DE20220949U1 - Welding device for welding together at least two adjacent workpieces with efficient degassing where one of these has a coating useful in laser welding of galvanized workpieces - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren zur Verbindung von mindestens zwei aufeinanderliegenden Werkstücken, wobei mindestens eines der Werkstücke beschichtet ist und die Beschichtung durch Verdampfung im Schweißpunkt zu Schweißemissionen beiträgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a welding process for Connection of at least two superimposed workpieces, whereby at least one of the workpieces is coated and the coating by evaporation in the welding spot too welding emissions contributes and an apparatus for performing the method.
Ein Grundproblem beim Laserschweißen von verzinkten Stahlblechen, insbesondere bei Überlappverbindungen, ist die Ausgasung und Verdampfung der als Beschichtung auf den Blechen aufgetragenen Zinkschicht im Schweißpunkt. Durch die Verdampfung kommt es in der Schmelze um den Schweißpunkt zu einer Bildung von Blasen, die als Einschlüsse in der erkaltenden Schweißnaht erhalten bleiben. Diese Einschlüsse führen zu starken Unregelmäßigkeiten innerhalb der Schweißnaht und Verschlechtern die mechanischen Eigenschaften der Schweißnaht in einem erheblichen Maße. Insbesondere bei Mehrblechverbindung wird daher angestrebt, dass die Bleche beim Verschweißen, insbesondere beim Laserschweißen, nicht mit einem Nullspalt aufeinanderliegen, sondern einer schmaler Spalt zwischen den aufeinanderliegenden Blechen vorhanden bleibt. Durch diesen Zwischenraum können die Schweißemissionen, wie z.B. die verdampfende Zinkbeschichtung, ausgasen.A basic problem with laser welding of galvanized steel sheets, especially with overlap joints, is the Outgassing and evaporation of the coating applied to the sheets Zinc layer in the weld spot. Evaporation in the melt occurs around the welding point formation of bubbles that remain as inclusions in the cooling weld. These inclusions to lead too strong irregularities inside the weld and deteriorate the mechanical properties of the weld in to a significant degree. In the case of multi-sheet metal connections in particular, the aim is therefore that the sheets during welding, especially with laser welding, do not lie on top of each other with a zero gap, but a narrow gap remains between the sheets lying on top of each other. By can this space the sweat emissions, such as. the evaporating zinc coating, outgas.
Im Stand der Technik werden bisher
zwei Lösungsansätze zur
Erzeugung eines Ausgasungsspaltes zwischen den Blechen offenbart.
In der ersten Lösung
werden die Bleche mechanisch aufgebogen, so dass ein Spalt zwischen
den Blechen erzeugt wird. So beschreibt die
Weiterhin wird im Stand der Technik
die Einfügung
von Abstandhaltern zwischen den Blechen vor dem Verschweißen offenbart.
Die
Nachteilig ist all diesen Lösungen, dass die Abstandhalter auch nach dem Verschweißen zwischen den Blechen verbleiben. Hierdurch können die mechanischen Eigenschaften der miteinander verschweißten Blechen negativ beeinflusst werden. Weiterhin ist hierbei ebenfalls nachteilig, dass in einem zusätzlichen Produktionsprozess vor dem eigentlichen Verschweißen der Blechen, die Abstandshalter zwischen die Bleche eingebracht werden müssen.The disadvantage of all these solutions is that the spacers remain between the sheets even after welding. This can the mechanical properties of the sheets welded together be adversely affected. Furthermore, it is also disadvantageous here that in an additional Production process before the actual welding of the Sheets, the spacers are inserted between the sheets have to.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweißt und eine Entgasung beim Verschweißen von aufeinanderliegenden verzinkten Werkstücken ohne Verwendung von Abstandshaltern erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.Based on this state of the art it is the object of the present invention to develop a method create that does not have the disadvantages mentioned above and one Degassing during welding of galvanized workpieces lying on top of each other without using spacers. Furthermore, it is an object of the invention a device for performing the Procedure available to deliver.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist danach vorgesehen, dass sich die Werkstücke während des Verschweißens frei und relativ zueinander entlang einer Weglänge in senkrechter Richtung zu den Werkstückoberflächen bis zu einem maximalen Gesamtabstand bewegen können, wobei der Gesamtabstand der Summe der Werkstückstärken und einer zusätzlichen Toleranzhöhe entspricht. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Werkstücke nicht unter einer äußeren Kraft gespannt werden, sondern eine Aufbiegung der Werkstücke durch eine thermisch induzierte Verspannung innerhalb der Werkstücke selbst einen Spalt zwischen den Werkstücken erzeugt. Dabei können die äußeren Werkstücke maximal die durch den Gesamtabstand vorgegebene Toleranzhöhe aufgrund der äußeren Begrenzung annehmen. Die thermisch induzierte Aufbiegung wird durch die hohen Temperaturgradienten in den Nähe des Schweißpunkts und die damit verbundenen lokalen thermischen Verspannungen in den Werkstücken erzeugt. In unmittelbarer Umgebung des Schweißpunkts wird hierdurch zwischen den Werkstücken ein ausreichender Spalt erzeugt, wobei durch den Spalt die entstehenden Schweißemissionen entweichen können. Hierdurch wird ein Entweichen der Schweißemission durch die den Schweißpunkt umgebende Schmelze und damit eine entsprechende Blasenbildung in der Schweißnaht verhindert.This object is achieved by the features of claim 1. According to the invention, it is provided that the workpieces can move freely and relatively to one another during the welding along a path length in the direction perpendicular to the workpiece surfaces up to a maximum total distance, the total distance being the sum of the Workpiece thicknesses and an additional tolerance level. The advantage of the method according to the invention is that the workpieces are not clamped under an external force, but a bending of the workpieces by a thermally induced bracing within the workpieces itself creates a gap between the workpieces. The outer workpieces can at most assume the tolerance height given by the total distance due to the outer limitation. The thermally induced Bending is generated by the high temperature gradients in the vicinity of the welding point and the associated local thermal stresses in the workpieces. In the immediate vicinity of the welding spot, a sufficient gap is hereby created between the workpieces, the welding emissions arising being able to escape through the gap. This prevents the welding emission from escaping through the melt surrounding the welding point and thus prevents the corresponding bubble formation in the weld seam.
Durch die Vorgabe des maximalen Gesamtabstands zwischen den äußersten Werkstücken wird die Weglänge in senkrechter Richtung zu den Werkstückoberflächen begrenzt, so dass eine vertikale und vorgegebene Verschiebung senkrecht zur Werkstückoberfläche maximal auftreten kann. Die Begrenzungselemente sind daher nicht kraft- sondern weggesteuert und üben einen deformationsabhängigen Andruck auf die äußeren Werkstückoberflächen aus, wobei die Deformation durch die thermisch induzierte Aufbiegung erzeugt wird. Dadurch verbleibt zwischen den Werkstücken ein Spalt, durch den die Schweißemissionen entweichen können, wobei die Summe der maximalen Abstände zwischen den Werkstücken der vorgegebenen Toleranzhöhe entspricht.By specifying the maximum total distance between the outermost workpieces becomes the path length limited in the vertical direction to the workpiece surfaces, so that a maximum vertical and predetermined displacement perpendicular to the workpiece surface can occur. The limiting elements are therefore not but steered away and practice a deformation-dependent proof on the outer workpiece surfaces, whereby the deformation caused by the thermally induced bending becomes. This leaves a gap between the workpieces through which the welding emissions can escape where the sum of the maximum distances between the workpieces of the given tolerance height equivalent.
Die Weglänge der aufeinanderliegenden Werkstücke wird durch Begrenzungselemente begrenzt, wobei die Begrenzungselemente die jeweils äußeren Werkstücke begrenzen und die Weglänge zwischen den Begrenzungselementen dem Gesamtabstand entspricht. Hierzu werden die Begrenzungselemente mit dem die Werkstücke verschweißenden Schweißpunkt parallel zu den äußeren Werkstückoberflächen mitgeführt und damit in gleicher räumlicher Nähe zum sich bewegenden Schweißpunkt gehalten. Hierdurch wird gerade die thermisch induzierte Aufbiegung der Werkstücke im Bereich des Schweißpunkts durch die Begrenzungselemente bis zur Toleranzhöhe eingeschränkt. Der durch die thermisch induzierte Aufbiegung erzeugte Spalt zwischen den Werkstücken wird damit in enger räumlicher Nähe zum Schweißpunkt und somit zum Ort der maximalen Schweißemission gebildet.The path length of the workpieces lying on top of each other limited by boundary elements, the boundary elements limit the outer workpieces and the path length between the boundary elements correspond to the total distance. To do this the boundary elements with the welding spot welding the workpieces in parallel carried to the outer workpiece surfaces and thus in the same spatial Proximity to moving weld spot held. This is just the thermally induced bending of the workpieces in the area of the welding spot limited by the limiting elements up to the tolerance level. The gap created by the thermally induced bending between the workpieces it becomes more closely spatial Proximity to WeldingSpot and thus formed the place of maximum sweat emission.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt die aufeinanderliegenden Werkstücke bis auf die Summe der Werkstückstärken zusammengedrückt werden und in einem zweiten Verfahrensschritt die Weglänge um die Toleranzhöhe auf den Gesamtabstand vergrößert wird.According to the invention it is further provided that in a first process step, the workpieces lying one on top of the other are compressed to the sum of the workpiece thicknesses and in a second step the path length to the tolerance level on the Total distance is increased.
Die Toleranzhöhe ist dabei die Summe der jeweiligen zugelassenen Werkstückabstände zwischen den Werkstücken zueinander, wobei die jeweiligen Werkstückabstände zwischen 0,05mm und 0,3mm liegen.The tolerance level is the sum of the respective permitted workpiece distances between the workpieces to each other, with the respective workpiece distances between 0.05mm and 0.3mm lie.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen, die mindestens zwei Begrenzungselemente zur Einstellung der Weglängen aufweist und dadurch der Gesamtabstand zwischen den äußeren Werkstücken einstellt, wobei die Weglängeneinstellung mittels mindestens eines Antriebs erfolgt und der Antrieb über ein Abstandselement mit dem ersten Begrenzungselement verbunden ist. Das zweite Begrenzungselement ist mit einem zweiten Abstandselement verbunden, wobei die Abstandselemente über ein Führungselement miteinander verbunden und relativ zueinander bewegbar sind.According to the invention, a device is provided which has at least two limiting elements for setting the path lengths and thereby sets the total distance between the outer workpieces, being the path length setting by means of at least one drive and the drive via Spacer element is connected to the first limiting element. The second delimitation element is with a second spacer element connected, the spacer elements being connected to one another via a guide element and are movable relative to each other.
Da erfindungsgemäß die Abstandselemente entlang mindestens einer Achse des zweiten Abstandselements gegeneinander verschieb- oder schwenkbar sind, dient das Führungselement zur Führung und relativen Positionierung der Abstandselemente und damit der Begrenzungselemente zueinander. Insbesondere ist eine relative Verschiebung der Abstandselemente entlang der Längsachse des zweiten Ab standselements vorgesehen, wobei das erste Führungselement zur Führung und relativen Fixierung der Abstands- und damit der Begrenzungselemente dient.Since according to the invention the spacer elements along at least one axis of the second spacer against each other are displaceable or pivotable, the guide element serves to guide and relative positioning of the spacer elements and thus the boundary elements to each other. In particular, there is a relative displacement of the spacer elements along the longitudinal axis From the second stand elements are provided, the first guide element for guidance and relative fixation of the spacing and thus the limiting elements serves.
Im Falle eines schwenkbaren Abstandselements mit einem steuerbaren Gelenk als erstes Führungselement ist eine schnelle Positionierung des ersten Begrenzungselements an die äußeren Werkstückoberfläche gewährleistet. Durch eine in Schweißrichtung gelegenen Schwenkachse als Führungsgelenk wird das erste Begrenzungselement auf einer Kreisbahn an die erste äußere Werkstückoberfläche positioniert und gesteuert. Hierdurch ist ebenfalls ein schnelles Öffnen und Schließen des ersten Begrenzungselements relativ zur ersten äußeren Werkstückoberfläche möglich.In the case of a pivotable spacer with a controllable joint as the first guide element is a quick one Positioning of the first limiting element on the outer workpiece surface ensured. By one in the welding direction located pivot axis as a guide joint the first delimiting element is positioned on a circular path on the first outer workpiece surface and controlled. This also enables quick opening and closing Conclude of the first limiting element relative to the first outer workpiece surface possible.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das zweite Abstandselement mit der Schweißvorrichtung verbunden ist, wobei die Schweißvorrichtung über das zweite Abstandselement und einem zweiten Führungselement mit der Führungsmaschine verbunden und entlang einer senkrecht zur Werkstückoberfläche liegenden Achse relativ zur Führungsmaschine bewegbar ist. Über einen zweiten Antrieb wird das zweite Abstandselement und damit die Schweißvorrichtung relativ zur Führungsmaschine entlang einer senkrecht zur Werkstückoberfläche liegenden Achse bewegt und kann damit zur äußeren Werkstückoberfläche kraftreduziert geführt werden.It is also provided that the second spacer element is connected to the welding device, the welding device over the second Spacer and a second guide element with the guide machine connected and relative along an axis perpendicular to the workpiece surface to the guide machine is movable. about a second drive becomes the second spacer and thus the welding device relative to the lead machine moved along an axis perpendicular to the workpiece surface and can thus reduce the force on the outer workpiece surface guided become.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „kraftreduziert" eine Minimierung der Auflagekräfte bei der Führung der Begrenzungselemente entlang der Werkstückoberfläche verstanden. So erzeugt auch bei eingestelltem Gesamtabstand zwischen den Begrenzungselementen, also eines größeren Abstandes zwischen den äußeren Werkstückoberflächen als der Summe der Werkstückstärken, ein auf einem Werkstück aufliegendes Begrenzungselement- bedingt durch die Gewichtskraft – eine Auflagekraft im Werkstück bzw. eine Reaktionskraft im Begrenzungselement. Diese während des Schweißvorganges entstehenden zusätzlichen Auflage- bzw. Reaktionskräfte auf der Werkstückoberfläche und in den Begrenzungselementen werden durch die kraftreduzierte Führung der Begrenzungselemente minimiert. Durch die Einhaltung des vorgegebenen maximalen Gesamtabstands zwischen den Begrenzungselementen mittels des ersten Antriebs in Verbindung mit der Steuerung der gesamten Vorrichtung durch den zweiten Antrieb wird eine kraftreduzierte Führung der gesamten Vorrichtung und insbesondere der Be grenzungselemente entlang der beiden äußeren Werkstückoberflächen gewährleistet. Als Antriebe bieten sich insbesondere Servomotoren und Linearantriebe an. Vor allem erlaubt die Verwendung eines doppelwirkenden pneumatischen Zylinders mit einem Zweikammersystem als Antrieb, aufgrund der unabhängigen Ansteuerung der gegeneinander wirkenden Zylinderkammern, eine genaue Positionierung oder Einstellung der Auflagekräfte der gesamten Vorrichtung und der Begrenzungselemente relativ zu den beiden äußeren Werkstücken.For the purposes of the present invention, the term “reduced force” is understood to mean minimizing the contact forces when guiding the delimiting elements along the workpiece surface. Thus, even when the total distance between the delimiting elements is set, that is to say a greater distance between the outer workpiece surfaces than the sum of the workpiece thicknesses, a limiting element resting on a workpiece - due to the weight - a contact force in the workpiece or a reaction force in the limiting element. These additional contact or reaction forces on the workpiece surface that arise during the welding process surface and in the boundary elements are minimized by the force-reduced guidance of the boundary elements. By maintaining the predetermined maximum total distance between the delimiting elements by means of the first drive in conjunction with the control of the entire device by the second drive, a force-reduced guidance of the entire device and in particular the limiting elements along the two outer workpiece surfaces is ensured. Servomotors and linear drives are particularly suitable as drives. Above all, the use of a double-acting pneumatic cylinder with a two-chamber system as the drive, due to the independent actuation of the counteracting cylinder chambers, enables the positioning forces of the entire device and the limiting elements to be positioned or adjusted precisely relative to the two outer workpieces.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass das erste Führungselement als Kombination aus einem Linearschlitten auf dem ersten Abstandselement und einer korrespondierenden Führungsstrecke auf dem zweite Abstandselement zusammengesetzt ist. Das mit dem Linearschlitten verbundene erste Abstandselement wird hierdurch entlang der korrespondierenden Führungsstrecke des zweiten Abstandselements geführt und erlaubt hierdurch eine genaue Positionierung der Abstandselemente relativ zueinander und somit eine entsprechende Abstandseinstellung der Begrenzungselemente.According to the invention it is further provided that the first guide element as a combination of a linear slide on the first spacer and a corresponding guide route is composed on the second spacer. That with the Linear spacer connected first spacer is thereby along the corresponding guide route of the second spacer and thereby allows an exact positioning of the spacer elements relative to each other and thus a corresponding distance setting the boundary elements.
Ebenfalls können mittels mindestens eines Kraftmessers die Andrücke der Begrenzungselemente auf den äußeren Werkstückoberflächen gemessen und durch eine Elektronik permanent die gemessenen Andrücke mit einem vorgegebenen Soll-Andruck verglichen werden, wobei der erste Antrieb die Weglänge zwischen den Begrenzungselementen bei Erreichen des vorgegebenen Soll-Andrucks um die Toleranzhöhe erweitert. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung bietet sich vor allem bei unbekannten Werkstückstärken oder bei Werkstücken mit großen Maßtoleranzen an, da durch die erste Messung die Gesamtwerkstückstärke ermittelt und anschließend durch den ersten Antrieb der Abstand zwischen den Begrenzungselementen um die Toleranzhöhe nachjustiert wird.You can also use at least one dynamometer the pressures of the limiting elements on the outer workpiece surfaces and by means of electronics, the measured pressures a predetermined target pressure compared be, the first drive the path length between the delimiting elements When the specified target pressure is reached, the tolerance level is expanded. This device according to the invention is particularly useful for unknown workpiece thicknesses or for workpieces huge tolerances on, since the total workpiece thickness is determined by the first measurement and then by the first drive the distance between the boundary elements around the tolerance level is readjusted.
Durch einen verstellbaren Anschlag am ersten Antrieb wird die maximale mögliche Weglänge zwischen den Begrenzungselementen zusätzlich eingestellt. Hierdurch wird Positionierung und Fixierung der Abstands- und damit der Begrenzungselemente zueinander zusätzlich mechanisch unterstützt.With an adjustable stop on the first drive, the maximum possible path length between the limiting elements additionally set. This will position and fix the distance and thus the limiting elements are additionally mechanically supported to one another.
Die Schweißvorrichtung ist eine Laserschweißvorrichtung. Das Begrenzungselement ist erfindungsgemäß ein Andruckfinger und/oder eine Rolle. Der Effekt der Aufbiegung durch die thermisch induzierte Verspannung innerhalb der Werkstücke wird durch eine externe Wärmequelle in der Nähe des Schweißpunkts, z.B. einen zusätzlichen Diodenlaser, einen Infrarot-Strahler oder einen Plasma-Brenner, durch die lokale zusätzliche Aufheizung der Werkstücke unterstützt.The welding device is a laser welding device. According to the invention, the limiting element is a pressure finger and / or a role. The effect of bending up by the thermally induced Clamping within the workpieces is from an external heat source nearby the welding spot, e.g. An additional Diode laser, an infrared emitter or a plasma torch the local additional Heating up the workpieces supported.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben; die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen und der nachfolgenden Figuren näher beschrieben; es zeigt:Other advantageous measures are in the rest dependent claims described; the invention is based on exemplary embodiments and the following Figures closer described; it shows:
- 10a10a
- erstes Begrenzungselementfirst limiting element
- 10b10b
- zweites Begrenzungselementsecond limiting element
- 11a11a
- erstes Abstandselementfirst spacer
- 11b11b
- zweites Abstandselementsecond spacer
- 12a12a
- erster Antriebfirst drive
- 12b12b
- zweiter Antriebsecond drive
- 13a13a
- erstes Führungselementfirst guide element
- 13b13b
- zweites Führungselementsecond guide element
- 14a14a
- erstes äußeres Werkstückfirst outer workpiece
- 14b14b
- zweites äußeres Werkstücksecond outer workpiece
- 1515
- Anschlagattack
- 1616
- Schweißvorrichtungwelder
- 1717
- LaserschweißkegelLaser weld nipples
- 1818
- Führungsmaschineguiding machine
Claims (12)
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---|---|---|---|
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ID=32737077
Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20040819 |
|
R150 | Term of protection extended to 6 years |
Effective date: 20051202 |
|
R151 | Term of protection extended to 8 years |
Effective date: 20081103 |
|
R152 | Term of protection extended to 10 years |
Effective date: 20101001 |
|
R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |