DE19947314A1 - Vorrichtung umfassend eine Schweißverbindung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung einer Schweißverbindung, insbesondere zur Anwendung bei vakuumisolierten Wandungen, um prozeßsicher großseriengerecht die beim Strahlschweißen am Ende des Tiefschweißvorgangs sich bildende, potentielle Dichtigkeitsprobleme hervorrufende Kraterbildung zu vermeiden. Hierzu wird vorgeschlagen, den mit der Kraterbildung versehenen Endabschnitt der ersten Schweißnaht mit einer zweiten Schweißnaht, hergestellt im Wärmeleitungsschweißen, zu überlagern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend eine Schweißverbindung zwischen wenigstens zwei durch eine anhand eines Strahlschweißverfahrens wie Laserschweis­ sen oder Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen erzeugten Schweißnaht zur flüssigkeits- und/oder gasdicht miteinander verbundenen Bauteilen aus Stahl, Edel­ stahl oder dergleichen.

Bei auf Vakuumisolationstechnik basierenden wärmeisolierenden Wandungen ist es bekannt, zu deren Herstellung Strahlschweißverfahren, insbesondere Laserschweissen zu verwenden. Bei der Herstellung der Schweißverbindung zwischen den Bauteilen ist es prinzipbedingt nicht zu vermeiden, daß sich am Ende der im Tiefschweissen erzeugten Schweißnaht aufgrund des Erstarrungsvorgangs der Materialschmelze am Schweißnahtauslauf ein sogenannter Krater bildet, dessen Tiefe während des Tief­ schweißvorganges insbesondere gemessen an den Dichtheitsanforderungen, wenn überhaupt dann nur unmaßgeblich beeinflußt werden kann. Demzufolge besteht durch die Kraterbildung die Gefahr, daß am Schweißnahtende infolge des Kraters ein durchgehend verlaufender Kanal gebildet wird, welcher durch eine reine Sichtkontrolle nicht praktikabel feststellbar ist, aber welcher bei auf Vakuumisolationstechnik basie­ renden wärmeisolierenden Wandungen zur Folge hätte, daß die davon betroffenen Wandungen hinsichtlich ihrer Wärmeisolationseigenschaften funktionsunfähig wären. Die Funktionsunfähigkeit müßte dazu, da diese sporadisch auftreten kann, durch eine kostenintensive Hundertprozentüberwachung der laufenden Fertigung dieser Wan­ dungen festgestellt werden.

Um dies zu umgehen, wurde bereits vorgeschlagen, die Leistung des zur Erzeugung der Tiefschweißung verwendeten Lasers im Nahbereich des Schweißnahtendes zu re­ duzieren. Auch ein derartiges Vorgehen zeigte keine reproduzierbaren Ergebnisse zur Vermeidung der oben genannten Fehlstelle. Deshalb ist man dazu übergegangen, das Schweißnahtende entweder mit einer Lötung oder Klebung zu versiegeln. Während das erstere Verfahren, um eine ausreichende Haftung des Lotes an dem Lötpartner zu gewährleisten, eine entsprechende Vorbehandlung des Lötpartners mit sich bringt, zieht die zweite Möglichkeit nach sich, daß die Klebstoffe auch eine Vorbehandlung erfordern und oder nur äußerst eingeschränkt diffusionsdicht wirken, so daß die Lang­ zeitstabilität der Vakuumisolation nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 mit einfachen Maßnahmen die Nachteile des Standes der Tech­ nik zu vermeiden und eine reproduzierbare Dichtigkeit am Schweißnahtende zu erzeu­ gen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schweißnaht zu­ mindest an ihrem Endabschnitt von einer zweiten Schweißnaht überlagert ist, welche bezüglich der ursprünglichen Schweißnaht mit verminderter Streckenenergie erzeugt ist.

Durch die Überlagerung der im Tiefschweißprozeß erzeugten ersten Schweißnaht an ihrem mit der Fehlstelle behafteten Endabschnitt mit einer zweiten, durch die vermin­ derte Streckenenergie im Wärmeleitungschweißen erzeugten Schweißnaht ist groß­ seriengerecht reproduzierbar eine sowohl flüssigkeits- und/oder gasdichte Verbindung wenigstens zweier Bauteile bereitgestellt. Durch die reproduzierbare Prozeßführung ist eine kostenintensive Hundertprozentüberwachung der Schweißnaht auf Dichtigkeit und somit Funktionsfähigkeit vermieden. Die Länge der Überlagerungsschweißnaht kann je nachdem, ob die beim Tiefschweißvorgang auf die Verbindungsstelle einwirkende Strahlleistung kontinuierlich oder sprunghaft reduziert wird, mehr oder weniger lang ausgebildet sein und somit sich über einige Millimeter oder über die Länge der gesam­ ten ersten Schweißnaht, wenn diese relativ kurz ausgeführt ist, erstrecken. Durch die Überlagerung des die Fehlstelle aufweisenden Bereiches der im Tiefschweißen er­ zeugten Schweißnaht mit einer zweiten Schweißnaht ist somit sicher die Schwachstelle durch die zweite Schweißnaht erfaßt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vor­ gesehen, daß die zweite überlagernde Schweißnaht unter zumindest weitestgehender Beibehaltung der für die Herstellung der ersten Schweißnaht vorgegebenen Position der Vorrichtung zur Strahlschweißquelle erzeugt ist.

Durch die Beibehaltung der ursprünglichen Schweißposition der Vorrichtung in Relation zu der Strahlschweißquelle ist nicht nur ein kostenintensives erneutes Ausrichten der Vorrichtung zur Strahlschweißquelle vermieden, sondern zugleich erreicht, daß die überlagernde Schweißnaht mit dem zur Erzeugung der ersten Schweißnaht dienenden Steuerungsprogramm für die Strahlschweißquelle Anwendung finden kann. Auf diese Weise ist zuverlässig gewährleistet, daß die von der Strahlschweißquelle ausgehende Schweißenergie gezielt an die Fehl- oder Schwachstelle der Schweißverbindung gelangt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite überlagernde Schweißnaht am Schweißnahtende der ersten Schweißnaht beginnt und in Richtung des Schweißnahtanfangs der ersten Schweißnaht geführt ist.

Hierdurch ergibt sich aufgrund der Wegoptimierung ein besonders Zeit- und somit ko­ stensparender Verfahrensablauf.

Entsprechend in alternativer Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite überlagernde Schweißnaht mit Abstand vom Schweiß­ nahtende der ersten Schweißnaht beginnt und in Richtung des Schweißnahtendes der ersten Schweißnaht geführt ist.

Bei einer derartigen Führung der überlagernden zweiten Schweißnaht ist die Energie­ einleitung der Strahlschweißquelle auf die Verbindungsstelle besonders unproblema­ tisch, insbesondere bei Schweißungen mit zwei freien Enden.

Nach einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite überlagernde Schweißnaht zumindest weitestgehend unmittelbar im zeitlichen Anschluß an die erste Schweißnaht erzeugt ist und mit der zur Erzeugung der ersten Schweißnaht dienenden Strahlschweißquelle hergestellt ist.

Eine derartige Herstellung der zweiten überlagernden Schweißnaht vermeidet nicht nur Umrüstumpositionierzeiten, sondern läßt sich steuerungs- und einstellungsgünstig durch die gezielte Abänderung der Kenndaten zur Herstellung der ersten, im Tief­ schweißen erzeugten Schweißnaht bewirken.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zweite überlagernde Schweißnaht und die erste Schweißnaht durch verschiedene Strahlschweißquellen erzeugt sind.

Durch eine derartige Zuordnung einer zweiten, zum Wärmeleitungschweißen dienen­ den Strahlquelle, wie z. B. einem Diodenlaser, ist eine ständige Verstellung der einmal im Hinblick auf den Tiefschweißvorgang eingestellten leistungsstarken Strahlquelle vermieden. Bei der Anwendung eines Diodenlasers ergibt sich ein besonders günsti­ ges Wärmeleitschweißen aufgrund der von diesem Laser abgegebenen Wellenlänge. Besonders prozeßsicher beherrschbar ist die Beseitigung der Fehl- oder Schwachstelle der ersten Schweißnaht, wenn nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die zweite überlagernde Schweiß­ naht durch einen Umschmelzvorgang der Schweißnahtoberraupe der ersten Schweiß­ naht erzeugt ist.

Gemäß einer nächsten bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß der Umschmelzvorgang der Schweißnahtoberraupe wenig­ stens weitestgehend durch ein Wärmeleitungsschweißen bewirkt ist.

Hierdurch ist mit Sicherheit ein zweiter, gegebenenfalls wieder zur Erzeugung einer Fehl- oder Schwachstelle in Form eines Kraters neigender Tiefschweißvorgang ver­ mieden.

Besonders zweckmäßig ist im Hinblick auf die bei der Herstellung von wärmeisolieren­ den Wandungen notwendigerweise zu erreichende Prozeßsicherheit in der Großserie ausgebildet ist eine wärmeisolierende Wandung basierend auf Vakuumisolations­ technik für ein Haushaltsgerät wie ein Kältegerätegehäuse, eine Kältegerätetür, eine Herdmuffel eines Haushaltsherdes, ein Laugenbehälter einer Waschmaschine, ein Ge­ häuse für eine Geschirrspülmaschine oder dergleichen, wenn nach einer letzten be­ vorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen ist, daß die wärmeisolierende Wandung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand einer in der beigefügten Zeichnung vereinfacht dargestellten Schweißverbindung für eine vakuumisolierte Wandung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ausschnittsweise einen Wandabschnitt einer vakuumisolierten Wandung mit zwei aneinanderliegenden Wandelelementen, welche durch eine im Tiefschweißvorgang erzeugte, an ihrem Ende eine Fehlstelle aufweisende Schweißnaht verbunden sind, in raumbild­ licher Ansicht von vorne und

Fig. 2 die Wandung gemäß Fig. 1 mit einer zweiten die erste Schweiß­ naht im Bereich ihrer Fehlstelle überlagernden zweiten Schweiß­ naht, in raumbildlicher Ansicht von vorne.

Gemäß Fig. 1 ist in vereinfachter schematischer Darstellung ausschnittsweise eine bei Vakuumisolationstechnik Einsatz findende wärmedämmende Wandung 10 für ein nicht dargestelltes Haushaltskältegerät gezeigt. Die Wandung 10 besitzt ein erstes, beispielsweise aus Edelstahl, korrosionsgeschütztes Stahlblech oder dergleichen be­ stehendes Wandelement 11, welches mit nicht dargestellten Spannmitteln mit einem zweiten, ebenfalls aus Edelstahl, korrosionsgeschütztes Stahlblech oder dergleichen bestehenden Wandelement 12 in aneinanderliegender Weise verspannt ist. Zur va­ kuumdichten Verbindung der beiden Wandelemente 11 und 12 ist eine erste im Tief­ schweißen anhand eines Lasers, wie einem Neodym: YAG-Laser oder einem Kohlen­ dioxidlaser hergestellte Schweißnaht 13 vorgesehenen, welche vor ihrem Schweiß­ nahtende eine Schweißnahtoberraupe 14 besitzt. Die Schweißnaht 13 weist an ihrem Endabschnitt 15 eine durch die prozeßbedingte Absenkung der Schweißenergie ver­ ursachte kraterartige Fehlstelle 16 auf, welche im ungünstigsten Fall einen durchge­ hend verlaufenden, den Aufbau des Vakuums verhindernden Kanal aufweisen kann.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hergeht, ist die Schweißnaht 13 an ihrem Endabschnitt 15 zur Behebung der Fehlstelle 16 von einer zweiten Schweißnaht 17 überlagert, wel­ che ausgehend vom Schweißnahtende des Endabschnittes 15 entgegen der Erzeu­ gungsrichtung der Schweißnaht 13 über die Fehlstelle 16 (in Pfeilrichtung) hinwegge­ führt ist. Die Schweißnaht 17 ist unmittelbar im Anschluß an die Erzeugung der Schweißnaht 13, also ohne Umspannvorgang der wärmeisolierenden Wandung 10, demnach in gleicher Position zu der nicht dargestellten Strahlschweißquelle durch Umschmelzen der Oberraupe 14 anhand eines Wärmeleitungsschweißens, d. h. eines Schweißens mit im Vergleich zur Herstellung der Schweißnaht 13 verminderten Streckenenergie erzeugt.

Claims (9)

1. Vorrichtung, umfassend eine Schweißverbindung zwischen wenigstens zwei durch eine anhand eines Strahlschweißverfahrens, wie Laser­ schweißen oder Elektronenstrahlschweißen oder dergleichen erzeugten Schweißnaht flüssigkeits- und/oder gasdicht miteinander verbundenen Bauteilen aus Stahl, Edelstahl oder dergleichen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schweißnaht (13) zumindest an ihrem Endabschnitt (15) von einer zweiten Schweißnaht (17) überlagert ist, welche bezüglich der ursprünglichen Schweißnaht (13) mit verminderter Streckenenergie er­ zeugt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) unter zumindest weitestgehender Beibe­ haltung der für die Herstellung der ersten Schweißnaht (13) vorgegebe­ nen Position der Vorrichtung (10) zur Strahlschweißquelle erzeugt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) am Schweißnahtende der ersten Schweißnaht (13) ihren Ursprung hat und in Richtung des Schweißnaht­ anfangs der ersten Schweißnaht (13) geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) mit einem Abstand vom Schweiß­ nahtende der ersten Schweißnaht (13) beginnt und in Richtung des Schweißnahtendes der ersten Schweißnaht (13) geführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) unmittelbar im An­ schluß an die erste Schweißnaht (13) erzeugt ist und mit der für das Er­ zeugen der ersten Schweißnaht (13) dienenden Strahlschweißquelle her­ gestellt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) und die erste Schweißnaht (13) durch verschiedene Strahlschweißquellen erzeugt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweite überlagernde Schweißnaht (17) durch einen Um­ schmelzvorgang der Schweißnahtoberraupe (14) der ersten Schweißnaht (13) erzeugt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Um­ schmelzvorgang der Schweißnahtoberraupe (14) zumindest weitestge­ hend durch ein Wärmeleitungsschweißen bewirkt ist.

9. Wärmeisolierende Wandung, basierend auf Vakuumisolationstechnik für ein Haushaltsgerät, wie ein Kühlgerätegehäuse, eine Kältegerätetür, eine Herdmuffe eines Haushaltsherdes, einen Laugenbehälter in der Wasch­ maschine, ein Gehäuse für einen Geschirrspüler oder dergleichen, da­ durch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Wandung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.