige Verfahren und Bleche sind bereits aus der JP-04231190 A, JP-11047967 A, DE 4407190 A1 , DE 10135611 A1 , DE 69710761 T2 und DE 19900910 A1 bekannt.The invention relates to a method for laser processing of coated sheets according to the preambles of patent claim 1 and a coated sheet according to the preamble of claim 5. Such methods and sheets are already known from JP-04231190 A, JP-11047967 A, DE 4407190 A1 . DE 10135611 A1 . DE 69710761 T2 and DE 19900910 A1 known.

Bei vielen beschichteten Blechen, insbesondere bei Zink- und organisch beschichteten Blechen wie sie in der Automobilindustrie Verwendung finden, weist das Beschichtungsmaterial einen deutlich niedrigeren Siedepunkt auf als der Schmelzpunkt des Blechmaterials. Dadurch kommt es beim Laserschweissen derartiger Bleche im Überlapp-Stoß zu explosionsartigen Verdampfungen von Beschichtungsmaterial, welche geschmolzenen Blechwerkstoff mitreißen und die Qualität der Verbindung stark beeinträchtigen.in many coated sheets, especially in zinc and organic coated sheets as used in the automotive industry find, the coating material has a significantly lower Boiling point as the melting point of the sheet material. Thereby When laser welding of such sheets in the overlap shock it comes to explosive Evaporation of coating material containing molten sheet metal thrill and the quality strongly affect the connection.

Deshalb wurde bereits in der JP-04231190 A vorgeschlagen, zwei Bleche spaltfrei übereinander zu positionieren und dann zunächst mittels eines ersten Laserstrahls bis zur Verdampfung der Beschichtung zu erwärmen und anschließend die entschichteten Bleche mittels eines zweiten Laserstrahls zu verschweißen. Beide Laserstrahlen und Ihre zugehörigen optischen Einrichtungen werden mittels eines Roboters geführt.Therefore has already been proposed in JP-04231190 A, two plates without a gap to each other position and then first by means of a first laser beam until evaporation of the coating to warm up and subsequently the stripped metal sheets by means of a second laser beam weld. Both laser beams and their associated optical devices are guided by a robot.

Nachteilig daran ist einerseits der umfangreiche apparative Aufwand für die beiden erforderlichen optischen Systeme. Andererseits kann der Energieeintrag, der zum Verdampfen der Beschichtungen zweier Bleche durch das dem Laserstrahl zugewandte Blech eingebracht werden muss, abhängig von der Zusammensetzung und der Dicke des dem Laserstrahl zugewandten Bleches zu lokalem Verzug führen, der bei hohen Genauigkeitsanforderungen nicht toleriert werden kann.adversely this is on the one hand the extensive equipment expense for the two required optical systems. On the other hand, the energy input, for evaporating the coatings of two sheets by the Laser beam facing sheet metal must be introduced, depending on the composition and the thickness of the laser beam facing Lead sheets to local distortion, which can not be tolerated at high accuracy requirements.

In der DE 10135611 A1 wird ein Verfahren offenbart, bei dem zwei zu verschweißende beschichtete Bleche an vorbestimmten Positionen mittels eines Sandstrahls oder thermischen Strahlmittels entschichtet und dann über den entschichteten Bereichen verschweißt werden. Hierzu wird eine Stahlmitteldüse der Schweißelektrode vorgeschaltet und mit dieser von einem Roboter entlang der nachfolgenden Schweißnaht geführt. Alternativ kann ein Laser als thermisches Strahlmittel eingesetzt werden. Somit ist die Breite des entschichteten Bereichs bereits vorab durch die Fokussierung des Lasers respektive die Breite des Laserbrennflecks und seine Anordnung relativ zur Schweißelektrode fest vorgegeben.In the DE 10135611 A1 discloses a method in which two coated sheets to be welded are delaminated at predetermined positions by means of a sandblast or thermal blast and then welded over the stripped portions. For this purpose, a Stahlmitteldüse the welding electrode is connected upstream and guided with this by a robot along the subsequent weld. Alternatively, a laser can be used as a thermal blasting agent. Thus, the width of the stripped area is already predetermined in advance by the focusing of the laser or the width of the laser focal spot and its arrangement relative to the welding electrode.

In der DE 4407190 A1 wird ein Verfahren offenbart, bei dem ebenfalls eine Laserstrahl zur Entschichtung eingesetzt wird und zwar derart, dass der Laser mittels einer Zylinderoptik strichartig fokussiert wird und pro Lasertakt damit eine Entschichtung erzeugt. Die Form einer solchen Entschichtung ist zwingend rändelungsartig und quer zu einer später anzubringenden Schweißnaht angeordnet.In the DE 4407190 A1 discloses a method in which a laser beam is also used for stripping, in such a way that the laser is focused by means of a cylinder optics in a line-like manner and thus produces a delamination per laser cycle. The shape of such stripping is necessarily knurling-like and arranged transversely to a weld to be attached later.

In der DE 69710761 T2 wird ebenfalls eine Entschichtung mit einem Laserstrahl vorgeschlagen. Nachfolgend erfolgt ein Schweißprozess, jedoch nicht mittels eines Lasers, sondern mittels Widerstandsschweißens. In der In der JP-11047967 wird ein Schweißverfahren offenbart, bei dem Oberflächenänderungen mit einem Laserstrahl erzeugt werden. In der DE 19900910 A1 wird ein Verfahren zur Reinigung technischer Oberflächen, insbesondere von Vulkanisierformen, offenbart.In the DE 69710761 T2 A stripping with a laser beam is also proposed. This is followed by a welding process, but not by means of a laser, but by resistance welding. JP-11047967 discloses a welding method in which surface changes are generated with a laser beam. In the DE 19900910 A1 discloses a method for cleaning technical surfaces, in particular vulcanization molds.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Laserbearbeitung von beschichteten Blechen sowie ein beschichtetes Blech anzugeben, bei denen Verzug minimiert oder ganz ausgeschlossen ist.The The object of the present invention is a method for the laser processing of coated sheets as well as a coated sheet metal indicate where delay is minimized or completely excluded.

Die Erfindung ist in Bezug auf das zu schaffende Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. In Bezug auf das zu schaffende Blech ist die Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Bleches.The Invention is related to the process to be created by the Characteristics of claim 1 reproduced. Regarding the to be created Sheet metal is the invention by the features of claim 4 played. The other claims contain advantageous Embodiments and developments of the method according to the invention and sheets.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein zu verschweissendes, beschichtetes Blech zunächst an vorgebbaren Positionen mittels des Laserstrahls auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite durch Erwärmung bis zum Verdampfen der Beschichtung entschichtet wird, und dass auf mindestens einer partiell entschichteten oder zu entschichtenden Seite des Bleches mindestens eine aus der Oberfläche herausragende Topographieänderung mittels eines Laserstrahls erzeugt wird,
wobei der Hauptvorschubrichtung des Laserstrahls eine transversale Bewegungskomponente so überlagert wird,
dass die Beschichtung zumindest auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite des Bleches derart verdampft, dass der entschichtete Bereich die Form einer darüber zu schweißenden Naht zuzüglich einer vorgebbaren Überbreite annimmt.The object is achieved with respect to the process to be created according to the invention that a verschweißendes coated sheet is first stripped to predetermined positions by means of the laser beam on the side facing the laser beam by heating to evaporation of the coating, and that at least one partially stripped or To be stripped side of the sheet at least one outstanding from the surface topography change is generated by means of a laser beam,
wherein the main feed direction of the laser beam is superimposed on a transverse movement component,
the coating evaporates at least on the side of the metal sheet facing the laser beam in such a way that the stripped region assumes the shape of a seam to be welded above plus a prescribable excess width.

Dabei dient die herausragende Topographieänderung bei einem späteren Verschweissen von mindestens zwei beschichteten Blechen in ihrer Umgebung lokal als Abstandhalter für die Ausbildung eines Spaltes, in den das verdampfende Beschichtungsmaterial entweichen kann. Die Kombination von entschichteten Bereichen und solchen mit Topographieänderung ist zum Beispiel für beschichtete Bleche mit komplexerer Geometrie vorteilhaft. In einem solchen Fall können ebene Bereiche mit Abstandhaltern in Form von Topographieänderungen versehen werden und so dort ein fehlerfreies Verschweissen ermöglichen. Gekrümmte Bereiche werden jedoch besser partiell entschichtet, um dort eine möglichst optimale Schweiss-Verbindung zweier Bleche zu gewährleisten.The outstanding topography change in a later welding of at least two coated sheets in their environment serves locally as a spacer for the formation of a gap, in which the evaporating coating material can escape. The combination of For example, for coated areas and those with topography change, it is advantageous for coated panels with more complex geometry. In such a case, planar areas can be provided with spacers in the form of topography changes, thus enabling a flawless welding. However, curved areas are better partially stripped to ensure the best possible weld connection between two sheets.

Ein wesentliche Vorteil gegenüber der JP-04231190 A besteht darin, dass zur Entschichtung ein wesentlich geringerer Energieeintrag erforderlich ist, der einen Verzug eines Bleches nahezu ausschließt oder zumindest minimiert. Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Entschichtung auf der dem Laserstrahl zugewandten Seite muss nämlich der Energieeintrag gemäß der JP-04231190 A auf die dem Laserstrahl abgewandte Seite mittels Wärmeleitung durch das Blech hindurch erfolgen, wobei ein wesentlicher Anteil nicht zur Verdampfung der Beschichtung ausgenutzt werden kann, sondern vom Blech absorbiert wird und zu dessen Verzug bzw. Aufschmelzen führen kann. Darüber hinaus muss bei dem Verfahren gemäß der JP-04231190 A auch noch die Beschichtung des zweiten Bleches verdampft werden, woraus ein zusätzlicher notwendiger Energieeintrag resultiert. Außerdem sind zwei gemäß der JP-04231190 A übereinander positionierte Bleche zwar im Idealfall spaltfrei übereinander angeordnet, dies trifft aber nicht für jede Position hundertprozentig zu, so dass mitunter auch noch ein Spalt überbrückt werden muss, was nur mittels Wärmeströmung und Wärmestrahlung von der dem Laserstrahl abgewandten Seite des dem Laserstrahl zugewandten Bleches erfolgen kann. Hierbei tritt zusätzliche Energiedissipation seitwärts auf, woraus eine weitere Erhöhung des notwendigen Energieeintrags resultiert. Somit bedarf die erfindungsgemäße Entschichtung eines wesentlich geringeren Energieeintrags als die Entschichtung gemäß der JP-04231190 A und unterliegt daher einem wesentlich geringeren Verzugs- und Aufschmelzrisiko des Bleches. Darüber hinaus besteht bei dem potentiellen Aufschmelzen zweier übereinander angeordneter beschichteter Bleche das zusätzliche Risiko, das beide vorzeitig, d.h. noch beschichtet, verschweisst werden, was meist fehlerbehaftet und mit minderer Qualität erfolgt.One significant advantage over JP-04231190 A is that for the stripping essential lower energy input is required, the delay of a Sheet almost excludes or at least minimized. In contrast to the stripping according to the invention namely on the laser beam side facing the energy input according to JP-04231190 A on the side facing away from the laser beam by means of heat conduction pass through the sheet, with a substantial proportion can not be exploited for evaporation of the coating, but is absorbed by the sheet and its distortion or melting to lead can. About that In addition, in the method according to JP 04231190 A also the Coating the second sheet to be evaporated, resulting in an additional necessary energy input results. In addition, two are in accordance with JP-04231190 A on top of each other Ideally, positioned metal sheets are stacked one above the other without gaps but this does not apply to every position one hundred percent, so that sometimes even a gap must be bridged, which only by means of Heat flow and heat radiation from the laser beam side facing away from the laser beam facing sheet done can. This occurs additional Energy dissipation sideways on, resulting in a further increase the necessary energy input results. Thus, the stripping invention requires a much lower energy input than the stripping according to JP-04231190 A and is therefore subject to a much lower default and Melting risk of the sheet. In addition, there is in the potential melting of two superimposed coated Sheet the extra Risk that both prematurely, i. still coated, welded which is usually faulty and of inferior quality.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Entschichten und Topographieändern mittels des selben Laserstrahls mit im wesentlichen gleicher Leistung und Fokussierung aber unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeit durchgeführt.In an advantageous embodiment of the method according to the invention Degrading and topography are changed by the same laser beam with essentially the same power and focus but different Feed rate performed.

Das Entschichten erfolgt mit hoher Vorschubgeschwindigkeit, d.h. mit geringem Energieeintrag pro Zeiteinheit. Eine Verbreiterung der Bearbeitungsfläche kann durch Bewegung der Bestrahlungsfläche mittels minimaler Umlenkung des Laserstrahls (Überlagerung einer transversalen Bewegungskomponente in Hauptvorschubrichtung; sog. Beam Spinning) erreicht werden. Eine solche flächige Erwärmung vergleichmäßigt die Verdampfung der Beschichtung.The Stripping occurs at high feed rate, i. With low energy input per unit time. A broadening of the working surface can by moving the irradiation surface by means of minimal deflection of the laser beam (overlay a transverse movement component in the main feed direction; so-called beam spinning). Such area heating even out Evaporation of the coating.

Das Topographieändern erfolgt mit verringerter Vorschubgeschwindigkeit, d.h. mit erhöhtem Energieeintrag pro Zeiteinheit. Vorzugsweise beschreibt der Laserstrahl zur Erzeugung einer Topographieänderung um deren Zentrum eine enger werdende Spirale. Für einige Anwendungen kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Laserstrahl das Blech durchgehend aufschmilzt und so eine Topographieänderung auf der ihm abgewandten Seite des Bleches erzeugt.The Topography Change occurs at a reduced feed rate, i. with increased energy input per time unit. Preferably, the laser beam describes for generation a topography change around its center a spiraling spiral. For some applications it can also be advantageous if the laser beam, the sheet through melts and so a topography change on the opposite him Side of the sheet produced.

Das Entschichten und Topographieändern kann jeweils alternierend erfolgen – entsprechend ihrer räumlichen Abfolge – oder es können zunächst alle vorgesehenen Bereiche entschichtet und dann alle vorgesehenen Bereiche topographiegeändert werden – oder umgekehrt oder auch jeweils für verschiedene Teile des Bleches eine andere der drei Strategien. Je nach Anzahl und räumlicher Verteilung von Entschichtungen und Topographieänderungen sowie Größe und Geometrie des Bleches ist die eine oder andere Strategie vorteilhafter.The Removal and topography can change each done alternately - accordingly their spatial Sequence - or it can first of all de-designated areas and then all designated areas be changed topography - or vice versa or also for each different parts of the sheet metal another one of the three strategies. Depending on the number and spatial Distribution of stratification and topography changes as well as size and geometry Of the sheet is one or the other strategy more advantageous.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Entschichten und Topographieändern mittels des selben Laserstrahls mit im wesentlichen gleicher Leistung aber unterschiedlicher Fokussierung durchgeführt. Das Entschichten erfolgt defokussiert, d.h. mit geringem Energieeintrag pro Flächeneinheit. Das Topographieändern erfolgt stärker fokussiert, d.h. mit höherem Energieeintrag pro Flächeneinheit.In another advantageous embodiment of the method according to the invention Degrading and topography are changed by the same laser beam with substantially the same power but different focus carried out. The Stripping takes place defocused, i. with low energy input per unit area. The topographychange is stronger focused, i. with higher Energy input per unit area.

In diesem Fall erfolgt vorzugsweise zunächst das Entschichten aller Bereiche und dann das Topographieändern oder umgekehrt. Dadurch werden viele Fokusänderungen vermieden, die jeweils eine Minimalzeit benötigen und die Prozesszeit meist unnötig erhöhen würden.In In this case, it is preferable first to remove all of them Areas and then the topographychange or vice versa. Thereby be many focus changes avoided, each requiring a minimum time and the process time usually unnecessary increase would.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Laserstrahl zum Entschichten derart geführt, dass der entschichtete Bereich die Form einer darüber zu schweißenden Naht zuzüglich einer vorgebbaren Überbreite annimmt.According to the inventive method is the laser beam for stripping out in such a way that the stripped Area the shape of one over it to be welded Seam plus a predetermined excess width accepts.

Dadurch werden die Anforderungen an die Positionsgenauigkeit bei der Ausrichtung der Bleche zum Entschichten und danach zum Verschweissen und an die Positionsgenauigkeit der Laserstrahlführung etwas abgesenkt. Deshalb kann die Positionierung schneller erfolgen, wodurch die Prozesszeit reduziert werden kann.Thereby are the requirements for positional accuracy in alignment the plates for stripping and then for welding and on lowered the position accuracy of the laser beam guide something. Therefore Positioning can be faster, reducing the process time can be reduced.

Besonders vorteilhaft wird der Laserstrahl mittels einer Scanner-Einrichtung auf die Oberfläche gelenkt. Eine Scanner-Einrichtung ist eine besonders schnelle und flexible Strahl-ablenk-Einrichtung, beispielsweise ein Spiegelsystem (aus mindestens einem ein- oder mehr-achsig ansteuerbaren schwenkbaren Spiegeln) oder auch aus akusto-optische Modulatoren.Especially Advantageously, the laser beam by means of a scanner device directed to the surface. A scanner setup is a particularly fast and flexible one Beam deflection device, for example, a mirror system (off at least one single or multi-axis controllable pivotable Mirrors) or acousto-optic modulators.

Der große Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem in JP-04231190 A vorgeschlagenen besteht darin, daß die Scanner-Einrichtung gleichmäßig relativ zur Oberfläche eines Bleches bewegt wird und dabei die Scanner-Einrichtung den Laserstrahl z.B. für einen kurzen Bearbeitungszeitraum spinnend über eine Bearbeitungslinie zur Entschichtung lenkt und dann sehr schnell den Laserstrahl zum Beginn einer Bearbeitungslinie zur Topographieänderung umlenkt, um dort langsamer eine enger werdende Spirale abzufahren. Hierdurch entfallen sowohl die apparativen Einrichtungen für die optische Führung eines zweiten Laserstrahls als auch die für die Umpositionierung der Laserstrahlen erforderlichen Zeiten, während deren ein roboter-geführter Laserstrahl üblicherweise ausgeschaltet werden muß. Somit wird eine sehr hohe Auslastung des Lasersystems ermöglicht. Im Gegensatz dazu werden bei konventionellem Systemen, wie sie beispielsweise in JP-04231190 A zur Anwendung kommen, Laserstrahlen mittels starrer Linsensysteme über die Bearbeitungslinien gelenkt. Um eine neue Bearbeitung zu beginnen, muß der Laserstrahl zu deren Beginn geführt werden und dazu muß das Linsensystem relativ zum Bauteil bewegt werden. Währenddessen muß der Laser ausgeschaltet werden um unbeabsichtigte Entschichtung des Bauteils zu vermeiden. Infolgedessen benötigt diese Ausgestaltung der Erfindung nur einen Bruchteil der Bearbeitungszeit im Vergleich zum Gegenstand der JP-04231190 A.Of the size Advantage of this embodiment of the method according to the invention over the JP-04231190 A proposes that the scanner device evenly relative to the surface a sheet is moved while the scanner device the Laser beam e.g. For a short processing period spinning over a processing line destroys the stripping and then very quickly the laser beam to Beginning of a processing line for topographical change diverts to slow down there to start a narrowing spiral. This eliminates both the apparatus for the optical guidance a second laser beam and the repositioning of the Laser beams require periods during which a robot-guided laser beam is usually turned off must become. Thus, a very high utilization of the laser system is possible. In contrast, in conventional systems, such as in JP-04231190 A are used, laser beams by means of rigid lens systems on the Guided processing lines. To start a new edit, must the Laser beam led to its beginning and it has to be Lens system are moved relative to the component. Meanwhile must the Laser are switched off to unintentional delamination of the component to avoid. As a result needed this embodiment of the invention only a fraction of the processing time compared to the subject of JP-04231190 A.

Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Bleches erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass es mindestens einen entschichteten Bereich und zusätzlich mindestens eine aus seiner Oberfläche herausragenden Topographieänderung aufweist, die nicht mit dem entschichteten Bereich zusammenfällt.The Task is relative of the sheet to be created according to the invention solved in that it at least one stripped area and additionally at least one off its surface outstanding topography change which does not coincide with the stripped area.

Dadurch lassen sich insbesondere gekrümmte Bleche vorteilhaft verschweissen – wie vorstehend bereits bzgl. des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert wurde.Thereby can be curved in particular Weld advantageously sheets - as above already respect. the method according to the invention was explained in more detail.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bleches nimmt der entschichtete Bereich die Form einer zu schweißenden Naht zuzüglich einer vorgebbaren Überbreite an.In an advantageous embodiment of the sheet according to the invention the stripped area takes the form of a weld to be welded plus a predetermined excess width at.

Dadurch werden die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit gesenkt.Thereby the requirements for the positioning accuracy are lowered.

Nachfolgend werden anhand der 1 und vier Ausführungsbeispielen das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße Blech näher erläutert: Dabei zeigt:The following are based on the 1 and four embodiments, the inventive method and the sheet according to the invention explained in more detail: It shows:

1 Zwei beschichtete Bleche mit entschichteten Bereichen und herausragender Topographieänderung sowie vorgesehenen Schweissnähten. 1 Two coated panels with stripped areas and outstanding topography changes as well as envisaged welds.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein beschichtetes Blech (wie es üblicherweise im Automobilbau verwendet wird) positioniert, eine Scanner-Einrichtung wird gleichmäßig darüber verfahren und lenkt einen Laserstrahl nacheinander auf mehrere Bearbeitungslinien. Die Scanner-Einrichtung besteht aus einem zwei-dimensional schwenkbaren computer-gesteuerten Spiegelsystem. Die Scannereinrichtung weist circa 300 mm Abstand zur Oberfläche des Bleches auf. Der Fokus des Laserstrahls befindet sich knapp vor der Oberfläche des Bleches. Die Laserlistung beträgt circa 2500 Watt.According to one first embodiment a coated sheet (as is usual used in automobile manufacturing), a scanner device is moved evenly over it and directs a laser beam successively on several processing lines. The scanner device consists of a two-dimensional swiveling computer-controlled mirror system. The scanner device has about 300 mm distance to the surface of the sheet metal. The focus of the laser beam is scarce in front of the surface of the sheet. The laser listing is about 2500 watts.

Der Laserstrahl wird schnell (Vorschubgeschwindigkeit: circa 20 m/min) spinnend (d.h. der Vorwärtsbewegung ist eine Kreisbewegung überlagert) über eine Bearbeitungslinie von circa 20 mm Länge geführt. Die Bearbeitungslinie hat die Form einer geschwungenen Klammer (zu circa einem Viertel entlang der Hauptachse geöffnete Ellipse). Zentral innerhalb der Bearbeitungslinie soll später eine Schweissnaht von circa 1 mm Breite geschweisst werden. Um die Anforderungen an die Positionsgenauigkeit bei der Ausrichtung der Bleche zum Verschweissen und an die Positionsgenauigkeit der Laserstrahlführung etwas abgesenken aber gleichzeitig den entschichteten und damit korrosionsanfälligen Bereich nicht zu groß zu gestalten, weist die Bearbeitungslinie gegenüber der späteren Schweissnaht eine Überbreite von circa 1 mm auf. Dies wird durch die überlagerte Kreisbewegung bei der Laserstrahlführung erreicht.Of the Laser beam becomes fast (feed speed: approx. 20 m / min) spinning (i.e., the forward motion is superimposed on a circular motion) over one Processing line of approximately 20 mm in length out. The processing line has the shape of a curved bracket (about a quarter along the main axis open Ellipse). Central within the processing line is later a weld be welded of about 1 mm wide. To meet the requirements the position accuracy in aligning the sheets for welding and slightly lower the positional accuracy of the laser beam guide, however at the same time the stripped and thus corrosion prone area not too big too design, the processing line has an overwidth compared to the later weld of about 1 mm. This is due to the superimposed circular motion the laser beam guidance reached.

Durch die schnelle Strahlführung ist der Energieeintrag pro Flächen- und Zeiteinheit so gering, dass auch bei dünnen Blechen kein Verzug eintritt.By the fast beam guidance is the energy input per area and time unit so small that even with thin sheets no distortion occurs.

Nach der Entschichtung dieser ersten Bearbeitungslinie wird der Vorgang entlang einer zweiten Bearbeitungslinie wiederholt, deren Beginn sich in Vorschubrichtung des Lasers circa 20 mm vom Ende der ersten Bearbeitungslinie befindet. Diese Entfernung ist bauteilspezifisch variabel.To the removal of this first processing line becomes the process repeated along a second processing line whose beginning in the feed direction of the laser about 20 mm from the end of the first Processing line is located. This distance is component-specific variable.

Danach wird die Entschichtung auf einem zweiten Blech an korrespondierenden Bearbeitungslinien wiederholt. Anschließend werden die partiell entschichteten Bleche derart zueinander positioniert, dass die entschichteten Bereiche sich direkt zugewandt sind, danach werden sie über dem entschichteten Bereich, d.h. entlang der Zentrallinien der beiden Bearbeitungslinien, verschweisst.Thereafter, the stripping is repeated on a second sheet of corresponding processing lines. Subsequently, the partially stripped metal sheets are positioned relative to each other so that the stratified areas are directly facing, then they are above the stripped area, ie along the center lines of at the processing lines, welded.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird wieder ein beschichtetes Blech unter einem 2D-Scanner positioniert, der einen Laserstrahl mit circa 3000 Watt Leistung darüber lenkt.According to one second embodiment again a coated sheet is positioned under a 2D scanner, which directs a laser beam with about 3000 watts of power over it.

An unterschiedlichen Positionen werden Bereiche entschichtet und aus der Oberfläche herausragende Topographieänderungen erzeugt. Zu letzterem wird derselbe Laserstrahl mit verringerter Vorschubgeschwindigkeit in Form einer enger werdenden Spirale in das Zentrum der so zu erzeugenden Topographieänderung geführt.At different positions are stripped and off the surface outstanding topography changes generated. To the latter, the same laser beam is reduced with Feed rate in the form of a narrowing spiral in led the center of the topography change to be generated.

Die Entscheidung, an welcher Position eine Entschichtung und wo eine Topographieänderungen erzeugt wird, wird anhand der Geometrie und Dicke der zu verschweissenden Bleche getroffen. Ebene Bereiche werden mit Abstandhaltern in Form von Topographieänderungen versehen und ermöglichen so dort ein fehlerfreies Verschweissen. Gekrümmte Bereiche werden besser partiell entschichtet, um dort eine möglichst optimale Schweiss-Verbindung zweier Bleche zu gewährleisten.The Decision, at which position a stripping and where a Generated topography changes will be based on the geometry and thickness of the welded Sheets hit. Level areas become in shape with spacers of topography changes provide and enable so there a perfect welding. Curved areas get better Partially stripped, to there the best possible weld connection to ensure two sheets.

Die Entschichtungen und die Erzeugung von Topographieänderungen erfolgen gemäß ihrer räumlichen Abfolge auf dem jeweiligen Blech.The Degradation and the generation of topography changes done according to their spatial Sequence on the respective sheet.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird ein beschichtetes Blech unter einem 3D-Scanner positioniert. Der 3D-Scanner ist in der Lage, den Fokus des Laserstrahls sehr schnell von der Oberfläche des Bleches zu entfernen, d.h. den Laserstrahl relativ zur Blechoberfläche zu defokussieren. Dadurch kann der Energieeintrag pro Zeit- und Flächeneinheit bei gleichbleibender Laserleistung und Vorschubgeschwindigkeit variiert werden.According to one third embodiment a coated sheet positioned under a 3D scanner. Of the 3D scanner is able to focus the laser beam very fast from the surface of the sheet, i. to defocus the laser beam relative to the sheet surface. Thus, the energy input per unit time and area at the same Laser power and feed rate can be varied.

Mittels des 3D-Scanners werden verschiedene Bereiche eines Bleches durch den Laserstrahl entschichtet und mit Topographieänderungen versehen. Dabei erfolgt zuerst die Entschichtung aller Bereiche, dann wird die Fokussierung geändert, dann werden die Topographieänderungen erzeugt. Alternativ kann auch die umgekehrte Reihenfolge gewählt werden. In Spezialfällen, z.B. sehr unterschiedlicher Anzahl können Entschichten und Änderung der Topographie auch gemäß ihrer räumlichen Abfolge durch die schnelle Fokusänderung mittels 3D-Scanner erfolgen. Dabei wird der Eigenschaft des 3D-Scanners – den Fokus des Laserstrahls sehr schnell ändern zu können – besonders vorteilhaft ausgenutzt.through of the 3D scanner will go through different areas of a sheet decoated the laser beam and provided with topography changes. This takes place First, the stripping of all areas, then the focus changed, then the topography changes generated. Alternatively, the reverse order can be selected. In special cases, e.g. very different number can be stripping and change the topography also according to theirs spatial Sequence through the quick focus change done by 3D scanner. In the process, the property of the 3D scanner - the focus change the laser beam very quickly to be able to - especially exploited advantageous.

In einem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 1 werden zwei erfindungsgemäße beschichtete Bleche (nicht maßstabsgerecht) dargestellt:
Das untere Blech 1 weist eine starke Krümmung 11 auf. Eine optimale Anpassung an ein weniger gekrümmtes oberes Blech 1 erfolgt, wenn beide Bleche 1 im Bereich der Krümmung 11 möglichst dicht aneinander positioniert werden. Deshalb werden beide Bleche dort entschichtet 20, damit beim Verweissen keine Verdampfung von Beschichtungsmaterial erfolgt. In den ebenen Bereichen ist es hingegen vorteilhafter mittels Topographieänderungen 3 Abstandhalter vorzusehen, die das störungsfreie Entweichen der verdampfenden Beschichtung beim Schweissen zukünftiger Schweissnähte 4 erlauben.In a fourth embodiment according to 1 two coated panels according to the invention (not to scale) are shown:
The bottom sheet 1 has a strong curvature 11 on. An optimal adaptation to a less curved upper sheet metal 1 done if both sheets 1 in the area of curvature 11 be positioned as close together as possible. Therefore, both sheets are stripped there 20 so that no evaporation of coating material takes place during the welding. In the flat areas, however, it is more advantageous by topography changes 3 Provide spacers that the trouble-free escape of the evaporating coating when welding future welds 4 allow.

Das erfindungsgemäße Verfahren und Blech erweisen sich in den Ausführungsformen der vorstehend beschriebenen Beispiele als besonders geeignet für das Laserschweißen beschichteter Bleche in der Automobilindustrie.The inventive method and sheet are found in the embodiments of the above described examples as particularly suitable for laser welding coated Sheets in the automotive industry.

Insbesondere können so erhebliche Vorteile bezüglich der Bearbeitungsqualität in Hinsicht auf eine Minimierung des Verzugs der Bleche erzielt werden.Especially can so significant benefits regarding the machining quality achieved in terms of minimizing the distortion of the sheets become.

Der Vorteil hinsichtlich der Minimierung des Verzugs tritt offensichtlich nicht nur bei gekrümmten Blechen auf, sondern bei Blechen beliebiger Geometrie.Of the Advantage in terms of minimizing the delay appears obvious not only with curved sheets on, but with sheets of any geometry.

Die Erfindung ist nicht nur auf die zuvor geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The Invention is not limited to the previously described embodiments limited, but rather transferable to others.

So ist zum Beispiel denkbar, daß alternativ oder additiv zu den genannten Variationen von Vorschubgeschwindigkeit und/oder Fokussierung des Laserstrahls auch dessen Leistung variiert wird.So For example, it is conceivable that alternatively or additively to the mentioned variations of feed speed and / or focusing the laser beam and its power varies becomes.

11: Blechsheet
1111: Krümmung des BlechsCurvature of the sheet
22: Beschichtungcoating
2020: Entschichteter BereichEntschichteter Area
33: Topographieänderung, herausragendTopographic change, outstanding
44: Schweissnaht (beabsichtigt)Weld (intended)

Claims

Method for laser processing a coated sheet ( 1 ), whereby a heating by means of the laser beam takes place in such a way that the coating ( 2 ) on the laser beam side facing the sheet ( 1 ) evaporates, with the stripping ( 20 ) takes place partially at predefinable positions, wherein on at least one partially stripped or to be stripped side of the sheet ( 1 ) at least one topography change protruding from the surface ( 3 ) is generated by means of a laser beam, wherein the transverse direction of movement of the laser beam is superimposed on the main feed direction of the laser beam such that the coating ( 2 ) at least on the laser beam side facing the sheet ( 1 ) evaporates in such a way that the stripped area ( 20 ) the shape of a seam to be welded ( 4 ) plus a specifiable excess width.

Method according to claim 1, characterized in that that stripping and topographychange by means of the same laser beam with essentially the same power and focus but different Feed rate can be performed.

Method according to claim 1, characterized in that that stripping and topographychange by means of the same laser beam with substantially the same power but different focus carried out become.

Coated sheet metal ( 1 ) comprising at least one stripped area ( 20 ), and in addition at least one generated by laser beam machining from its surface outstanding topography change ( 3 ) that does not interfere with the stripped area ( 20 ) coincides.

Coated sheet according to claim 4, characterized in that the shape of the stripped area ( 20 ) the shape of a weld to be welded ( 4 ) plus a specifiable excess width.