DE19730311A1

DE19730311A1 - Schutzgas für und Verfahren zum Laserschweißen

Info

Publication number: DE19730311A1
Application number: DE19730311A
Authority: DE
Inventors: Alfward Dr Farwer
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1997-07-15
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1999-01-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzgas für und ein Verfahren zum Laserschweißen nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 5.

Beim Laserschweißen werden als Schutzgase - auch Prozesse oder Arbeitsgase genannt - Argon und Helium eingesetzt.

Schutzgase haben zum einen die Funktion, die Schweißnaht vor der Umgebungsluft zu schützen. Zum anderen haben sie über die Beeinflussung des laserinduzierten Plasmas (abströmendes Metalldampfplasma) auf die Einkopplung der Laserstrahlung in die Werkstückoberfläche und somit die erzielbare Einschweißtiefen unter Umständen eine erheblichen Einfluß.

Es muß daher versucht werden, durch geeignete Parameterwahl und durch den Einsatz geeigneter Prozeßgase und Prozeßführungen die Plasmabildung außerhalb der Dampfkapillare (abströmendes Metalldampfplasma) gezielt zu beeinflussen, so daß die gewünschte Einschweißtiefe mit hoher Prozeßsicherheit erreicht werden kann.

In der Literatur wird das Laserschweißen von metallischen Werkstoffen, hiermit sind im folgenden immer die un- und niedriglegierten Stähle beschrieben, unter Helium oder Argon durchgeführt.

Argon ist kostengünstig, bei hohen Prozeßanforderungen wird Helium ungleich bevorzugt. Argon-Helium-Gemische, wie sie bei den konventionellen Schutzgasschweißverfahren eingesetzt werden, werden nicht behandelt.

Eigene Versuche haben gezeigt, daß Argon-Helium-Gemische in der Regel keine spezifischen Vorzüge bringen. Sie verhalten sich also eher wie reines Argon und nicht wie Helium.

Insgesamt wird in der Literatur sehr wenig über den Einfluß von Schutzgasen und Schutzgasgemischen beim Laserschweißen beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber den reinen Schutzgasen Argon oder Helium wirtschaftlich günstigeres und in qualitativer Hinsicht besseres Schutzgas und somit ein unter Verwendung dieses Schutzgases wirtschaftlich günstigeres und qualitativ verbessertes Verfahren zum Laserschweißen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die erfinderischen Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das Schutzgas gekennzeichnet durch O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=1,5 bis 20
5 bis 45% Helium.

Beispiel

Schutzgas mit 3,5% O₂; 3,5% CO₂; 30% Helium; Rest Argon (63% Argon) hat nach 3,5% O₂ + 0,5×3,5% CO₂ → 3,5 + 1,75 → die O₂-Wirksumme 5,25.

Es wurde ermittelt, daß sich mit Helium-Anteilen von weniger als 50% in Argon sehr wohl positive Effekte erzielen lassen, wenn gleichzeitig aktive Gaskomponenten definiert zugegeben werden (O₂ und/oder CO₂). Diese aktiven Gaskomponenten allein in Argon erwiesen sich andererseits als nicht gleichwertig zum Helium und auch dem erfindungsgemäßen Schutzgasgemisch.

Zum Beispiel wurde das Vierkomponentengemisch mit den Bestandteilen 3,5% C₂, 3,5% CO₂, 30% Helium, Rest Argon an der Stahlgüte St 14 (Werkstoff-Nr. 1.0338) in den Blechdickenbereichen 0,75 mm, 1,5 mm, 2,0 mm, 2,5 mm an einzelnen Schweißnahtformen untersucht wie etwa I-Stoß, Überlapp-Stoß und auch Nahtformen, die durch Blechdickensprüngen einer Kehlnaht gleich kommen. Es wurden gleichwertige Ergebnisse wie mit Helium festgestellt.

Die Vorteile der Argon-Helium-Aktivgas-Gemische sind:

1) Größere Einschweißtiefen gegenüber Argon.
2) Sehr stabil laufender Schweißprozeß wie unter Helium.
3) Gleichwertig in der Schweißgeschwindigkeit zu Helium.
4) Mechanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißnähte wie unter Helium.
5) Qualitativ gleichwertig im Schweißergebnis zu Helium.
6) Wirtschaftlich günstiger im Preis als Helium.
7) Bei dickeren Blechen (z. B. 6 mm dick, St 52-3, I-Stoß) wird sogar eine bessere Durchschweißung erzielt als unter reinem Helium bei reduzierter Schutzgasdurchflußmenge von 40 auf 30 l/min.

Claims

1. Schutzgas für das Laserschweißen von metallischen Werkstoffen,
bestehend aus Argon oder Helium,
gekennzeichnet durch
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=1,5 bis 20
5 bis 45% Helium.

2. Schutzgas nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=2,5 bis 10
20 bis 35% Helium, Rest Argon.

3. Schutzgas nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=6 bis 8
15% Helium
Rest Argon.

4. Schutzgas nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=4 bis 6
30% Helium
Rest Argon.

5. Verfahren zum Laserschweißen von metallischen Werkstoffen,
gekennzeichnet durch
ein Schutzgas bestehend aus
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=1,5 bis 20;
vorzugsweise 2 bis 9,
5 bis 45% Helium; vorzugsweise 15 bis 30%,
Rest Argon.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
gekennzeichnet durch Werkstoffe der Werkstoff-Nr. 1.0338, vorzugsweise Tiefziehblechen, die mit einem Schutzgas bestehend aus O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=6 bis 8
10 bis 20% Helium,
Rest Argon
oder
O₂-Wirksumme=% O₂ und/oder 0,5×% CO₂=4 bis 6
30% Helium
Rest Argon
bearbeitet werden.