DE19755759A1

DE19755759A1 - Laser welded joint

Info

Publication number: DE19755759A1
Application number: DE19755759A
Authority: DE
Inventors: Matthias Tittel; Norbert Burger
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1997-12-16
Publication date: 1999-07-01

Abstract

Two metal components (1, 2) are joined by welding. A welding gap (5) with a precisely defined, constant width is established between the components. This gap is subsequently closed using a laser beam welding process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwi schen zwei benachbarten Metallteilen.The invention relates to a method for producing a welded connection between two adjacent metal parts.

Es ist bekannt, Metallteile mittels konventioneller Schweißverfahren zu einem Bau teil zu fügen. Speziell im Fahrzeugbau können somit Behälter wie zum Beispiel Kraftstoffbehälter, Druckluftkessel, Luftfilter, Abgasanlagen usw. fügetechnisch ge fertigt werden. Dabei bestimmen Parameter wie beispielsweise die Werkstoffe der Bauteile, die Anforderungen an die Schweißnaht und die erforderliche Produktivität der Herstellung dieser Schweißnaht die Auswahl des jeweiligen Schweißverfahrens. Im Behälterbau wird beispielsweise die Schweißung der Längsnaht im wesentlichen als I-Naht am Stumpfstoß der montagefertigten Bauteile (Platinen) ausgeführt. Dabei spielen die Auswahl der verwendeten Werkstoffe für Bauteil und Schweißdraht, der bei der Schweißung auftretende Wärmeverzug im Bauteil, Spaltnahttoleranzen der zu fügenden Körper bei der qualitätsgerechten Ausführung der Schweißnaht eine wichtige Rolle.It is known to build metal parts using conventional welding techniques to add part. Containers such as, for example, can be used in vehicle construction Fuel tanks, compressed air boilers, air filters, exhaust systems etc. ge be manufactured. Parameters such as the materials of the Components, the requirements for the weld seam and the required productivity the production of this weld, the selection of the respective welding process. In container construction, for example, the welding of the longitudinal seam is essentially designed as an I-seam on the butt joint of the assembled components (boards). Here play the selection of the materials used for component and welding wire, the Heat distortion occurring in the component during welding, gap seam tolerances of the body to be joined in the quality execution of the weld seam important role.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Fügen von Metallteilen technisch und wirtschaftlich zu optimieren.The invention has for its object the joining of metal parts technically and to optimize economically.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Lösung sind die zu fügenden beiden Metallteile ge meinsam in einem einzigen Aufspannzustand zunächst in ihrem Fügebereich durch einen Schweißspalt mit exakt definierter, gleichbleibender Breite zueinander beab standet und anschließend durch ein Laserstrahlschweißverfahren fügetechnisch miteinander verbindbar. Als Metallteile können beispielsweise montagefertige Plati nen oder Bleche vorgesehen sein, die beispielsweise mit I-förmigem oder V-förmigem Stumpfstoß versehen, technisch zuverlässig und wirtschaftlich miteinan der verschweißbar sind. The inventive solution, the two metal parts to be joined are ge together in a single clamping state first in their joining area a welding gap with exactly defined, constant width to each other stands and then joined by a laser beam welding process connectable with each other. Ready-to-install plati can be used as metal parts, for example NEN or sheets can be provided, for example with an I-shaped or V-shaped butt joint, technically reliable and economical which are weldable.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Schweißspalt mit der exakt definierten, gleichbleibenden Breite zwischen den beiden Metallteilen durch zunächst eine mechanische Bearbeitung nach einem Schneid-, Kalibrier-, Fräs- oder Schleifverfahren und nachfolgend einer Nachpositionierung der beiden Metallteile erzielt werden. Als Fräsverfahren kann beispielsweise ein Hochgeschwindigkeits fräsverfahren zur Anwendung kommen. Im Sonderfall eines bereits infolge der me chanischen Bearbeitung erzielten, exakt definierten Schweißspaltes kann eine Nachpositionierung der Fügebereiche der zu fügenden Körper unterbleiben.According to a further embodiment of the invention, the welding gap with the exactly defined, constant width between the two metal parts First a mechanical processing after a cutting, calibration, milling or Grinding process and subsequent repositioning of the two metal parts be achieved. For example, a high-speed milling process can be used milling processes are used. In the special case one already as a result of me a precisely defined welding gap can be achieved by machining Repositioning of the joining areas of the bodies to be joined is avoided.

Die montagefertigen und zur Verschweißung vorgesehenen Metallteile, beispiels weise die Hälften eines bombierten Mantels eines Behälters, werden dabei mittels einer geeigneten Spannvorrichtung in einem einzigen Aufspannzustand positioniert, mechanisch bearbeitet und anschließend miteinander verschweißt. Die Fügeberei che der zu fügenden Metallteile werden hierbei zunächst in Bearbeitungslage, das heißt auf bestimmten Abstand ihrer Stumpfstöße zueinander gebracht. Der Abstand der Stumpfstöße zueinander kann gleich Null ("auf Block") oder auf einen definierten Toleranzabstand gebracht sein. Die Art der mechanischen Bearbeitung des Stumpf stoßes der Platinen oder Bleche richtet sich nach deren für die nachfolgende Schweißung zu erzielende Planparallelität, nach der Form des jeweiligen Stumpf stoßes der miteinander zu verschweißenden Metallteile, beispielsweise I- oder V-Naht, sowie nach den Abmessungen der jeweiligen Körper und nach deren Mate rialart, beispielsweise Aluminium, Stahl etc. Die mechanische Bearbeitung erfolgt wie die anschließende Laserstrahlschweißung in Nahtlängsrichtung.The ready-to-install and intended for welding metal parts, for example wise the halves of a convex jacket of a container are thereby a suitable clamping device positioned in a single clamping state, machined and then welded together. The joining shop che of the metal parts to be joined are first in the processing position, the means brought together at a certain distance of their butt joints. The distance the butt joints to each other can be zero ("on block") or a defined one Tolerance distance be brought. The type of mechanical processing of the stump Butt of the plates or sheets depends on theirs for the following Plane parallelism to be achieved according to the shape of the respective die butt of the metal parts to be welded together, for example I or V-seam, as well as the dimensions of the respective body and its mate rialart, for example aluminum, steel etc. The mechanical processing takes place like the subsequent laser beam welding in the longitudinal direction of the seam.

Je nach Länge der Fügenaht bzw. des Wärmeverzugs kann der Nahtbereich der Schweißnaht mit einer Steppnaht geheftet werden. Das Fügen der Längsnaht nach einem Laserstrahlschweißverfahren kann mit oder ohne Zusatzdraht erfolgen. Der Nahtanfang bzw. das Nahtende kann mit bzw. ohne Aufschweißblech erfolgen. Bei Vorsehen eines Aufschweißbleches kann dieses nach der Schweißung entfernt wer den. Des weiteren können die Schweißparameter zwecks Qualitätssicherung repro duzierbar ON-LINE aufgezeichnet werden. Depending on the length of the seam or the heat distortion, the seam area of the The seam should be stitched with a stitching. The joining of the longitudinal seam after a laser beam welding process can be done with or without filler wire. Of the The beginning or end of the seam can be made with or without a weld-on plate. At Providing a welding plate can be removed after welding the. Furthermore, the welding parameters can be reproved for quality assurance can be recorded ON-LINE.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die beiden fügetech nisch miteinander zu verbindenden Metallteile Bestandteil eines etwa zylindrisch vorgeformten Blechrohrkörpers sein. Auf diese Weise können in besonders wirt schaftlicher Weise, beispielsweise im Fahrzeugbau übliche Behälter und derglei chen gefertigt werden.According to a further embodiment of the invention, the two can be joined niche metal parts to be joined together part of an approximately cylindrical be preformed sheet metal tube body. In this way, you can in particular innkeeper economically, for example, containers and the like common in vehicle construction Chen are manufactured.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungs beispiele näher erläutert.The invention is based on the embodiment shown in the drawing examples explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 zwei mittels Laserstrahlschweißverfahren fügetechnisch miteinander ver bindbare Metallteile mit gewölbt ausgeführten Fügebereichen, Fig. 1 two joining technique ver together by means of laser beam welding method bondable metal parts with curved running joint regions,

Fig. 2 zwei im Stumpfstoß zueinander beabstandete, mittels Laserstrahl schweißverfahren fügetechnisch miteinander verbindbare Metallteile und Fig. 2 two in the butt joint spaced apart, by means of laser beam welding process joining technically connectable metal parts and

Fig. 3 zwei in angeschrägtem Stumpfstoß zueinander beabstandete, mittels La serstrahlschweißverfahren fügetechnisch miteinander verbindbare Metall teile. Fig. 3 two mutually spaced in a bevelled butt joint, by means of laser beam welding process joining technically connectable metal parts.

In Fig. 1 sind zwei zu einem Mantel eines Behälters fügetechnisch miteinander ver bindbare Metallteile 1, 2 in ihrem Fügebereich mit behältereinwärts gerichteten, endseitig eingerollten Abschnitten 3, 4 versehen. Die beiden Metallteile 1, 2 sind hierbei als montagefertigte Bleche ausgeführt, die mittels einer hier nicht gezeigten Spannvorrichtung durch einen Schweißspalt mit exakt definierter, gleichbleibender Breite zueinander beabstandet sind. Der solcherart exakt definierte Schweißspalt 5 ist in einer einzigen Aufspannung der Bleche 1, 2 durch zunächst eine mechanische Bearbeitung, beispielsweise nach einem Schneid-, Kalibrier-, Fräs- oder Schleifver fahren oder dergleichen, und einer nachfolgenden Nachpositionierung der Bleche 1, 2 auf sein für das nachfolgende Laserstrahlschweißverfahren erforderliche Maß ge bracht. In hier gezeigten Version bietet sich als mechanische Bearbeitung beispiels weise ein Kalibrierverfahren an. Dabei werden die eingerollten Abschnitte 3, 4 der Bleche 1, 2 mit einem hier nicht gezeigten Kalibrierdorn mechanisch bearbeitet. An schließend wird das Maß der exakt definierten, gleichbleibenden Breite des Schweißspaltes 5 durch eine nachfolgend vorgenommene Nachpositionierung der zuvor mechanisch bearbeiteten Bleche 1, 2 in derselben Einspannung erzielt. Im Sonderfall kann die Nachpositionierung der Bleche 1, 2 zur Erzielung des exakt de finierten Schweißspaltes 5 entfallen, falls dessen für die Schweißung erforderliches Maß bereits durch die mechanische Bearbeitung erreicht ist. Die mechanische Be arbeitung der Fügebereiche der Bleche 1, 2 erfolgt in Längsrichtung der in Fig. 2 gezeigten Schweißnaht 9. Die fügetechnische Verbindung beider Bleche 1, 2 mittels Laserstrahlschweißverfahren erfolgt unmittelbar nach deren mechanischer Bearbei tung in gleicher Aufspannung.In Fig. 1, two to a jacket of a container joining technically ver bindable metal parts 1 , 2 are provided in their joining area with container-facing, rolled ends 3 , 4 . The two metal parts 1 , 2 are in this case designed as ready-to-assemble sheets which are spaced apart from one another by means of a clamping device (not shown here) by a welding gap with a precisely defined, constant width. The precisely defined welding gap 5 is in a single clamping of the sheets 1 , 2 by first mechanical processing, for example after a cutting, calibration, milling or grinding process or the like, and a subsequent repositioning of the sheets 1 , 2 required dimension for the subsequent laser beam welding process. In the version shown here, a calibration method can be used as mechanical processing, for example. The rolled sections 3 , 4 of the sheets 1 , 2 are machined with a calibration mandrel, not shown here. At closing, the dimension of the exactly defined, constant width of the welding gap 5 is achieved by a subsequent repositioning of the previously mechanically processed sheets 1 , 2 in the same clamping. In special cases, the repositioning of the sheets 1 , 2 to achieve the exactly defined welding gap 5 can be omitted if the dimension required for the welding has already been achieved by the mechanical processing. The mechanical processing of the joining areas of the sheets 1 , 2 takes place in the longitudinal direction of the weld seam 9 shown in FIG. 2. The joining of the two sheets 1 , 2 by means of a laser beam welding process takes place immediately after their mechanical processing in the same setting.

In Fig. 2 sind als miteinander zu verschweißende Metallteile 1, 2 zwei in fester Auf spannung befindliche Bleche zueinander beabstandet. Der exakt definierte Schweißspalt 5 ist in diesem Fall durch parallel zueinander beabstandete, in vertika ler Richtung verlaufende Stumpfstöße 6, 7 der Bleche 1, 2 begrenzt. Als mechani sche Bearbeitung der Stumpfstöße 6, 7 kann beispielsweise ein Fräs- oder Schleif verfahren zur Anwendung kommen. Nach dieser spanabnehmenden Bearbeitung der Fügebereiche der beiden Bleche 1, 2 erfolgt deren Nachpositionierung und La serstrahlschweißung.In Fig. 2 are to be welded to each other metal parts 1 , 2 two sheet metal in fixed tension on each other. The exactly defined welding gap 5 is in this case limited by parallel butt joints 6 , 7 of the sheets 1 , 2 which run in the vertical direction. As a mechanical processing of the butt joints 6 , 7 , for example, a milling or grinding process can be used. After this machining of the joining areas of the two sheets 1 , 2, they are repositioned and laser-welded.

In Fig. 3 ist ein zu den Oberflächen der miteinander zu verschweißenden Bleche 1, 2 schräg verlaufender und exakt definierter Schweißspalt 5 durch zueinander parallel verlaufende, schräggestellte Stumpfstöße 6, 7 der Bleche 1, 2 gebildet. Unabhängig von der Verlaufsrichtung des Schweißspaltes 5 erfolgt die fügetechnische Verbin dung der Bleche 1, 2 gemäß des in Fig. 1 genannten Laserstrahlschweißverfahrens. Der Schweißspalt 5 ist in jedem Fall so bemessen, daß - wie in Fig. 1 und Fig. 2 - eine linienmäßige Pendelbreite des Laserstrahls gewährleistet ist. Unabhängig von der Ausführungsart der Schweißnahtvorbereitung und der Schweißung kann die Schweißnaht zwecks Korrosionsschutz verzinnt werden.In FIG. 3, a precisely defined welding gap 5, which runs obliquely to the surfaces of the sheets 1 , 2 to be welded to one another, is formed by mutually parallel, inclined butt joints 6 , 7 of the sheets 1 , 2 . Regardless of the direction of the welding gap 5 , the joining of the sheets 1 , 2 takes place in accordance with the laser beam welding method mentioned in FIG. 1. The welding gap 5 is dimensioned in each case so that: - ensures a smooth pendulum line width of the laser beam - as shown in Fig 1 and Fig. 2.. Regardless of the type of weld preparation and the weld, the weld can be tinned for corrosion protection.

Claims

1. A method for producing a weld connection between two Metalltei len ( 1 , 2 ), characterized in that between the metal parts to be welded ( 1 , 2 ) generates a welding gap ( 5 ) with a precisely defined, constant width and this welding gap ( 5 ) then is closed by a laser beam welding process.

2. The method according to claim 1, characterized in that the exactly defined welding gap ( 5 ) between the two metal parts ( 1 , 2 ) by first mechanical processing after a cutting, calibration, milling or grinding and then repositioning the two metal parts le ( 1 , 2 ) is achieved.

3. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the two metal parts to be joined together ( 1 , 2 ) are part of an approximately cylindrical preformed sheet metal tube body.

4. The method according to one or more of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the joining technically connected metal parts ( 1 , 2 ) form a vehicle container.