DE3407770A1

DE3407770A1 - Verfahren zum verschweissen von blechflanschen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3407770A1
Application number: DE19843407770
Authority: DE
Inventors: Heinz 6108 Weiterstadt Eisinger
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: Adam Opel GmbH
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE3407770C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweißen
von Blechflanschen, insbesondere derjenigen von Teilen eines Behälters, vornehmlich von Halbschalen eines Kraftstoffbehälters für Kraftfahrzeuge, mittels Laserstrahl.
Es ist bekannt, Blechflansche von Behältern, insbesondere der Halbschalen von Kraftstoffbehältern, durch Rollennahtschweißen zu verbinden. Hierbei werden als Rollen ausgebildete Elektroden von beiden Seiten auf die zu verbindenden Flansche gedrückt.
Die Verschweißung erfolgt, wie beim elektrischen Punktschweißen, durch die an der jeweiligen Verbindungsstelle entstehende Wärme infolge des dort erhöhten elektrischen Widerstandes.
Beim Rollennahtschweißen handelt es sich also um eine spezielle Art des bekannten Widerstandsschweißverfahrens.
Die Verschweißung der Blechflansche von Behältern im Rollennahtschweißverfahren ist mit mehreren Nachteilen verbunden.
Einmal ergeben sich gewisse Einschränkungen bei der Formgebung der Behälter, insbesondere, wenn konkave Radien auftreten.
Da die zu verbindenden Flansche von den Rollenelektroden sehr stark druckbeaufschlagt werden, ergeben sich an den beaufschlagten Stellen Minderungen der Blechdicke, was zu nachteiligen Festigkeitsverlusten am gesamten Behälter führt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist darin zu sehen, daß die im Rollennahtschweißverfahren verbundenen Bleche zu erhöhter Korrosionsanfälligkeit neigen, insbesondere wenn es sich um verbleite Bleche handelt. Außerdem tritt beim Rollennahtverschweißen von derartigen verbleiten Blechen häufig Spritzerbildung auf.
Zwar ist es grundsätzlich auch bekannter Stand der Technik, Schweißverbindungen von Metallteilen durch Laserstrahlschweißen herzustellen. Bei Behältern der hier in Rede stehenden Art, insbesondere bei Kraftstoffbehältern, werden jedoch sehr strenge Anforderungen an die Dichte des Behälters gestellt.
So muß ein Kraftstoffbehälter absolut gasdicht sein, um das unerwünschte Austreten von Benzindämpfen, z.B. bei entsprechender Erwärmung des Kraftstoffbehälters, zu vermeiden. Bisher war es nicht möglich, gasdichte Flanschverbindungen durch Laserstrahlschweißung herzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, geeignete Maßnahmen zu treffen, um eine gasdichte Verschweißung von Blechflanschen durch Laserstrahlschweißen zu ermöglichen und auf diese Weise die mit dem bekannten Rollennahtschweißverfahren verbundenen Nachteile (s.o.) zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu verschweißenden Blechflansche, angrenzend an die für die Schweißnaht vorgesehene Stelle, mittels Auflage und Niederhalter derart zusammengedrückt und an der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle so vorbereitet werden, daß sich eine spaltfreie Auflage der Blechflansche aufeinander ergibt.
Der der Erfindung zugrundeliegende entscheidende Gedanke besteht also in der Erkenntnis, daß zur Erzielung einer gasdichten Schweißverbindung der Blechflansche mittels Laserstrahlschweißverfahren unbedingt vollkommen ebene, d.h. spaltfreie Berührflächen der beiden zu verbindenden Blechflansche vorhanden sein müssen.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung läßt sich die vorgenannte Bedingung in der Praxis dadurch besonders gut verwirklichen, daß in mindestens einen der beiden zu verschweißenden Blechflansche, an der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle und in Richtung der vorgesehenen Schweißnaht verlaufend, eine sickenartige Vertiefung eingeprägt und der Laserstrahl entlang der sickenartigen Vertiefung geführt wird. Derartige sickenartige Vertiefungen können grundsätzlich an beiden zu verschweißenden Blechflanschen vorgesehen sein.
Nach einer wegen geringerer Herstellungskosten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, nur in dem der Laserstrahl-Schweißeinrichtung zugewandten oberen Blechflansch eine sickenartige Vertiefung einzuprägen.
Für die Zwecke der Erfindung genügt es, wenn die sickenartige Vertiefung (bzw. sickenartigen Vertiefungen) - jeweils in Richtung auf die Berührstelle der Blechflansche zu - eine Tiefe von etwa 1 mm aufweist (bzw. aufweisen).
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichnet durch einen gesenkartigen Halter als Auflage für den unteren der zu verschweißenden Blechflansche und einen zur Aufbringung der Preßkraft auf den oberen der zu verschweißenden Blechflansche dienenden Niederhalter und ferner dadurch, daß der gesenkartige Halter zugleich zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche dient.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen sowie - anhand eines Ausführungsbeispiels -der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung entnommen werden. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Laserstrahlverschweißung der Blechflansche zweier zusammen einen Behälter bildenden Halbschalen, im Vertikalschnitt.
Es bezeichnet 10 eine obere Halbschale und 11 eine untere Halbschale eines insgesamt mit 12 bezifferten Behälters, z.B.
eines Kraftstoffbehälters für Kraftfahrzeuge. Die beiden Halbschalen 10, 11 besitzen jeweils einen seitlich abgebogenen umlaufenden Blechflansch 13 bzw. 14. Um die beiden Halbschalen 10, 11 zu einem geschlossenen Behälter 12 zu verbinden, müssen die beiden Blechflansche 13, 14 miteinander verschweißt werden.
Zu diesem Zweck ist oberhalb des oberen Blechflansches 14 eine Laserstrahl-Schweißeinrichtung angeordnet, von der in der Zeichnung nur der unmittelbar auf das Werkstück 12 gerichtete düsenartige Endteil gezeigt und mit 15 bezeichnet ist. Es ist hierbei bewußt darauf verzichtet worden, die zur Erzeugung eines geeigneten Laserstrahles erforderlichen Maßnahmen, die nicht unmittelbar zur Erfindung gehören und im übrigen auch bekannter Stand der Technik sind, zeichnerisch darzustellen.
Es kann sich z.B. um einen sog. CO2 -Laser mit Standard-Laseroptik und sensorgesteuerter Höhenregulierung handeln, der - je nach der Höhe der gewünschten Schweißgeschwindigkeit - eine Leistung von etwa 1,5 kW bis 3 kW aufweisen kann.
Aus dem düsenartigen Endstück der Laserstrahl-Schweißeinrichtung 15 tritt ein mit 16 bezeichneter Laserstrahl aus, der - wie die Zeichnung zeigt - senkrecht auf die Oberfläche des Blechflansches 14 gerichtet ist. Gleichzeitig wird auf die Werkstückoberfläche ein mit 17 bezeichneter Schutzgasstrom geblasen, der den Laserstrahl 16 mantelartig koaxial umgibt und mit 17 beziffert ist. Bei dem Schutzgas kann es sich z.B. um das Edelgas Argon handeln.
Um eine einwandfreie, d.h. gasdichte Verschweißung der beiden Blechflansche 13, 14 mittels des Laserstrahls 16 zu erreichen, muß dafür gesorgt werden, daß die Blechflansche 13, 14 an der für die Verschweißung vorgesehenen Stelle - in der Zeichnung mit 18 beziffert - umlaufend ununterbrochen in Berührung stehen.
Zu diesem Zweck ist in den oberen Blechflansch 14 eine sickenartige Vertiefung 19 eingearbeitet, deren Tiefe t etwa 1 mm betragen kann. Hierdurch ergibt sich an der für die Verschweißung vorgesehenen Nahtstelle 18 eine spaltfreie, nahezu linienförmige Berührung der beiden Blechflansche 13, 14.
Wie die Zeichnung weiterhin erkennen läßt, sind die beiden Blechflansche 13, 14 an ihrem außenseitigen Rand neben der Schweißstelle 18 zwischen einer Auflage 20 und einem Niederhalter 21 eingespannt. Auflage 20 und Niederhalter 21 haben die Aufgabe, eine einwandfreie spaltfreie Berührung der beiden Blechflansche 13, 14 an der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle 18 während der gesamten Dauer des Schweißvorganges zu gewährleisten. Der hierfür erforderliche Anpreßdruck, welcher jedoch relativ klein sein kann, wird durch den Niederhalter 21 in Pfeilrichtung 22 aufgebracht.
Grundsätzlich ist es möglich, auch auf der anderen Seite der Schweißstelle 18 (in der Zeichnung links hiervon) eine Auflage und einen Niederhalter für die Blechflansche 13, 14 vorzusehen.
Im allgemeinen wird es jedoch genügen, wenn nur der äußere Rand der beiden Blechflansche 13, 14 zwischen den in der Zeichnung mit 20, 21 bezeichneten Teilen eingespannt ist.
Der Spannrahmen für die beiden Blechflansche 13, 14, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus der als gesenkartiger Halter ausgebildeten Auflage 20 und dem Niederhalter 21 besteht, ist zweckmäßigerweise auf einem sog. x/y-Tisch (nicht gezeigt) befestigt, mittels dessen er dann unter der feststehenden Laserstrahl-Fokussiereinrichtung entsprechend der jeweiligen Schweißrichtung und -geschwindigkeit bewegt werden kann.
Zweckmäßigerweise dient hierbei die als gesenkartiger Halter ausgebildete Auflage 20 zugleich zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche 13, 14.
Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es aber auch denkbar, als Auflage und Niederhalter für die zu verschweißenden Blechflansche 13, 14 unterhalb des unteren Blechflansches 13 und oberhalb des oberen Blechflansches 14 - beidseitig bzw. nur außenseitig der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle 18 - auf einem ortsfesten Grundgestell gelagerte Walzen anzuordnen, derart, daß die zu verschweißenden Blechflansche 13, 14 bei feststehender Laserstrahl-Fokussiereinrichtung entsprechend der Schweißgeschwindigkeit zwischen oberer und unterer Walze (bzw. zwischen oberen und unteren Walzen) hindurchbewegbar sind. Auch bei dieser Variante können die Walzen gleichzeitig zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche dienen.
Alternativ hierzu kann aber die horizontale Ausrichtung der beiden zu verschweißenden Blechflansche 13, 14 durch eine Sensorsteuerung der Laserstrahl-Fokussiereinrichtung 15 erfolgen.
- Leerseite -

Claims

Verfahren zum Verschweißen von Blechflanschen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Ansprüche 1. Verfahren zum Verschweißen von Blechflanschen, insbesondere derjenigen von Teilen eines Behälters, vornehmlich von Halbschalen eines Kraftstoffbehälters für Kraftfahrzeuge, mittels Laserstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Blechflansche (13, 14), angrenzend an die für die Schweißnaht vorgesehene Stelle (18) , mittels Auflage (20) und Niederhalter (21) derart zusammengedrückt und an der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle (18) so vorbereitet werden, daß sich eine spaltfreie Auflage der Blechflansche (13, 14) aufeinander ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einen (14) der beiden zu verschweißenden Blechflansche (13, 14), an der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle (18) und in Richtung der vorgesehenen Schweißnaht verlaufend, eine sickenartige Vertiefung (19) eingeprägt und der Laserstrahl (16) entlang der sickenartigen Vertiefung (19) geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur in dem der Laserstrahl-Schweißeinrichtung (15) zugewandten oberen Blechflansch (14) eine sickenartige Vertiefung (19) eingeprägt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sickenartige Vertiefung (19) (bzw. sickenartigen Vertiefungen) - jeweils in Richtung auf die Berührstelle (18) der Blechflansche (13, 14) zu - eine Tiefe (t) von etwa 1 mm aufweist (bzw. aufweisen).
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) beidseitig der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle (18) jeweils zwischen einer Auflage (20) und einem Niederhalter (21) eingespannt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, insbesondere nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) nur an der Außenseite der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle (18) zwischen einer Auflage (20) und einem Niederhalter (21) eingespannt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, insbesondere zum Verschweißen von legierten und/oder beschichteten Blechen, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zu dem senkrecht oder im wesentlichen senkrecht auf die für die Schweißnaht vorgesehene Stelle (18) der Blechoberfläche gerichteten Laserstrahl (16) und diesen mantelartig umschließend eine Schutzgaszuführung (17) zur Schweißstelle (18, 19) erfolgt.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen gesenkartigen Halter (20) als Auflage für den unteren (13) der zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) und einen zur Aufbringung der Preßkraft (22) auf den oberen (15) der zu verschweißenden Blech- flansche (13, 14) dienenden Niederhalter (21) und ferner dadurch, daß der gesenkartige Halter (20) zugleich zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) dient.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aus gesenkartigem Halter (20) und Niederhalter (21) bestehende Spannrahmen auf einem x/y-Tisch befestigt und mittels des x/y-Tisches unter einer feststehenden Laserstrahl-Fokussiereinrichtung (15) bewegbar ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Auflage und Niederhalter für die zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) unterhalb des unteren Blechflansches (13) und oberhalb des oberen Blechflansches (14) - beidseitig bzw. nur außenseitig der für die Schweißnaht vorgesehenen Stelle (18) -auf einem ortsfesten Grundgestell gelagerte Walzen angeordnet sind, derart, daß die zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) bei feststehender Laserstrahl-Fokussiereinrichtung (15) entsprechend der Schweißgeschwindigkeit zwischen oberer und unterer Walze (bzw. zwischen oberen und unteren Walzen) hindurchbewegbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen gleichzeitig zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche (13, 14) dienen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet, durch eine Sensorsteuerung der Laserstrahl-Fokussiereinrichtung zur horizontalen Ausrichtung der zu verschweißenden Blechflansche (13, 14).
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7-12, gekennzeichnet durch einen CO2 -Laser mit Standard-Laseroptik und - vorzugsweise - sensorgesteuerter Höhenregulierung.