DE19753103A1 - Method for welding two plate shaped workpieces - Google Patents

Method for welding two plate shaped workpieces

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Abstract

Before two plate shaped workpieces (1, 11) are joined by laser beam welding, the edge of the first workpiece (1) is cut in the subsequent joint zone (16) in such a way that the resulting cut surface and the surface of the second workpiece (11) enclose an angle less than 90 deg .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke, insbesondere ein Verfahren umfassend einen Verfahrensschritt, in dem eine Verbindung der beiden Werkstücke durch Energiestrahlschweißen in Form einer Kehlnaht in einem Verbindungsbereich hergestellt wird. Der Begriff Energiestrahlschweißen umfaßt insbesondere Laser-, Elektronenstrahl- und Ionenstrahlschweißen.The present invention relates to a method for welding two plate-shaped Workpieces, in particular a method comprising a method step in which a Connection of the two workpieces by energy beam welding in the form of a fillet weld in a connection area is established. The term energy beam welding includes especially laser, electron beam and ion beam welding.

Bei einem Schweißverfahren der vorgenannten Art werden auf Grund der verfahrensspezifischen Eigenschaften des Energiestrahls nur sehr eng begrenzte Werkstückbereiche aufgeschmolzen. Falls beispielsweise zwei Bleche miteinander verbunden werden sollen, wird durch das vorgenannte Verfahren in der Regel die obere Kante des Deckblechs durch den Energiestrahl nicht angeschmolzen. Diese nicht angeschmolzene, in der Regel scharfe Kante kann einige Nachteile mit sich bringen. Wenn die beiden miteinander verbundenen Bleche beispielsweise im Kfz-Karosseriebau eingesetzt werden sollen, kann die nicht angeschmolzene scharfe Kante eine verminderte Lackhaftung und damit spätere Korrosion hervorrufen. Außerdem besteht bei einer Berührung der scharfen Kante unter Umständen Verletzungsgefahr. Um solche Nachteile zu vermeiden, wären Abhilfemaßnahmen wie die nachträgliche Abrundung oder Abschrägung der Kante beispielsweise durch die Kantenanschmelzung mittels einer zweiten Energiequelle, wie sie beispielsweise ein zweiter Laserstrahl darstellt, möglich. Eine solche Abhilfemaßnahme ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden.In a welding process of the aforementioned type, due to the process-specific properties of the energy beam only very narrowly limited Workpiece areas melted. If, for example, two sheets together should be connected, the above method is usually the upper Edge of the cover plate is not melted by the energy beam. Not this one Melted, usually sharp edges can have some disadvantages. If the two interconnected sheets are used, for example, in car body construction If the sharp edge is not melted, the paint adhesion may be reduced and cause later corrosion. There is also a touch sharp edge may cause injury. To avoid such disadvantages would be remedial measures such as the subsequent rounding or beveling of the edge for example, by melting the edges using a second energy source, such as the one used represents a second laser beam, for example. Such a remedy is however, involves considerable effort.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem ist die Weiterentwicklung eines Verfahrens zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke der vorgenannten Art dahingehend, daß scharfe Kanten im Bereich der Kehlnaht im Verbindungsbereich vermieden werden.The problem underlying the present invention is the further development of one Method for welding two plate-shaped workpieces of the aforementioned type in that sharp edges in the fillet weld in the joint area be avoided.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß vor dem Verfahrenschritt des Energiestrahlschweißens mindestens ein Verfahrensschritt durchgeführt wird, bei dem das erste der beiden Werkstücke zumindest abschnittweise im späteren Verbindungsbereich so beschnitten wird, daß die daraus resultierende Schnittfläche des ersten Werkstücks mit seiner dem zweiten Werkstück zugewandten Seite einen Winkel kleiner 90° einschließt. Auf diese Weise entfällt zumindest abschnittweise die scharfe rechtwinklige Kante im Verbindungsbereich an der Kehlnaht. Dadurch ergibt sich beispielsweise bei Blechen im Automobilbau eine bessere Lackhaftung und eine verminderte Korrosion sowie eine verringerte Verletzungsgefahr. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß weder eine zweite Energiequelle eingesetzt noch eine zusätzliche nachträgliche mechanische Bearbeitung zur Erzielung der abgeschrägten Werkstückkante im Verbindungsbereich vorgenommen werden.This is achieved according to the invention in that before the process step of Energy beam welding is carried out at least one process step in which the first of the two workpieces at least in sections in the later connection area is trimmed that the resulting cut surface of the first workpiece with encloses an angle of less than 90 ° on its side facing the second workpiece. On  this way, the sharp right-angled edge is omitted at least in sections Joint area at the fillet weld. This results, for example, in sheet metal Automotive construction better paint adhesion and reduced corrosion as well as reduced risk of injury. In the method according to the invention, neither second energy source used an additional mechanical Machining to achieve the chamfered workpiece edge in the connection area be made.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it is characterized by the following method steps:

  • - ein äußerer Randabschnitt des ersten Werkstückes wird in Richtung auf die nach dem Verbinden an dem zweiten Werkstück anliegende Seite abgebogen;- An outer edge portion of the first workpiece is in the direction of after Connect bent side on the second workpiece;
  • - im Bereich des abgebogenen Randabschnittes wird das erste Werkstück in etwa in Richtung der Flächennormalen des nicht abgebogenen Bereichs des ersten Werkstücks abgeschnitten, so daß sich die Schnittfläche ergibt;- In the area of the bent edge section, the first workpiece is approximately in Direction of the surface normal of the non-bent area of the first Workpiece cut off, so that the cut surface results;
  • - der abgebogene Randabschnitt des ersten Werkstücks wird wieder in dessen Ebene zurückgebogen;- The bent edge section of the first workpiece is again in its plane bent back;
  • - das erste Werkstück wird mit dem zweiten Werkstück längs der Schnittfläche energiestrahlverschweißt.- The first workpiece with the second workpiece along the cutting surface energy beam welded.

Durch die vorgenannten Verfahrensschritte läßt sich auf einfache Weise der erwünschte Winkel kleiner 90° zwischen der Schnittfläche des ersten Werkstücks und seiner dem zweiten Werkstück zugewandten Seite erzielen. Es muß lediglich nach dem Abschneiden des ersten Werkstückes dessen Verbiegung im Randabschnitt - dem späteren Verbindungsbereich - wieder rückgängig gemacht werden.The desired process steps can be achieved in a simple manner by means of the aforementioned process steps Angle less than 90 ° between the cut surface of the first workpiece and its achieve the second workpiece-facing side. It just needs to be cut off the first workpiece whose bending in the edge section - the later Connection area - can be undone.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das erste Werkstück für den Verfahrensschritt des Abbiegens und Abschneidens so auf eine vorzugsweise einige Millimeter dicke Zwischenlage gelegt, daß es diese auf der abzuschneidenden Seite überragt, wobei die Zwischenlage wiederum auf einer Auflage ruht, die unter der Zwischenlage im Bereich der abzuschneidenden Seite des ersten Werkstücks längs der abzuschneidenden Seite des ersten Werkstücks, vorzugsweise um einige Millimeter, hervorsteht, wobei das erste Werkstück auf der abzuschneidenden Seite die Auflage überragt und wobei weiterhin das Abbiegen des Randabschnittes des ersten Werkstücks dadurch erzielt wird, daß ein Schneidwerkzeug, dessen Schnittkante mit der der abzuschneidenden Seite zugewandten Seitenfläche der Auflage zumindest in etwa fluchtet, auf die von der Auflage bzw. der Zwischenlage abgewandte Seite des abzubiegenden Randabschnittes gedrückt wird. Durch diese Anordnung ergibt sich die Möglichkeit, daß die Verfahrensschritte des Abbiegens und des Abschneidens unmittelbar hintereinander durchgeführt werden. Durch eine Bewegung des Schneidwerkzeuges wird zuerst der Randabschnitt des ersten Werkstückes abgebogen und anschließend durch Weiterbewegung des Schneidwerkzeuges in die gleiche Richtung wird daran anschließend das erste plattenförmige Werkstück in dem Randabschnitt - dem späteren Verbindungsbereich - wunschgemäß abgeschnitten.According to a preferred embodiment of the invention, the first workpiece for the Process step of turning and cutting off to preferably a few Millimeter thick liner placed that it is on the side to be cut towers, the intermediate layer in turn rests on a support that under the Liner in the area of the side of the first workpiece to be cut along the side of the first workpiece to be cut off, preferably by a few millimeters, protrudes, the first workpiece on the side to be cut off the support protrudes and the bending of the edge section of the first workpiece continues is achieved in that a cutting tool whose cutting edge with the side face of the support that is to be cut off is at least approximately aligned, on the side of the facing away from the support or the intermediate layer Edge section is pressed. This arrangement gives the possibility that the  Steps of turning and cutting off immediately in succession be performed. By moving the cutting tool, the Edge section of the first workpiece bent and then through This is followed by further movement of the cutting tool in the same direction the first plate-shaped workpiece in the edge section - the later Connection area - cut off as desired.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigenFurther advantages and features of the present invention will become clear from the following description of a preferred embodiment with reference on the enclosed pictures. Show in it

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, die einen ersten Verfahrensschritt verdeutlicht, bei dem ein erstes Blech auf einer Zwischenlage aufliegt, die wiederum auf einer Auflage aufliegt; Fig. 1 is a schematic side view illustrating a first method step in which a first sheet rests on an intermediate layer, which in turn rests on a support;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht entsprechend Fig. 1, bei der ein zweiter Verfahrensschritt verdeutlicht wird, bei dem ein Schneidwerkzeug ein Teil des Blechs herabdrückt; FIG. 2 shows a schematic side view corresponding to FIG. 1, in which a second method step is illustrated, in which a cutting tool presses down part of the sheet;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht entsprechend Fig. 2, bei der ein dritter Verfahrensschritt verdeutlicht wird, bei dem ein Schneidwerkzeug ein Teil des Bleches abschneidet; Figure 3 is a schematic side view corresponding to Figure 2, in which a third method step is illustrated in which a cutting tool by cutting a part of the sheet..;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht, die einen vierten Verfahrensabschnitt verdeutlicht, bei dem das erste Blech an einer Anlagefläche gerade gebogen wird; Fig. 4 is a schematic side view illustrating a fourth process section in which the first sheet is being bent at a contact surface;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht entsprechend Fig. 4, bei der das Blech gerade gebogen ist; Fig. 5 is a schematic side view corresponding to Figure 4, in which the sheet is just bent.

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht, die die beiden zusammengeschweißten Bleche darstellt; Fig. 6 is a schematic side view showing the two sheets welded together;

Fig. 7a eine vergrößerte Detailansicht einer Schweißnaht in einem Verbindungsbereich gemäß dem Stand der Technik; Figure 7a is an enlarged detail view of a weld in a connection region according to the prior art; FIG.

Fig. 7b eine vergrößerte Schweißnaht im Verbindungsbereich entsprechend dem Kreis VIIb in Fig. 6. Fig. 7b shows an enlarged weld seam in the connection region corresponding to the circuit VIIb in Fig. 6.

In dem ersten in Fig. 1 dargestellten Verfahrensschritt wird das erste, aufzuschweißende Blech 1 auf eine Zwischenlage 2 gelegt, die wiederum auf einer Auflage 3 aufliegt. Die Höhe der Zwischenlage beträgt einige Millimeter, wobei die mit Bezug auf Fig. 1 rechte Seitenfläche der Zwischenlage 2 und damit auch deren obere rechte Kante 4, die als Wirkkante für die durchzuführende Biegung des Bleches 1 anzusehen ist, einige Millimeter von der rechten Außenseite 15 der Auflage 3 zurück versetzt ist.In the first method step shown in FIG. 1, the first sheet 1 to be welded is placed on an intermediate layer 2 , which in turn rests on a support 3 . The height of the intermediate layer is a few millimeters, the right side surface of the intermediate layer 2 with reference to FIG. 1 and thus also its upper right edge 4 , which is to be regarded as the effective edge for the bending of the sheet 1 to be carried out, a few millimeters from the right outer side 15 the edition 3 is set back.

In dem in Fig. 2 abgebildeten zweiten Verfahrensschritt wird durch Herabfahren eines Schneidwerkzeuges 5 längs des Pfeiles 6 ein Randabschnitt 7 des Bleches 1 um die Wirkkante 4 herum nach unten gebogen.In the second method step shown in FIG. 2, an edge section 7 of the sheet 1 is bent downward around the active edge 4 by moving down a cutting tool 5 along the arrow 6 .

In dem in Fig. 3 abgebildeten dritten Verfahrensschritt wird das Schneidwerkzeug 5 weiter nach unten bewegt, so daß der abgebogene Randabschnitt 7 des Bleches 1 in einer Schnittfläche 10 im späteren Verbindungsbereich 16 parallel zur rechten Seitenfläche 15 der Auflage 3 abgeschnitten wird.In the third method step shown in FIG. 3, the cutting tool 5 is moved further downward, so that the bent edge section 7 of the sheet 1 is cut off in a cut surface 10 in the later connection area 16 parallel to the right side surface 15 of the support 3 .

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß in einem weiteren Verfahrensschritt der abgebogene Randabschnitt 7 des Bleches 1 wieder in die Ebene des Bleches 1 zurück gedrückt wird, wie dies durch den Pfeil 8 in Fig. 4 verdeutlicht wird. Dazu wird das Blech 1 beispielsweise an eine Anlagefläche 9 angelegt.From Fig. 4 it can be seen that in a further process step the bent edge portion 7 of the sheet 1 is pressed back into the plane of the sheet 1 , as is shown by the arrow 8 in Fig. 4. For this purpose, the sheet 1 is placed on a contact surface 9 , for example.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß das auf diese Weise gerade gebogene Blech 1 im späteren Verbindungsbereich 16 eine Schnittfläche 10 aufweist, die mit der Unterseite 13 des Bleches 1 einen Winkel kleiner 90° einschließt.From Fig. 5 it can be seen that the sheet 1 bent in this way straight in the later connection area 16 has a cut surface 10 which includes an angle of less than 90 ° with the underside 13 of the sheet 1 .

Fig. 6 zeigt das Blech 1 nach der Verbindung mit einem zweiten Blech 11 durch Laserstrahlschweißen in Kehlnahtausführung. Die Schweißnaht 12 im Verbindungsbereich 16 ist in Fig. 7b noch einmal vergrößert dargestellt. Im Gegensatz zu der in Fig. 7a dargestellten Verbindung zweier Bleche gemäß dem Stand der Technik durch Laserstrahlschweißen in Kehlnahtausführung verbleibt in Fig. 7b oberhalb der Schweißnaht 12 bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbundenen Blechen 1, 11 keine scharfe rechtwinklige Kante, so daß die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile hier nicht auftreten können. Fig. 6 shows the sheet 1 after connection to a second sheet 11 by laser beam welding in fillet weld design. The weld seam 12 in the connection area 16 is shown enlarged again in FIG. 7b. In contrast to the two in Fig. Compound represented 7a sheets according to the prior art by laser beam welding in a fillet weld execution remaining in Fig. 7b above the weld seam 12 in accordance with the inventive method interconnected sheets 1, 11 no sharp rectangular edge so that from disadvantages known from the prior art cannot occur here.

BezugszeichenlisteReference list

11

erstes Blech
first sheet

22nd

Zwischenlage
Liner

33rd

Auflage
Edition

44th

Wirkkante
Effective edge

55

Schneidwerkzeug
Cutting tool

66

Pfeil
arrow

77

abgebogener Randabschnitt
bent edge section

88th

Pfeil
arrow

99

Anlagefläche
Contact surface

1010th

Schnittfläche
Cutting surface

1111

zweites Blech
second sheet

1212th

Kehl-Schweißnaht
Fillet weld

1313

eine Seite des ersten Bleches one side of the first sheet

11

1414

andere Seite des ersten Bleches other side of the first sheet

11

1515

Seitenfläche der Auflage Side surface of the edition

33rd

1616

Verbindungsbereich
Connection area

Claims (5)

1. Verfahren zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke (1, 11), umfassend einen Verfahrensschritt, in dem eine Verbindung der beiden Werkstücke (1, 11) durch Laserstrahlschweißen in Form einer Kehlnaht (12) in einem Verbindungsbereich (16) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verfahrensschritt des Energiestrahlschweißens mindestens ein Verfahrenschritt durchgeführt wird, bei dem das erste der beiden Werkstücke (1) zumindest abschnittweise im späteren Verbindungsbereich (16) so beschnitten wird, daß die daraus resultierende Schnittfläche (10) des ersten Werkstückes (1) mit seiner dem zweiten Werkstück (11) zugewandten Seite (13) einen Winkel kleiner 90° einschließt.1. A method for welding together two plate-shaped workpieces (1, 11), comprising a method step in which a connection of the two workpieces (1, 11) is produced by laser welding in the form of a fillet weld (12) in a connecting region (16), characterized that at least one process step is carried out before the energy beam welding process step, in which the first of the two workpieces ( 1 ) is trimmed, at least in sections, in the later connection region ( 16 ) in such a way that the resulting cut surface ( 10 ) of the first workpiece ( 1 ) is also cut its side ( 13 ) facing the second workpiece ( 11 ) encloses an angle of less than 90 °. 2. Verfahren zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • - ein äußerer Randabschnitt des ersten Werkstückes (1) wird in Richtung auf die nach dem Verbinden an dem zweiten Werkstück (11) anliegende Seite (13) abgebogen;
  • - im Bereich des abgebogenen Randabschnittes (7) wird das erste Werkstück (1) in etwa in Richtung der Flächennormalen des nicht abgebogenen Bereichs des ersten Werkstücks (1) abgeschnitten, so daß sich die Schnittfläche (10) ergibt;
  • - der abgebogene Randabschnitt (7) des ersten Werkstücks (1) wird wieder in dessen Ebene zurückgebogen;
  • - das erste Werkstück (1) wird mit dem zweiten Werkstück (11) längs der Schnittfläche (10) energiestrahlverschweißt.
2. Method for welding two plate-shaped workpieces according to claim 1, characterized by the following method steps:
  • - An outer edge section of the first workpiece ( 1 ) is bent in the direction of the side ( 13 ) lying against the second workpiece ( 11 ) after the connection;
  • - in the region of the bent edge portion (7) the first workpiece (1) is cut off of the non-bent portion of the first workpiece (1) approximately in the direction of the surface normal, so that the cut surface (10) yields;
  • - The bent edge section ( 7 ) of the first workpiece ( 1 ) is bent back into its plane;
  • - The first workpiece ( 1 ) is energy beam welded to the second workpiece ( 11 ) along the cutting surface ( 10 ).
3. Verfahren zum Verschweißen zweier Werkstücke nach einem der Ansprüche l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Werkstück (1) für den Verfahrensschritt des Abbiegens und Abschneidens so auf eine vorzugsweise einige Millimeter dicke Zwischenlage (2) gelegt wird, daß es diese auf der abzuschneidenden Seite überragt, wobei die Zwischenlage (2) wiederum auf einer Auflage (3) ruht, die unter der Zwischenlage (2) im Bereich der abzuschneidenden Seite des ersten Werkstücks (1) längs der abzuschneidenden Seite des ersten Werkstücks (1) vorzugsweise um einige Millimeter, hervorsteht, wobei das erste Werkstück (1) auf der abzuschneidenden Seite die Auflage (3) überragt und wobei weiterhin das Abbiegen des Randabschnittes (7) des ersten Werkstücks (1) dadurch erzielt wird, daß ein Schneidwerkzeug (5), dessen Schnittkante mit der der abzuschneidenden Seite zugewandten Seitenfläche (15) der Auflage (3) zumindest in etwa fluchtet, auf die von der Auflage (3) bzw. der Zwischenlage (2) abgewandte Seite (14) des abzubiegenden Randabschnittes (7) gedrückt wird.3. A method for welding two workpieces according to one of claims l or 2, characterized in that the first workpiece ( 1 ) for the process step of bending and cutting is placed on a preferably a few millimeters thick intermediate layer ( 2 ) that it on protrudes beyond the side to be cut, the intermediate layer ( 2 ) in turn resting on a support ( 3 ), which preferably extends around under the intermediate layer ( 2 ) in the region of the side of the first workpiece ( 1 ) to be cut along the side of the first workpiece ( 1 ) to be cut off protrudes a few millimeters, the first workpiece ( 1 ) projecting beyond the support ( 3 ) on the side to be cut off, and furthermore the bending of the edge section ( 7 ) of the first workpiece ( 1 ) is achieved in that a cutting tool ( 5 ), the Cut edge is at least approximately aligned with the side surface ( 15 ) of the support ( 3 ) facing the side to be cut, onto which of the Support ( 3 ) or the intermediate layer ( 2 ) facing away ( 14 ) of the edge portion ( 7 ) to be bent is pressed. 4. Verfahren zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschneiden das erste Werkstück (1) an eine Anlagefläche (9) so angelegt wird, daß der abgebogene Randabschnitt (7) sich von der Anlagefläche (9) wegerstreckt, und daß anschließend daran der abgebogene Randabschnitt (7) ebenfalls an die Anlagefläche (9) angedrückt und somit in die Ebene des ersten Werkstücks (1) zurückgebogen wird.4. A method for welding two plate-shaped workpieces according to one of claims 1 to 3, characterized in that after cutting off the first workpiece ( 1 ) is placed on a contact surface ( 9 ) so that the bent edge portion ( 7 ) from the contact surface ( 9 ) extends away, and that the bent edge section ( 7 ) is then also pressed against the contact surface ( 9 ) and is thus bent back into the plane of the first workpiece ( 1 ). 5. Verfahren zum Verschweißen zweier plattenförmiger Werkstücke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Werkstücke (1, 11) Bleche sind.5. A method for welding two plate-shaped workpieces according to one of claims 1 to 4, characterized in that the plate-shaped workpieces ( 1 , 11 ) are sheets.
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