DE19849117A1

DE19849117A1 - Verfahren und Vorrichtung zum gekoppelten Laser-MSG-Schweißen

Info

Publication number: DE19849117A1
Application number: DE19849117A
Authority: DE
Inventors: Armin Wieschemann; Uwe Reisgen
Original assignee: Dilthey Ulrich
Current assignee: REISGEN, UWE, PROF. DR., DE; WIESCHEMANN, ARMIN, DR., DE
Priority date: 1998-10-24
Filing date: 1998-10-24
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2018-10-25
Also published as: DE19849117B4; WO2000024543A1

Abstract

Es ist ein Schweißverfahren offenbart, bei dem ein Laserstrahlprozeß und mindestens zwei MSG-Prozesse gekoppelt werden. Hierdurch werden einerseits die Einsatzmöglichkeiten der MSG-Lichtbogentechnik und der Lasertechnik erheblich erweitert und andererseits Lösungsmöglichkeiten für Schweißaufgaben aufgezeigt, die mit konventionellen Verfahren gar nicht oder nur mit erheblichem Mehraufwand (Spanntechnik, Badsicherung, Mehrlagentechnik etc.) lösbar sind. DOLLAR A Weiter offenbart ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Entwicklung der Fertigungstechnik in den letzten Jahren zeigt einen Trend zu intelli genten Lösungen der immer spezifischer werdenden Fertigungsaufgaben. Dementsprechend steht auch in der Schweißtechnik die Entwicklung neuer Verfahren mit erweiterten Schweiß möglichkeiten im Mittelpunkt des Interesses. Das Laserstrahl- und das Lichtbogenschweiß verfahren sind seit langem in der industriellen Fertigung etabliert und besitzen breite Ein satzfelder. Beide Verfahren haben ihre spezifischen Anwendungen, die durch die physikali schen Prozesse des jeweiligen Energietransports zum Werkstoff sowie durch die erreichba ren Energieflüsse charakterisiert werden.

Beim Laserstrahlschweißen erfolgt der Energietransport zwischen Laserstrahlquelle und Werkstoff durch nahezu kohärente Strahlung. Der Lichtbogen überträgt hingegen die Schweißwärme durch einen hohen elektrischen Strom, der über einen leitfähigen Plasmazu stand, auch Lichtbogensäule genannt, zum Werkstück fließt.

Die Laserstrahlung eignet sich für unterschiedliche Bearbeitungsverfahren verschiedener Werkstoffe. Charakteristisch ist die geringe Einbringung von Energie in den Werkstoff bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. In Konsequenz führt dies beim Laserstrahlschweißen zu einer vergleichbar schmalen wärmebeeinflußten Zone mit einem großen Verhältnis von Einschweißtiefe zu Nahtbreite (Tiefschweißeffekt). Die erzielbare Spaltüberbrückbarkeit ist aufgrund des kleinen Strahldurchmessers jedoch gering. Der elektrische Wirkungsgrad bei diesem Verfahren liegt in der Regel unter 10%, was jedoch in vielen Fällen durch die hohe Schweißgeschwindigkeit aufgrund konzentrierter Wärmeeinbringung aufgewogen wird.

Beim Lichtbogenschweißprozeß kommt es aufgrund der wesentlich kleineren Energiedichte zu geringeren Bearbeitungsgeschwindigkeiten; der Brennfleck des Lichtbogens an der Ober fläche des Werkstoffes ist entsprechend größer als beim Laserstrahl. Infolgedessen sind die Nähte breiter als beim Laserstrahlschweißen, so daß bei einer vergleichbaren Schweißnaht tiefe die eingebrachte Energie und die Spaltüberbrückbarkeit größer ist. Die Lichtbogentech nologie bietet den Vorteil eines hohen energetischen Wirkungsgrades bei gleichzeitig niedri gen Investitionskosten. Da aber die Einschweißtiefe begrenzt ist, zeichnet sich die Naht durch ein niedriges Verhältnis von Nahthöhe zu Nahtbreite aus. Vor allem aber die niedrige Schweißgeschwindigkeit in Verbindung mit der hohen thermischen Belastung des Bauteils begrenzen die Einsatzmöglichkeiten dieses Verfahrens.

In den vergangenen Jahren wurden zunächst durch Laserstrahlquellen hoher Leistung und hoher Strahlqualität neue Möglichkeiten zur Prozeßgestaltung und fertigungstechnischen Umsetzung geschaffen. Gleiches gilt für die Entwicklung moderner Lichtbogenquellen, die eine Vielzahl von steuerungstechnischen Möglichkeiten bieten. Entsprechend diesen Voraus setzungen waren die Entwicklungen in jüngster Zeit nicht darauf ausgerichtet, technologi sche Unzulänglichkeiten eines Verfahrens auszugleichen, sondern vielmehr durch die Zu sammenführung beider Prozesse synergetische Effekte zu erzielen und die Freiheitsgrade zur Anpassung eines Schweißprozesses zu erhöhen. Hierdurch können qualitäts- und fertigungs technische Vorteile sowie eine wirtschaftliche Verbesserung erreicht werden.

Die Arbeiten der Erfinder waren deshalb in jüngster Zeit darauf ausgerichtet, eine Verbesse rung des Prozeßverständnisses zu erreichen, eine erste Adaption von seriellen (kombinierten) und hybriden (gekoppelten) Schweißprozessen an verschiedenen Werkstoffgruppen durchzu führen und die notwendigen Komponenten im Technikumsmaßstab zusammenzustellen, da mit reproduzierbare Ergebnisse ermöglicht werden.

Die Kombination und die Kopplung von Laserstrahlschweißverfahren und Lichtbogen schweißverfahren ist in Fig. 1 prinzipiell dargestellt.

Bei der Verfahrenskombination wirken Laserstrahl und Lichtbogen zeitlich oder örtlich ge trennt. Hierbei handelt es sich um den Einsatz zweier oder mehrerer Verfahren ohne Wech selwirkungen untereinander.

Bei der Verfahrenskopplung hingegen wirken Laserstrahl (CO₂-, Nd : YAG-, Diodenlaser etc.) und Lichtbogen (MSG, WIG oder Plasma) zeitgleich in einer Wechselwirkungszone (Plasma und Schmelze) und beeinflussen bzw. unterstützen sich gegenseitig. Diese Verfah renskopplung wird mit dem Begriff "Hybridschweißverfahren" oder "Hybridprozeß" be zeichnet. Als Ergebnis zahlreicher Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß ein Prozeß möglich ist, bei dem durch die Kopplung der Verfahren Synergieeffekte erzielt und die Nachteile der jeweiligen Verfahren kompensiert werden können, so daß für eine Vielzahl von Anwendungsfällen technisch und wirtschaftlich interessante Möglichkeiten eröffnet wer den.

Beim Hybridprozeß führt der Lichtbogen dem Schweißgut im oberen Nahtbereich zusätzlich zum Laserstrahl Wärme zu, wodurch die Schweißnaht eine kelchförmige Gestalt erhält. Die wechselseitige Beeinflussung der Prozesse kann je nach eingesetztem Lichtbogen- oder La serverfahren und den Prozeßparametern unterschiedliche Stärke und Ausprägung haben. Die Wärmebelastung des Bauteils durch den Hybridprozeß kann dem Laserverfahren vergleich bar gering gehalten werden. Je nach dem gewählten Verhältnis der Leistungsbeiträge kann der Laser- oder der Lichtbogencharakter überwiegen. In Fig. 2 sind die Vorteile durch die Verfahrenskopplung dargestellt.

Der Hybridprozeß wurde in den letzten Jahren insbesondere in einer Ausbildung als Laser- MSG-Hybridprozeß untersucht, wobei dessen grundsätzliche Einsatzfähigkeit unter Beweis gestellt und dabei die jeweils erreichbaren Produktivitätssteigerungen sowie die gegenseitige Beeinflussung der beiden Schweißwärmequellen aufgezeigt wurden.

In Verbindung mit der geometrischen Anordnung der einzelnen Komponenten zueinander kann das Lichtbogenschweißverfahren die Spaltüberbrückbarkeit erhöhen, d. h. es erweitert den Toleranzbereich hinsichtlich der Güte der Kantenvorbereitung erheblich. Der Energie eintrag des Lichtbogens in das Bearbeitungsvolumen erlaubt darüber hinaus z. B. eine Steue rung der Abkühlungsbedingungen. Der Laserstrahl bewirkt über das ionisierte Plasma eine erleichterte Zündung des Lichtbogens, eine Stabilisierung des Lichtbogenschweißprozesses sowie die Energiedeponierung in der Materialtiefe. Über die Verbesserung der Energieein kopplung wird so beim Hybridprozeß eine größere Schweißtiefe bzw. -geschwindigkeit er reicht, als es z. B. beim MSG-Schweißen oder beim Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht der Fall ist (vgl. Fig. 3). Es ist somit möglich, Leistungsfähigkeit und energetischen Wir kungsgrad zu steigern, ohne auf die Vorteile des Einsatzes von Zusatzwerkstoff wie z. B. die metallurgische Gefügebeeinflussung verzichten zu müssen.

Neben der Produktivitätssteigerung bietet der Hybridprozeß weitere, für den gesamten Pro duktionsprozeß relevante Vorteile. Durch eine deutliche Verringerung der Streckenenergie gegenüber allen bekannten Schweißverfahren, in denen Zusatzwerkstoff zum Einsatz kommt, wird die thermische Belastung des Bauteils reduziert. Dies bedeutet, daß der thermisch be dingte Bauteilverzug und gegebenenfalls die Eigenspannungen im Bauteil nach dem Schwei ßen deutlich gemindert werden. Im Fertigungsprozeß sind oft die den Schweißprozeß be gleitenden Arbeitsgänge sehr arbeits- und kostenintensiv. Dies gilt vor allem für die Bauteil vorbereitung durch mechanische Bearbeitung der Kantengeometrie, durch Spannen und Heften als auch für den nachfolgenden Arbeitsgang des thermischen Richtens, der zudem hochqualifiziertes Personal erfordert. Für alle genannten Arbeitsgänge kann der Aufwand erheblich gesenkt werden.

Trotz seiner vielfach bewährten Vorteile gibt es jedoch zahlreiche Anwendungsfälle, in de nen der vorstehend erläuterte Hybridprozeß nicht zu dem gewünschten Ergebnis führt. Bei spielhaft wird in den folgenden Punkten eine vollflächige, stoffschlüssige Verbindung von mindestens zwei Werkstücken zugrunde gelegt.

So ist zum Beispiel die verschweißbare Blechdicke bei Stumpfstößen mit Spalt (I-, Y-, V- Naht etc.) oder Kehlnähten mit Spalt (HV-, HY-, DHY-Naht etc.) durch die Laserleistung und das vorlaufende Schmelzbad des MSG-Prozesses begrenzt. Die Zufuhr von mehr Zu satzwerkstoff über den vorlaufenden MSG-Prozeß durch Erhöhung der Drahtgeschwindig keit oder durch den Einsatz der Zweidrahttechnik (Tandem oder Doppeldraht) führt zu kei ner Vergrößerung der verschweißbaren Blechdicke.

Weiter ist im Falle von Stumpfstößen (I-, V-, Y-Naht) die Spaltüberbrückbarkeit von der Schmelzbadgröße abhängig. Bei zu großem Schmelzbadvolumen kommt es zu Problemen wie Nahteinfall, Nahtdurchhang, Einbrandkerben oder Porenzeilen. Die Spaltüberbrückbar keit ist auch bei Kehlnähten durch die blechdickenabhängige, maximal zulässige Schmelz badgröße beschränkt.

Der Hybridprozeß erfährt seine Grenzen auch hinsichtlich der Schweißgeschwindigkeit, die bei gleicher Laserleistung P_L durch die zulässige Lichtbogenleistung begrenzt ist, die deut lich unterhalb der erzeugbaren Stromquellenleistung liegt. Dies gilt sowohl bei Stumpfnähten als auch bei Kehlnähten.

Schließlich ist auch die Drahtvorschubgeschwindigkeit VD durch die beherrschbare Schmelz badgröße, die wiederum von der Blechdicke abhängt, beschränkt. Folgen zu hoher Drahtge schwindigkeit sind z. B. Nahteinfall, Einbrandkerben oder Nahtdurchhang.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Schweißprozeß und eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei der unter Vermeidung bzw. Aus schaltung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile erheblich erweiterte Anwen dungsgebiete erschlossen werden können.

Diese Aufgabe wurde in überraschend effizienter Weise dadurch gelöst, daß mindestens ein weiterer MSG-Prozeß eingekoppelt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert, die folgendes zeigen:

Fig. 1 stellt schematisch die Verfahrensvarianten Laser-Lichtbogen-Kombination und -Kopplung dar;

Fig. 2 zeigt schematisch die Vorteile der Verfahrenskopplung;

Fig. 3 zeigt Abbildungen von Schweißnahtquerschnitten mit charakteristischen Parametern für einen Laser-MSG-Hybridprozeß und einen Laserstrahlschweißprozeß mit Zu satzdraht;

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Bearbeitungskopfes in Vorderansicht (linke Fi gurhälfte) und Seitenansicht (rechte Figurhälfte);

Fig. 5 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 1 als Modell;

Fig. 6 zeigt die Ausführungsform aus Fig. 1 als serienreifen Prototypen; und

Fig. 7 zeigt wirtschaftliche Aspekte der Fertigung bei Einsatz des erfindungsgemäßen Ver fahrens.

Das zur Abkürzung in der Folge "HyDRA" (Hybrid welding with Double Rapid Arc) ge nannte Schweißverfahren beruht auf der Kopplung des Laserstrahls mit mindestens zwei MSG-Brennern. Neben den bekannten Vorteilen des Hybridprozesses im Vergleich zum La serstrahl- bzw. Lichtbogenprozeß ergeben sich weitere Vorteile und damit Lösungsmöglich keiten für eine Vielzahl anspruchsvoller Schweißaufgaben. Dem größeren maschinellen Aufwand des HyDRA-Schweißverfahrens durch den Einsatz weiterer MSG-Brenner stehen, je nach Wahl der Parameter der Einzelprozesse, folgende Vorteile gegenüber:

- Überbrückung deutlich größerer Spaltweiten gegenüber dem Laser-MSG-Hybridprozeß und dem Laserstrahlprozeß mit Zusatzdraht;
- deutliche Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit und ohne Zusatzwerkstoff (gleiche Ausgangsleistung P_L), dem Laser-MSG-Hybridprozeß sowie MSG-Lichtbogenprozessen mit und ohne Zweidrahttechnik;
- Vergrößerung der Einschweißtiefe gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit und ohne Zu satzwerkstoff (gleiche Ausgangsleistung P_L), dem Laser-MSG-Hybridprozeß sowie MSG-Lichtbogenprozessen mit und ohne Zweidrahttechnik;
- deutliche Reduzierung der Wärmeeinbringung = Minimierung der thermischen Bela stung des Bauteils durch reduzierte Streckenenergie gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit Zusatzwerkstoff, dem Laser-MSG-Hybridprozeß sowie allen konventionellen Licht bogenprozessen;
- deutliche Erhöhung der Abschmelzleistung gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit Zu satzwerkstoff, dem Laser-MSG-Hybridprozeß sowie gegenüber allen konventionellen Lichtbogenprozessen, wenn keine Badsicherung vorgesehen ist;
- bessere Beherrschbarkeit der Schmelze und gezielte Beeinflussung der Nahtausbildung durch variable Anordnung und Einstellung der Einzelprozesse.

Von Bedeutung sind neben der erhöhten Prozeßstabilität und Energieeinkopplung weitere, die Trennung der Lichtbogenprozesse betreffende Vorteile wie z. B. die Aufteilung des be nötigten Zusatzwerkstoffes auf zwei MSG-Prozesse. Zum einen wird hierdurch eine Strec kung bzw. Verlängerung des u. U. sehr breiten Schmelzbades erreicht, wodurch ein Durch sacken der Schmelze verhindert und die Möglichkeit eröffnet wird, größere Spaltweiten zu überbrücken. Zum anderen lassen sich durch gezielte Einstellungen aller drei Schweißpro zesse, und hierzu zählt insbesondere die Abstimmung des vor- und nachlaufenden MSG- Prozesses, Blechverbindungen mit hohen Geschwindigkeiten bei unterschiedlichen Stoßgeo metrien (Kehlnaht, Stumpfnaht, etc.) und Fugenvorbereitungen in einer Lage und ohne Bad sicherung fehlerfrei fügen.

Vergleicht man den HyDRA-Prozeß mit dem Laser-MSG-Hybridprozeß, so ist bei gleicher Stromstärke die erzielbare Abschmelzleistung zweier dünner Drähte größer als bei einem einzelnen dicken Draht mit vergleichbarer Querschnittsfläche, da die größere Mantelfläche bei zwei dünnen Elektroden eine bessere Energieeinkopplung am elektrodenseitigen Licht bogenansatzpunkt gewährleistet. Aus diesem Grund läßt sich beim Einsatz des Laserstrahl prozesses mit zwei MSG-Brennern eine größere Schweißgeschwindigkeit bei gleichzeitig reduzierter Wärmeeinbringung erzielen.

Sind Drahtgeschwindigkeiten von weit über 20 m/min notwendig, wie es z. B. bei größeren Blechdicken mit entsprechender Fugenvorbereitung der Fall ist, bewegt man sich i.d.R. im Grenzbereich der Leistungsfähigkeit einzelner Stromquellen. Durch den Einsatz einer zwei ten Stromquelle lassen sich Drahtgeschwindigkeiten von über 40 m/min erzielen, wodurch das Einsatzspektrum stark erweitert wird und sich für eine Vielzahl von Schweißaufgaben ein alternativer Lösungsweg anbietet. Im Vergleich zum Hybridprozeß liegt ein weiterer Vorteil in der Erhöhung der in einer Lage vollständig verschweißbaren Blechdicke durch den zweiten, nachlaufenden Lichtbogenprozeß, der mit seinem Zusatzwerkstoffanteil zum Auffüllen der Fuge beiträgt.

Die Eigenschaften des HyDRA-Prozesses führen zum einen zu einer Erweiterung der tech nologischen Möglichkeiten. Zum anderen erlaubt aber eine Abbildung der Schweißmöglich keiten auf ein spezifisches Aufgabenprofil auch eine unmittelbare Verbesserung der Wirt schaftlichkeit in der Fertigung (vgl. Fig. 7). Es ist zu erwarten, daß die Einsatzmöglich keiten von Stahl aber auch von anderen Werkstoffen wie z. B. Aluminium und dessen Legie rungen durch eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit in der Bearbeitung erweitert werden.

Wesentliche Randbedingung für den Einsatz des HyDRA-Schweißverfahrens ist die Ent wicklung und der Aufbau eines Bearbeitungskopfes. Dabei ist die absolut freie Positionie rung der MSG-Brenner zueinander als auch zur Fokussiereinheit des Laserstrahls zu berück sichtigen, so daß je nach Anwendungsfall variable Abstände zwischen den Lichtbögen und dem Brennfleck des Laserstrahls eingestellt werden können. Folgende Randbedingungen sind bei der Entwicklung und Konstruktion des Bearbeitungskopfes zu berücksichtigen:

- individuelle Einstellbarkeit der Einzelprozesse
- freie Positionierung der Prozesse zueinander
- modularer Aufbau
- kompakte Abmessungen, gute Zugänglichkeit
- Drehpunkte der MSG-Brenner im Arbeitspunkt des Strahles
- Optikschutz durch Crossjet
- Schutz des Bearbeitungskopfes durch Spritzerblech
- Prozeßgaszufuhr über Brennerdüsen und/oder Prozeßgasdüse
- Reproduzierbarkeit durch skalierte Achseneinstellung

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Bearbeitungskopfes für einen Laser und zwei MSG-Brenner, der alle vorgenannten Randbedingungen erfüllt. In der linken Fi gurhälfte ist der Bearbeitungskopf in Vorderansicht und in der rechten Figurhälfte in Seiten ansicht dargestellt.

Die Einstellung der MSG-Brenner zueinander sowie zum Laserstrahl erfolgt über insgesamt zehn Achsen. Zwei Achsen, eine vertikale rotatorische Achse 1 und eine vertikale translato rische Achse 2, dienen zur gemeinsamen Positionierung der MSG-Brenner zum Laserstrahl. So ist es z. B. möglich, mit der Achse 1 einen MSG-Brenner in vorlaufender und den ande ren MSG-Brenner in nachlaufender Funktion zum Laserstrahl anzuordnen. In dieser Anord nung läßt sich der Abstand zwischen Drahtspitze und Fokuspunkt in für das Verfahren be nötigte Bereiche variieren. Eine Drehung der Achse 1 aus dieser Position um 90° führt zu einer Anordnung der MSG-Brenner senkrecht zur Schweißrichtung und ermöglicht so das Schweißen mit zwei vor- oder nachlaufenden MSG-Brennern, je nach Schweißrichtung. Mit der vertikalen Achse 2 ist zunächst eine grobe Positionierung beider MSG-Brenner relativ zum Fokuspunkt des Laserstrahls entsprechend der eingesetzten Brennweite möglich.

Mit jeweils vier der verbleibenden acht Achsen lassen sich die einzelnen MSG-Brenner exakt zueinander sowie zum Laserstrahl einstellen. Zwei rotatorische Achsen 4 und 5 bzw. 7 und 8 sowie zwei translatorische Achsen 3 und 9 bzw. 6 und 10 mit entsprechender Skalierung gewährleisten eine reproduzierbare Einstellung.

Die rotatorischen "Achsen" 4 bzw. 7 dienen der Verstellung des ersten bzw. zweiten MSG- Brenners entlang eines vertikalen Kreisbogens, der seinen Mittelpunkt im Fokuspunkt des Laserstrahls hat, d. h. der Drehpunkt der Verstellung fällt mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammen. Mit diesen ist es also möglich, den Eintrittswinkel der MSG-Lichtbögen in das Werkstück bzw. deren Neigung zum (vertikalen) Laserstrahl zu variieren.

Mit den horizontalen Achsen 5 bzw. 8 zur rotatorischen Verstellung des ersten bzw. zweiten MSG-Brenners lassen sich die MSG-Brenner, je nach Stellung der Achse 1 seitlich bzw. in Schweißrichtung vor oder zurück, weiter vom Fokuspunkt des Lasers wegführen oder näher an diesen heranführen. Die Drehpunkte der Achsen 5 und 8 durchstoßen den Verstellbogen der Achse 4 senkrecht.

Mit den beiden horizontalen Achsen 9 bzw. 10 lassen sich der erste bzw. zweite MSG- Brenner außerdem, wiederum je nach Stellung der Achse 1 seitlich bzw. in Schweißrichtung vor oder zurück, translatorisch weiter vom Fokuspunkt des Lasers wegführen oder näher an diesen heranführen.

Die einstellbaren Achsen sind in an sich bekannter Weise ausgeführt, z. B. mittels Einstell- bzw. Feststellschrauben mit Feingewinde, gegebenenfalls Mikrometerschrauben. Selbstver ständlich ist es auch möglich, aufwendigere Einstellmöglichkeiten wie z. B. numerisch ge steuerte Schrittmotoren od. dgl. zu verwenden.

Der Bearbeitungskopf erlaubt es somit, in reproduzierbarer Weise beide Schweißbrenner in nahezu beliebiger Anordnung zum Laserstrahl zu positionieren. Jeder Draht ist an eine eige ne Stromquelle angeschlossen und wird von einem eigenen Drahtvorschubsystem zum ge meinsamen Bearbeitungskopf geführt. Die Lichtbögen erzeugen mit dem Laserstrahl bei kleinem Abstand ein gemeinsames Plasma und Schmelzbad. Bei größerem Abstand sind auch getrennte Schmelzbäder einstellbar, so daß die Vorrichtung auch für das kombinierte Schweißen geeignet ist.

Der Bearbeitungskopf verbindet kommerziell erhältliche Komponenten einer Laser- und Lichtbogenanlage zu einem neuentwickelten HyDRA-Schweißsystem, das einerseits die Ein satzmöglichkeiten der MSG-Lichtbogentechnik und der Lasertechnik erheblich erweitert und andererseits Lösungsmöglichkeiten für Schweißaufgaben aufzeigt, die mit konventionellen Verfahren gar nicht oder nur mit erheblichem Mehraufwand (Spanntechnik, Badsicherung, Mehrlagentechnik, etc.) lösbar sind.

Claims

1. Schweißverfahren, bei dem ein Laserstrahlprozeß und ein MSG-Prozeß gekoppelt wer den, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer MSG-Prozeß eingekoppelt wird.

2. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein MSG- Prozeß vor- und mindestens ein MSG-Prozeß nachläuft.

3. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle MSG-Prozesse vorlaufen.

4. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle MSG-Prozesse nachlaufen.

5. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle MSG-Prozesse beliebig zum Laserstrahlprozeß positioniert werden können.

6. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der vorlaufenden MSG-Prozesse durch die Zufuhr von Kaltdraht ersetzt wird.

7. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensparameter aller MSG-Prozesse unabhängig voneinander steuerbar sind.

8. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der MSG-Prozesse durch einen Plasma-MSG-Prozeß ersetzt wer den kann.

9. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherge henden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bearbeitungskopf mit einer Laserstrahleinheit und mit mindestens zwei neben der Laserstrahleinheit so angeordneten MSG-Brennern, daß die Bearbeitungszonen der La serstrahleinheit und der MSG-Brenner im wesentlichen zusammenfallen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei MSG-Brenner vorge sehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die MSG-Brenner in mindestens einer der nachfolgenden Achsen verstellbar gelagert sind:

1. Achse (1): vertikale Achse zur rotatorischen Verstellung und gemeinsamen Positio nierung der MSG-Brenner zum Laserstrahl;
2. Achse (2): vertikale Achse zur translatorischen Verstellung und gemeinsamen Posi tionierung der MSG-Brenner zum Laserstrahl;
3. Achse (3): zur Vertikalen geneigte Achse zur translatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners entlang dessen Längsachse;
4. Achse (6): zur Vertikalen geneigte Achse zur translatorischen Verstellung des zwei ten MSG-Brenners entlang dessen Längsachse;
5. Achse (4): kreisbogenförmige Achse zur rotatorischen Verstellung des ersten MSG- Brenners, wobei der Drehpunkt mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammenfällt;
6. Achse (7): kreisbogenförmige Achse zur rotatorischen Verstellung des zweiten MSG-Brenners, wobei der Drehpunkt mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammen fällt;
7. Achse (5): horizontale Achse zur rotatorischen Verstellung des ersten MSG- Brenners, wobei der Drehpunkt den Verstellbogen der Achse (4) senkrecht durch stößt;
8. Achse (8): horizontale Achse zur rotatorischen Verstellung des zweiten MSG- Brenners, wobei der Drehpunkt den Verstellbogen der Achse (7) senkrecht durch stößt;
9. Achse (9): horizontale Achse zur translatorischen Verstellung des ersten MSG- Brenners,
10. Achse (10): horizontale Achse zur translatorischen Verstellung des zweiten MSG- Brenners,

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die MSG-Brenner in allen Achsen verstellbar gelagert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle Achsen eine Skalierung aufweisen.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßgaszufuhr über die MSG-Brenner und/oder mindestens eine Prozeßgasdüse er folgt.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Optik Crossjets vorgesehen sind.