DE19643434A1 - Verfahren zur Nachbehandlung von Schweißnähten - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung von
Schweißnähten, insbesondere Laserschweißnähten, bei dem mit kontinuier
lichem Laserstrahl eine Schweißnaht erzeugt wird, indem das zu schweißende
Material auf eine Temperatur oberhalb seiner Schmelztemperatur TS1 auf
geheizt wird.
Schweißverfahren sind in zahlreichen Gebieten der Technik ver
breitet und dienen beispielsweise zum Zusammenfügen von Stahl
blechen im Karosseriebau. Die Karosserie oder das sonstige Bau
teil, an dem sich metallische Schweißnähte befinden, wird übli
cherweise durch eine aufgebrachte Deckschicht, beispielsweise
eine Lackschicht, gegen Korrosion geschützt. Bei zahlreichen
Schweißverfahren, insbesondere beim Laserschweißen, kommt es zu
Inhomogenitäten in der Schweißnaht, die einen wirkungsvollen
Korrosionsschutz durch Aufbringen einer Lackschicht erschweren.
Zu solchen Inhomogenitäten gehören beispielsweise Löcher in der
Schweißnaht, die durch auf den Blechen anhaftenden Staub, Öle,
Fette oder dergleichen während des Schweißvorganges erzeugt
werden können. Weiterhin sind zinkbeschichtete Bleche problema
tisch, da die Zinkbeschichtung einen wesentlich niedrigeren
Schmelzpunkt hat als das eigentliche Stahlblech, so daß es beim
Schweißen zu einem Verdampfen der Zinkschicht und damit zu einem
explosionsartigen Auswurf von Schmelzgut aus dem Schmelzbad
kommen kann.
Werden solche Inhomogenitäten lackiert, so kommt es bei den
Löchern oder Poren in der Schweißnaht dazu, daß der Decklack
aufgrund seiner Oberflächenspannung die wellige Pore bzw. das
jeweilige Loch nicht vollständig benetzt. Auch wenn Löcher ober
flächig zulackiert werden, kann es dazu kommen, daß die Lack
decke bei dynamischer Belastung reißt und es so zu einem unge
hinderten Zutritt aggressiver Medien und Luftsauerstoff zu dem
Metall der Schweißnaht kommen kann.
Aus der europäischen Offenlegungsschrift 0 538 087 A1 ist ein
Schweißverfahren für zinkplatierte Bleche bekannt, bei dem ein
fokussierter Laserstrahl zur Bildung der Schweißnaht kontinuier
lich über den Schweißstoß geführt wird, während ein zweiter,
unfokussierter Laserstrahl zur Nachbehandlung der Schweißnaht
eingesetzt wird. Während die Zinkbeschichtung im Bereich der
Schweißnaht beim Vorbeistreichen des ersten Laserstrahls ver
dampft, sorgt der zweite, unfokussierte und damit einen wesent
lich größeren Bereich bestreichende Laserstrahl dafür, daß die
der Schweißnaht benachbarten Bereiche der Zinkbeschichtung
schmelzen und sich einen Schutzfilm bildend über die frische
Schweißnaht legen.
Das dort beschriebene Verfahren ist insofern nachteilig, als ein
zweiter Laserstrahl erforderlich ist, was gleichbedeutend mit
einem hohen Energieverbrauch ist. Darüber hinaus ist bei einem
solchen Verfahren die korrosionshemmende, sich nach Durchlauf
des zweiten, unfokusierten Laserstrahls ausbildende Schutz
schicht aus Zink vergleichsweise dünn, da das benötigte Zink aus
der noch intakten Verzinkung in den Bereichen beiderseits der
Schweißnaht abgezogen werden muß.
Aus der europäischen Patentschrift 0 173 654 B1 ist ein Laser
schweißverfahren bekannt, bei dem ein pulverförmiges Zusatzmate
rial in das Schweißbad eingebracht wird, wobei es den Laser
strahl kreuzt und von diesem aufgeheizt wird. Das pulverförmige
Zusatzmaterial wird direkt in das Schweißbad eingebracht und
verschmilzt daher mit dem Werkstück, d. h. mit dem zu schweißen
den Metallstück. Ein solches Verfahren eignet sich ersichtlich
nicht zur Nachbehandlung einer Schweißnaht, da das Einbringen
von Zusatzmaterial in pulverförmiger Form während des eigentli
chen Schweißvorganges auf die unbeabsichtigte Bildung von
Schweißkratern, Poren oder anderer Inhomogenitäten keinen Ein
fluß hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Nachbehandlung von Schweißnähten anzugeben, das glatte, zum
Lackieren geeignete Oberflächen bei geringem Energieverbrauch
liefert.
Die Lösung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auf
die noch heiße Schweißnaht ein pulverförmiges Beschichtungsmate
rial aufgebracht wird, dessen Schmelztemperatur unterhalb der
Schmelztemperatur des zu verschweißenden Materials liegt.
Indem das pulverförmige Material unmittelbar nach Fertigstellung
der Schweißnaht auf die noch heiße Schweißnaht aufgebracht wird,
wird die Restwärme des Werkstückes genutzt, die ansonsten durch
Abstrahlen ungenutzt an die Umgebung abgegeben würde. Die noch
in dem Werkstück enthaltene Restwärme bringt das pulverförmige
Beschichtungsmaterial zum Schmelzen und ermöglicht es so, daß
sich eine glatte, die Schweißnaht abdeckende Schutzschicht bil
det.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgese
hen, den Massenstrom an aufzubringendem pulverförmigen Materi
al und die spezifische Schmelzenthalpie des aufzubringenden
Beschichtungsmaterials so auf die Abmessungen der Schweißnaht
und die spezifische Wärmekapazität des zu schweißenden Materials
abzustellen, daß das aufgebrachte pulverförmige Beschichtungs
material vollständig bzw. teilweise zum Schmelzen gebracht wird.
Auf diese Weise wird vermieden, überschüssiges Beschichtungsmaterial bzw.
Beschichtungspulver von der fertiggestellten, beschichteten Schweißnaht
entfernen zu müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für
Laserschweißnähte, wie sie im Automobilbau bei der Fertigung von
Rohkarosserien eingesetzt werden.
Bevorzugt ist insbesondere vorgesehen, daß das Beschichtungspul
ver mit einem Gasstrom auf die noch heiße Schweißnaht aufgebla
sen wird. Dabei besteht das Trägergas vorzugsweise aus einem
Inertgas, um eine Oxydation des Beschichtungspulvers und/oder
des zu schweißenden Materials zu verhindern. Bei der Dimensio
nierung des Gasvolumenstroms sowie des Massenstroms und Be
schichtungspulver ist außer den oben erwähnten Größen weiterhin
darauf abzustellen, daß der auf die Schweißnaht aufgeblasene
Gasstrom einen Kühleffekt bewirkt.
Wird herkömmliches Stahlblech, wie es beispielsweise in der
Automobil-Produktion verwendet wird, durch Laserstrahlschweißen
geschweißt, so hat die soeben fertiggestellte Schweißnaht eine
Temperatur von zirka 1800°K. Als Beschichtungswerkstoffe eignen
sich in diesem Fall unter anderem Epoxy-Harze, Nickel-Legierun
gen oder Zinkpulver. Im letzteren Fall können die aufgebrachten
Zinkpartikel als Opfer-Anode wirken, wodurch der Korrosions
schutz weiter verbessert wird.
Im Fall einer Überdimensionierung des Gas/Beschichtungspulver-Stroms
kann überschüssiges Pulver abgesaugt oder in einer Wasch
anlage beseitigt werden. In diesem Fall wird eine besonders hohe
Oberflächengüte der nachbehandelten Schweißnaht mit einem gewis
sen Materialabfall erkauft, im Gegensatz zu einer Dimensionie
rung, bei der das aufgebrachte Beschichtungspulver vollständig
schmilzt und die aufgebrachte Masse vollständig als Beschich
tungsschicht auf der nachbehandelten Schweißnaht verbleibt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Nachbehandlung von Schweiß
nähten.
Zwei aufeinander gelegte Bleche 1 und 2 bilden einen Überlapp
stoß mit einer Kehle 3. Ein an sich bekanntes Laserschweißgerät
4 erzeugt einen fokussierten Laserstrahl 5, der auf die Kehle 3
gerichtet ist und so eine Schweißnaht 6 erzeugt.
Dabei ist es unerheblich, ob der Laserstrahl 5 kontinuierlich
über das aus den Blechen 1 und 2 gebildete Werkstück geführt
wird, oder ob das Laserschweißgerät 4 ortsfest installiert ist
und das Werkstück vorgeschoben wird.
In Schweißrichtung gesehen unmittelbar hinter dem Laserstrahl 5
bzw. dem Laserschweißgerät 4 ist ein Zuführrohr 8 angeordnet,
dessen Mündung 9 in einem definierten Abstand von der Spitze der
Schweißnaht 6 gehalten wird. Dabei ist es unerheblich, ob Laser
schweißgerät 4 und Zuführleitung 8 gemeinsam in Richtung des
Pfeils über die Werkstückoberfläche geführt werden, oder ob das
Werkstück relativ zur feststehenden Zuführung 8 bewegt wird.
Über die Zuführleitung 8 wird ein Gasgemisch, bestehend aus
Inertgas, beispielsweise Argon geblasen, das in der Schwebe
gehaltene Partikel 10 enthält, die aus einen Stoff bestehen, der
einen geringeren Schmelzpunkt aufweist, als die beispielsweise
aus Stahl bestehenden Bleche 1 und 2. Die noch heiße Schweißnaht
6 bringt die Partikel 10 zum Schmelzen, die sodann miteinander
verschmelzen und eine Schutzschicht 11 auf der Schweißnaht 6
bilden. Das dargestellte Verfahren kommt ohne zusätzliche Fremd
energie aus, da die in der Schweißnaht enthaltene Restwärme 6
genutzt wird, um den pulverförmigen Beschichtungsstoff zu
schmelzen.
Claims (9)
1. Verfahren zur Nachbehandlung von Schweißnähten, bei dem
kontinuierlich eine Schweißnaht (6) erzeugt wird, indem das
zu schweißende Material (1, 2) auf eine Temperatur oberhalb
seiner Schmelztemperatur TS1 aufgeheizt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß auf die noch heiße Schweißnaht (6) ein
pulverförmiges Beschichtungsmaterial (10) aufgebracht wird,
dessen Schmelztemperatur TS2 unterhalb der Schmelztemperatur
TS1 des zu verschweißenden Materials liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
möglichst vollständigen Nutzung der Restwärme der Schweiß
naht (6) der Massenstrom () und die spezifische Schmel
zenthalpie (rSch) des Beschichtungsmaterials (10) im Hin
blick auf die Abmessungen der Schweißnaht (6) und die spe
zifische Wärmekapazität (c) des verschweißten Materials (1,
2) so gewählt werden, daß das pulverförmige Beschichtungs
material nach Auftrag vollständig schmilzt und zu einer
einheitlichen Deckschicht (11) verfließt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu schweißende Material (1, 2)
durch einen Laserstrahl (5) aufgeheizt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das pulverförmige Beschichtungsmaterial
(10) mit Hilfe eines Gasstromes (9) auf die Schweißnaht (6)
aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das zu schweißende Material (1, 2)
Stahlblech ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (10) ein
Epoxy-Harz ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (10) im wesentli
chen aus Nickel-Legierungen besteht.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Beschichtungsmaterial (10) im wesentli
chen aus Zink besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Beschichtungsmaterial (10) pulverförmige
Silberlote verwendet werden.
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