DE3820848A1 - Verfahren und vorrichtung zum fuegen von werkstuecken mittels laserstrahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrah­ lung.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt, beispiels­ weise aus der DE-AS 15 15 197. Aus dieser Druckschrift geht nicht hervor, wie das Verfahren im Hinblick auf ein Schweißen mit be­ stimmter Energiezufuhr durchgeführt werden könnte.

Aus der DE-OS 34 24 825 ist ein Verfahren zum Bearbeiten, nämlich Werkstoffabtragen, von Werkstücken mittels Laser­ strahlung bekannt, die ein laserinduziertes Plasma bewirkt und deren Intensität durch Überwachung der Bearbeitungsstelle des Werkstücks in einem Grenzwertbereich zwischen einer Schwellintensität zur Bildung laserinduzierten Plasmas und einer Grenzintensität geregelt wird, oberhalb derer das Plasma in einen abschirmenden Zustand übergeht. Eine derartige Regelung wird verwendet, um eine maximale Absorption der Laserstrahlung im Werkstück bei minimaler Störung durch optische Rückkopplung und Plasmaeffekte zu erreichen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das allgemein bekannte Fügeverfahren derart zu verbessern, daß ein optimal schnelles Fügen erreicht wird, insbesondere ohne die Gefahr, dünne Werkstücke zu durchbohren.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Intensi­ tät der Laserstrahlung zur Bildung eines laserinduzierten Plasmas an der Fügestelle in Abhängigkeit eines oder mehrerer Fügestellenparameter geregelt wird und daß die Intensität der Laserstrahlung bis zum Erreichen der zur Plasmabildung erforderlichen Schwellintensität oder wenig darüber gesteigert und dann nach Beibehaltung der einge­ stellten Intensität für eine vorbestimmte Zeit auf einen ein Plasmaerlöschen bewirkenden Wert abgesenkt wird.

Das vorgenannte Verfahren betrifft eine Intensitäts­ regelung der Laserstrahlung zum prozeßkontrollierenden und regelnden Fügen. Das Fügen ist ein Schweißen mit oder ohne Zusatzwerkstoff oder ein Löten. Von Bedeutung ist, daß die Intensität der Laserstrahlung selbsttätig unter kontinuierlicher Überwachung der Fügestelle bestimmt wird. Des weiteren ist von Bedeutung, daß die Intensität der Laserstrahlung möglichst hoch ist, um ein schnelles und fehlerfreies Fügen zu erreichen. Insbesondere hierzu dient die Regelung der Intensität der Laserstrahlung bis in einen Bereich der Plasmabildung hinein. Dieses laserinduzierte Plasma bewirkt eine besonders intensive Umwandlung der eingestrahlten Laserenergie in Wärmeenergie, so daß in­ folgedessen eine große Fügeschwindigkeit erreicht werden kann. Andererseits muß dafür gesorgt werden, daß die an der Fügestelle eingekoppelte Wärmeenergie nicht zu groß ist, um Fügefehler zu vermeiden, beispielsweise ein Durch­ schweißen dünner Werkstücke oder ein unerwünschtes Ver­ dampfen von Zusatzwerkstoff. Hierzu wird die Intensität der Laserstrahlung nach Erreichen der Schwellintensität nur eine vorbestimmte Zeit beibehalten. Im Grenzfall ten­ diert diese Zeit gegen Null, so daß die Schwellintensität bzw. das Auftreten von Plasma als Indikator für das Er­ fordernis einer Begrenzung der Strahlungsintensität und damit der Wärmezufuhr dient. Bei einem solchen Verfahren wird die zugeführte Energie möglichst weit über der Schmelz­ temperatur, jedoch unterhalb der Verdampfungstemperatur gehalten, was insbesondere für dünnwandige Werkstücke von Bedeutung ist. Der ein Plasmaerlöschen bewirkende Intensi­ tätswert der Laserstrahlung, auf den nach Erreichen der Plasmabildung abgesenkt wird, richtet sich nach den Bedürf­ nissen des jeweiliegen Fügefalles. Er beinhaltet den Wert Null, also das vollständige Abschalten der Laserstrahlung. Für ein schnelles Fügen wird die Intensität jedoch nur so­ weit abgesenkt, daß das Plasma gerade erlischt, andererseits aber noch eine möglichst große, plasmabildungsfreie Energie­ zufuhr erfolgt.

In diesem Sinne ist das erfindungsgemäße Verfahren da­ durch ausgestaltet, daß die Intensität der Laserstrahlung nach dem Erlöschen des Plasmas auf einem Wert gehalten wird, bei dem der Werkstoff über Schmelztemperatur erwärmt bleibt.

Die vorgenannten Verfahren können mit kontinuierlicher Laserstrahlung durchgeführt werden, oder mit gepulster Laser­ strahlung. In Ausgestaltung der Erfindung ist die vorbe­ stimmte Zeit, während der das laserinduzierte Plasma an der Fügestelle beibehalten wird, gleich derjenigen Dauer eines Impulses, für die die Schwellintensität erreicht oder überschritten wird. Danach wird die Laserstrahlung abge­ schaltet oder ihre Intensität auf einen das Erlöschen des Plasmas bewirkenden Wert abgesenkt.

Vorteilhafterweise wird mit konstanter Streckenener­ gie gefügt, indem die Laserstrahlung mit konstanter Frequenz gepulst und die Impulsenergie pro Zeitintervall konstant gehalten wird, oder indem bei veränderlicher Fügegeschwindig­ keit eine dementsprechend proportionale Leistungs- und/oder bei gepulster Laserstrahlung eine Impulsfrequenzänderung erfolgt.

Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Ver­ fahren zum Fügen von Werkstücken mit Laserstrahlung, bei dem der Fügestelle, zumal wenn der Fügespalt weit ist, durch Laserstrahlung zu schmelzender Zusatzwerkstoff zuge­ führt wird und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zu­ führung des Zusatzwerkstoffs mit einem antriebsmäßig mit der Laseroptik gekoppelten Führungselement erfolgt. Die an sich bekannte Zuführung des Zusatzwerkstoffs wird da­ mit auch für unterschiedliche bzw. z.B. im Verlauf des Fügens wechselnde Fügegeschwindigkeiten und Fügegeometrien derart ermöglicht, daß die Gleichmäßigkeit der Zugabe von Zusatzwerkstoff gewährleistet wird. Das ist insbesondere bei Bahnsteuerungen erforderlich, also dann, wenn das Fügen zwei- oder dreidimensional erfolgt.

Die Zuführungsgeschwindigkeit des Zusatzwerkstoffs wird in Abhängigkeit von der Spaltausbildung und/oder von einem Nahteinfall geregelt. Infolgedessen wird eine gleich­ mäßige Ausbildung der Fügestelle erreicht, insbesondere auch dann, wenn ein Spalt im Verlauf einer Fügenaht un­ gleichmäßig ausgebildet ist, oder wenn eine Fügung mit ver­ deckter Naht erfolgen muß, so daß ein Nahteinfall auszu­ gleichen ist.

Die Fügestelle der Werkstücke wird vom Laserstrahl quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke oszil­ lierend überstrichen, wobei bedarfsweise eine unterschiedlich intensive Bestrahlung der Werkstücke erfolgt. Die Querbewe­ gung des Laserstrahls ermöglicht es, mit einer geringeren Justiergenauigkeit auszukommen und bewirkt bei einer ver­ gleichsweise starken Fokussierung, daß ein genügend großer Fügebereich bestrahlt wird. Eine unterschiedlich intensive Bestrahlung der Werkstücke ermöglicht eine Anpassung des Fügeverfahrens an die jeweils vorhandene Werkstückgeometrie, so daß beispielsweise von einem Werkstück eine größere Menge Werkstoff zur mechanischen Stabilisierung der Füge­ stelle und/oder zur Überbrückung bzw. Füllung eines Spalts zwischen den Werkstücken erschmolzen wird. Aus entsprechen­ den Gründen ist es vorteilhaft, daß die Fügestelle der Werkstücke vom Laserstrahl quer zur relativen Vorschubrich­ tung der Werkstücke über einen am Fügespalt längs angeord­ neten Zusatzwerkstoff hinaus oszillierend überstrichen wird, wobei bedarfsweise eine unterschiedlich intensive Bestrahlung der Werkstücke und/oder des Zusatzwerkstoffs erfolgt. Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke und der Zusatzwerk­ stoff im erforderlichen Maße erwärmt, auch bei vergleichs­ weise stark fokussiertem Laserstrahl, und die Intensität der Bestrahlung der Werkstücke und des Zusatzwerkstoffs kann unterschiedlich sein, beispielsweise derart, daß auf eine vergleichsweise niedrige Verdampfungstemperatur des Zusatz­ werkstoffs Rücksicht genommen wird, beispielsweise eines Lötwerkstoffs.

Der Laserstrahl wird in relativer Vorschubrichtung der Werkstücke oszillierend verschwenkt und bedarfsweise in unterschiedlichen Schwenkstellungen mit unterschiedlicher Strahlungsintensität angewendet. Mit diesem Verfahren wird beispielsweise die Beschichtung eines Werkstücks mit einem kurzen intensiven Impuls abgedampft, bevor dieses an die Fügestelle gelangt, und/oder es wird ein Zusatzwerkstoff in Vorschubrichtung vor oder hinter der Fügestelle mit ver­ ringerter Strahlungsenergie abgeschmolzen, während die Füge­ stelle der Werkstücke beispielsweise die erforderliche höhere Strahlungsenergie erhält, wobei der Strahl senkrecht auf dem Werkstück steht.

Der in oder quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke oszillierend bewegte Laserstrahl wird geschwin­ digkeitsgesteuert. Damit läßt sich die Wärmezufuhr zu verschiedenen Bereichen der Fügestelle und/oder zu einem Zusatzwerkstoff beeinflussen, ohne daß es einer Intensitäts­ steuerung der Laserstrahlung bedarf.

Das oszillierende Verschwenken des Laserstrahls erfolgt sinusförmig und/oder die die Schwellintensität erreichende Laserstrahlung wird im Bereich der Totpunkte der Verschwenkbewegung abgegeben, weil hier die Strahlge­ schwindigkeit am geringsten ist. Andererseits wird durch die vergleichsweise große Strahgeschwindigkeit ein Über­ hitzen und/oder ein Verdampfen von in der Bahnmitte ange­ ordnetem Zusatzwerkstoff vermieden, der in der Regel eine niedrigere Schmelz- und Verdampfungstemperatur hat.

Der Laserstrahl wird strichförmig mit quer zur rela­ tiven Vorschubrichtung der Werkstücke angeordneter Längs­ achse seines Strahlflecks verwendet, damit der Aufwand für die genaue Ausrichtung des Laserstrahls kleingehalten werden kann.

Das Fügen eines Werkstücks an eine Blechfläche eines anderen Werkstücks erfolgt im Bereich einer von beiden Werkstücken gebildeten rechtwinkligen Fuge, mit in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Fugenflächen einfal­ lender Laserstrahlung. Ein derartiges Fügen vermeidet den Energieaufwand, der bei einem Fügen durch ein Werkstück hindurch auf die Verbindungsfläche des anderen Werkstücks erforderlich wäre und ermöglicht so eine vergleichsweise höhere Fügegeschwindigkeit mit intensivster Erwärmung am Spaltanfang.Wesentlicher Einsatz dieses Verfahrens ist im Bereich des Karosserieschweißens speziell für das An­ schweißen von Versteifungen oder Befestigungen auf der Innenseite von Karosserieblechen wie Motorhaube, Türen, Kotflügel, Kofferraumdeckel, Dach etc. zu sehen.

Das Absenken der Intensität der Laserstrahlung erfolgt beim Fügen durch ein Werkstück hindurch in Abhängigkeit von der Ermittlung eines Querspalts und/oder einer Werkstück­ schicht. Dieses Verfahren kommt insbesondere beim Fügen von Blechen mit Blechfalzen infrage, aber auch z.B. bei herkömm­ lichen L-förmigen Befestigungsanordnungen auf der Innensei­ te von Karosserieblechen nach Art einer Punktschweißung. Die optische oder akustische Ermittlung eines Querspalts bedeutet, daß weiteres Fügen mit laserinduziertem Plasma zu einer Zerstörung bzw. zu einem Durchdringen der folgenden Schicht führen würde, was je nach Ausbildung der Fügestelle verhindert werden soll.

Damit die Fokussierung des Laserstrahls mit geringerem Aufwand auskommt, werden die Werkstücke im Bereich der Füge­ stelle mit zueinander spitzwinkligen Fügeflächen angeordnet, zwischen die der Laserstrahl gerichtet wird.

Ein Werkstück wird mit einer eine werkstückformbedingte Steuerung der Intensität der Laserstrahlung bei deren Ein­ wirkung auf das andere Werkstück gestattenden Ausgestaltung und/oder Anordnung verwendet. Auf diese Weise wird eine vereinfachte Intensitätssteuerung möglich, die eine Leistungs­ und/oder Impulsfrequenzänderung zumindest in gewissem Umfang vermeiden hilft und somit eine Vereinfachung des Verfahrens darstellt.

Mindestens ein Werkstück wird mit mindestens einer einen Abstandsspalt an der Fügestelle zwischen beiden Fügeflächen gewährleistenden Ausformungen versehen, um so beispielsweise eine definierte Lageanordnung der Werkstücke zu gewähr­ leisten, wie auch eine definierte Ausbildung der Fügestelle.

Ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, wird vorteilhafterweise so durchgeführt, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmen­ des, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasmageräusch und/oder die Wärmestrahlung erfassenden Meßeinrichtung überwacht wird, und daß bei sich infolge vergrößernder oder verkleinernder Spaltweite verringernder oder verstärkender Leuchtintensität und/oder Lautstärke und/oder Signalhäufigkeit und/oder Tonhöhe und/oder Frequenz und/oder Wärmestrahlung ein die Vergrößerung oder Verkleinerung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder die Strahlungsleistung bewirkender Prozeßparameter geändert wird.

Dieses Verfahren wird vorteilhafterweise angewendet, um Schweißfehler zu vermeiden, die infolge einer Änderung der Spaltweite beim stumpfen Stoß, dem sogenannten I-Stoß, und beim Überlappungsstoß sowie beim T-Stoß auftreten. Ausgangspunkt für das Verfahren ist die Erkenntnis, daß z. B. eine Verbreiterung des Spalts zu einer Verringerung der vom Plasma emittierten Strahlungsintensität führt, wie auch zu einer Verringerung der vorgenannten akustischen Signale. Die Leuchtintensität wird dabei beispielsweise mit einer Fotodiode detektiert, während die akustischen Signale mit einem Mikrofon, z. B. einem Kondensatormikrofon gemessen werden, das auch zur Ermittlung von Frequenzverschiebungen herangezogen wird.

Bei einem Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbeson­ dere von Blechen, mittels Laserstrahlung, wird zur vorteil­ haften Erkennung und Regelung einer Durchschweißung so verfahren, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmendes, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuch­ ten und/oder das Plasmageräusch und/oder die Wärmestrahlung er­ fassenden Meßeinrichtung überwacht wird, und daß bei sich infolge eines Durchschweißens verringernder Leuchtintensität und/ oder Lautstärke und/oder Signalhäufigkeit und/oder Tonhöhe und/oder Wärmestrahlung ein die Vergrößerung der zugeführten Strahlungsenergie bewirkender Prozeßparameter geändert wird.

Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Leuchterscheinung des Plasmas bzw. die Leuchtintensität verringert, wenn sauber durchgeschweißt wird. Gleichzeitig verringern sich die aus der Schweißzone emittierten akustischen Signale, wobei eine Frequenzverschiebung auftreten kann. Grund dafür dürfte sein, daß die Schweißstelle beim Durchschweißen auch zur anderen, strahlabgewandten Seite frei ist und dahin emittieren kann. Eine Vergrößerung der Strahlungsenergie wirkt dann, daß die Schweißung nach dem Erkennen des Durchschweißens bezüglich der Plasmabildung optimal ausgeregelt werden kann.

Ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, wird vorteilhafterweise so durchgeführt, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmen­ des, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasmageräusch erfassenden Meßeinrichtung überwacht wird, und daß bei einem Zu- oder Abnehmen eines Fluktuierens des Plasmaleuchtens und/oder akustischer Signale und/oder spektraler Emissionslinien und/oder bei einem Auftreten bestimmter Emissionslinien ein die Veränderung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder der Strahlungsleistung bewirkender Prozeßparameter geändert wird.

Mit diesem Verfahren kann Porenbildung vermindert werden, die an starken Fluktuationen der Leuchterscheinung und der akustischen Signale erkennbar ist, die vom Plasma emittiert werden. Eine Verringerung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder Strahlungsleistung bewirkt ebenso die Verminderung der Porenbildung, wie auch die Loch- und Spritzerbildung durch Schmelzeaustrieb beim Schweißen von Aluminiumlegierungen oder Metallkombinationen oder beim Schweißen von beschichteten Blechen. Loch- und Spritzerbildung sind auch daran erkennbar, daß spektrale Emissionslinien der einzelnen Legierungs­ und/oder Blechbestandteile auftreten. Zur Regelung des Prozesses werden entweder Helligkeitsänderungen der Emissions­ linien benutzt, oder deren Auftreten bzw. Verschwinden an sich.

Ein Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, wird vorteilhafterweise so durchgeführt, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmen­ des, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasmageräusch und/oder die Wärmestrahlung erfassenden Meßeinrichtung überwacht wird, die mit zwei Sensoren jeweils auf ein Fügestück gerichtet wird, und daß mittels Differenzbildung der Sensorsignale Höhenversatz der Fügestücke ermittelt wird. Die Sensoren sind so ausgebildet, daß sie optisch und/oder akustisch und/oder thermisch über­ wachen können. Sie überwachen insbesondere einen I-Stoß, indem sie auf derselben Seite der Fügestücke jeweils symmetrisch rechts und links zur Naht ausgerichtet sind. Tritt ein Kanten­ bzw. Höhenversatz der Fügestücke auf, so wird einer der beiden Sensoren ein verstärktes Signal liefern. Erfindungsgemäß wird dann so verfahren, daß im Falle eines ermittelten Höhenver­ satzes der Fügestücke eine verstärkte Werkstoffaufschmelzung und/oder Zuführung von Zusatzwerkstoff erfolgt. Die verstärkte Werkstoffaufschmelzung bewirkt ein größeres Schmelzbad, durch das der Kantenversatz besser ausgeglichen werden kann. In diesem Sinne wirkt auch die Zuführung von Zusatzwerkstoff. In beiden Fällen kann die Strahlungsintensität und/oder die Strahlungsleistung geändert werden und/oder eine der weiteren beschriebenen Maßnahmen.

Zur Änderung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder die Strahlungsleistung werden die Fokuslage und/oder die Fokussierung und/oder die Fügegeschwindigkeit und/oder die Streckenenergie und/oder die Pulsform und/oder das Puls-Pausen­ Verhältnis geändert werden und/oder es wird von einem Betrieb mit kontinuierlicher Laserstrahlung in einen Betrieb mit gepulster Laserstrahlung übergegangen. Dabei ist im jeweiligen Falle die Änderung eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung, wenn das der zu erreichende Effekt erfordert, also beispiels­ weise die Spaltweite, das Durchschweißen, die Vermeidung von Poren-, Loch- und Spritzerbildung, auch bei beschichteten Blechen, oder die Verminderung von Schweißfehlern infolge Kantenversatzes.

Das Verfahren kann desweiteren so ausgestaltet werden, daß zusätzlich zur Änderung der Strahlungsintensität und/oder der Strahlungsleistung oder stattdessen die Zuführgeschwindigkeit von Zusatzwerkstoff und/oder ein Strahloszillieren quer zur Vorschubrichtung und/oder die Fügegeschwindigkeit geändert wird. Auch mit diesen Maßnahmen kann fehlerhaftes Schweißen von Stößen, beim Durchschweißen und infolge von Poren-, Loch- und Spritzerbildung, auch beim Schweißen von beschichteten Blechen, bzw. bei Höhenversatz der Fügestücke positiv beeinflußt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens mit Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Führungselement ein Röhrchen vorhanden und mit einer in Strahlungsrichtung wirkenden, die Laser­ optik schützenden Blasdüse fest verbunden ist. Die Blas­ wirkung unterstützt den Transport des Zusatzwerkstoffs zur Fügestelle. Das Führungselement endet mit Abstand ober­ halb der Fügestelle gerade oder dicht an der Fügestelle mit einer gekrümmten Spitze nahtparallel.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und anhand von Anwendungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum er­ findungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2, 3 bis 3c Diagramme zur Erklärung der Wirkungs­ weise des Verfahrens

Fig. 4a bis 4c unterschiedliche Vorrichtungen zum Zu­ führen von Zusatzwerkstoffen,

Fig. 5a bis 5m unterschiedliche Werkstückausgestaltungen, und

Fig. 6a bis 6h weitere unterschiedliche Werkstückaus­ gestaltungen.

Gemäß Fig. 1 soll eine Werkstückanordnung 1, die aus zwei Teilen 2, 3 besteht, mit Hilfe eines Lasers 4 gefügt werden. Der vom Laser 4 erzeugte Laserstrahl 5 wird von einer Laseroptik 6 fokussiert und beispielsweise gemäß Fig. 4c oder Fig. 5a abgelenkt.

Die Fügestelle ist mit 20 bezeichnet. Sie erhält be­ darfsweise einen Zusatzwerkstoff 8 (siehe Fig. 4a) zugeführt, nämlich durch ein Führungselement 9, das beispielsweise als Röhrchen ausgebildet ist und den Zusatzwerkstoff 9 in Gestalt eines Schweiß- oder Lötdrahtes an die ge­ wünschte Stelle im Bereich der Fügestelle mechanisch zu­ leitet. Die Förderung des Zusatzwerkstoffs 8 erfolgt mit einer Fördereinrichtung 10 und die Zufuhrgeschwindigkeit wird mit einer Meßvorrichtung 11 gemessen und einem Regler 12 signalisiert. Dieser regelt die Fördergeschwindigkeit des Zusatzwerkstoffs 8 durch Einflußnahme auf die Förder­ einrichtung 10 entsprechend weiterer Betriebsparameter. Ein solcher Betriebsparameter wird von der Strahldiagnostik 13 geliefert, welche die Qualität des Laserstrahls 5 fest­ stellt, insbesondere dessen Intensität, und demgemäß den Regler 12 beaufschlagt. Weiterer Betriebsparameter ist die Geschwindigkeit der Werkstücke 2, 3 relativ zum Laserstrahl 5, welche durch die Meß- und Steuereinrichtung 14 erfaßt und vom Regler 12 beeinflußt wird. Die Meßeinrichtungen 15, 16 und 17 erfassen Betriebsparameter, die sich aus der Überwachung der Fügestelle 7 ergeben, und zwar akustisch (Meßeinrichtung 15), optisch (Meßeinrichtung 16), wobei bei­ spielsweise eine Temperaturüberwachung der Fügestelle z. B. beim Löten erfolgt oder eine spektroskopische Plasmaüberwachung, und ebenfalls optisch (Meßeinrichtung 17), wobei beispielsweise zur Ermittlung der Naht- bzw. Spaltgeometrie, insbesondere der Spaltweite oder eines Nahteinfalls im Bereich der Fügestelle ein Schnittlinienverfahren zur Anwendung kommt. Der demgemäß beaufschlagte Regler 12 sorgt automatisch für die Beaufschlagung des Lasers 4 bzw. der Laseroptik 6, so daß das Fügeverfahren vollständig prozeßkontrolliert statt. findet.

Das Fügen erfolgt vornehmlich als geregeltes Einschweißen von Ein- oder Mehrfachüberlappnähten dünner Werkstücke, ins­ besondere dünner Bleche, wie sie im Karosseriebau von Kraft­ fahrzeugen verwendet werden. Bei diesem Schweißen muß ge­ gebenenfalls sichergestellt werden, daß die Fügestelle auf der Außen- bzw. Unterseite des Karosserieblechs nicht sicht­ bar ist. Trotzdem muß die Verbindung zuverlässig sein und es soll mit möglichst hoher Geschwindigkeit geschweißt wer­ den, um eine hohe Produktion zu erzielen. Infolgedessen wird die Intensität der Laserstrahlung durch den Regler 12 in Abhängigkeit eines oder mehrerer Fügestellenparameter geregelt, von denen mindestens einer aussagt, ob die Laser­ strahlung laserinduziertes Plasma an der Fügestelle 20 er­ zeugt. Das Vorhandensein von Plasma oder dessen Entstehung wird beispielsweise optisch ermittelt, da in diesem Fall Werkstoff der Werkstücke verdampft, was spektralanalytisch überwacht werden kann. Sobald also die Meßeinrichtung 16 für den zu verschweißenden Werkstoff charakteristische Spektrallinien ermittelt, wird der Regler 12 entsprechend beaufschlagt und verändert die Laserintensität zum gegebenen Zeitpunkt.

In Fig. 2 wird dieses Verfahren näher erläutert. Es ist die Abhängigkeit der Intensität I des Lasers 4 bzw. dessen Leistung P von der Zeit t dargestellt, wobei Ie die Schwellintensität der Plasmabildung kennzeichnet und Ia den größten ein Plasmaerlöschen bewirkenden Wert der Intensität. Wird ein gepulster Laserstrahl 5 angewendet, so wird dessen Intensität gemäß Fig. 2 bis zum Erreichen der Schwellintensität Ie bzw. ein wenig darüber gesteigert und für eine Zeitspanne t 1 beibehalten. Während dieser Zeit­ spanne wird der Fügestelle 20 über die besonders wirksame Wärmeeinkopplung des Plasmas Energie in großem Maße zuge­ führt, was zur Ausbildung eines Tiefschweißeffekts führt. Dieser Tiefschweißeffekt kann zu einer Zerstörung des Werk­ stücks führen bzw. zu einem Blechdurchschweißen, zu dessen Verhütung die Intensität alsbald bis unter Ia abgesenkt werden muß, um ein Erlöschen der Plasmabildung zu bewirken. Die Zeitspanne t 1 hängt von der Ausgestaltung der Füge­ stelle 20 ab sowie von der Dicke der verwendeten Bleche.

Für die Plasmabildung ist eine Schwellintensität Ie der Energieeinstrahlung im Bereich der Fügestelle 20 erfor­ derlich. Diese Schwellintensität Ie ist bei konstantem Ab­ sorptionsgrad A des Werkstücks konstant, so daß sich der in Fig. 2 dargestellte Prozeßablauf ergibt. Üblicherweise ist der Absorptionsgrad A jedoch nicht konstant, sondern eine Funktion z.B. der Oberflächenbeschaffenheit. Verunreini­ gungen einer Metalloberfläche erhöhen beispielsweise den Absorptionsgrad. Fig. 3 zeigt den Verlauf der Schwellinten­ sität Ie für nicht konstanten Absorptionsgrad A. Der Laser­ strahl ist gepulst, und zwar mit konstanter Frequenz, so daß pro Zeitintervall T 1 Energiemengen a 1, a 2... ent­ sprechend den jeweiligen Flächen eingestrahlt werden. Dabei sind die Flächen pro Zeitintervall gleich groß, die einge­ strahlten Energiemengen also entsprechend gleich groß. Das bedeutet konstante Impulsenergie und es ergibt sich dabei die Möglichkeit, mit konstanter Schweißgeschwindigkeit v zu arbeiten, wobei die zugeführte Streckenenergie P/v konstant ist. Die Flächen a bzw. die denen entsprechenden Energie­ mengen sind an die absolute Schweißgeschwindigkeit anzupassen, so daß auch im Fall einer Geschwindigkeitsveränderung die Streckenenergie konstant bleibt und damit eine gleichmäßige Verschweißung erreicht wird.

Wird die Leistung im Impuls so weit erhöht, daß die kritische Intensität A×I bzw. Ie überschritten wird, findet Plasmabildung statt und damit die Ausbildung eines Dampf­ kanales mit Tiefschweißeffekt. Da die erreichte Schweiß­ tiefe eine nahezu lineare Funktion der Impulslänge ist, kann über die Dauer der Leuchterscheinung des Plasmas die Schweißtiefe gesteuert werden, so daß über die Größe T 1 bzw. Tn die Schweißtiefe an den Werkstücken festgelegt werden kann.

Durch das Steigern der Intensität des Laserstrahls bis zur Schwellintensität Ie bzw. etwas darüber hinaus erfolgt mit jedem Impuls zunächst ein schnelles Aufheizen. Das anschließende Absenken der Laserintensität auf einen Wert unter Ia erfolgt jedoch gemäß Fig. 2 nur geringfügig unter diesen Wert, so daß die Fügestelle zwar unter der Verdampfungstemperatur des Werkstoffs gehalten wird, jedoch weit über der Schmelztemperatur. Bei entsprechender Anfor­ derung könnte die Intensität des Laserstrahls nach dem Erlöschen des Plasmas auch wieder in den Intensitätsbereich zwischen Ie und Ia gesteigert werden, um möglichst viel Energie unter Vermeidung einer Verdampfung von Werkstoff an die Fügestelle zu bringen.

Ganz allgemein gilt: Die Impulsfrequenz, das Impuls­ pausenverhältnis und die Impulsleistung sind an die jewei­ lige Schweißgeschwindigkeit und den geforderten Überlap­ pungsgrad der Schweißpunkte anzupassen.

Die Fig. 3a bis 3b zeigen den Fig. 2, 3 entsprechende Diagramme für den Fall, daß die Streckenenergie konstant ist, also: Es=P/v=konst. Dabei ist in Fig. 3a ange­ nommen, daß es zum Schweißen zweier Werkstücke mit einer bestimmten Fügegeschwindigkeit v bzw. vl einer bestimmten mittleren Laserleistung P 1 bedarf, wenn gepulste Laser­ strahlung mit gleichbleibenden Impulstaktzeiten verwendet wird, also mit konstanter Impulsfrequenz. Bei Anderungen der Schweißgeschwindigkeit, z.B. Reduzierungen in Eckbe­ reichen von Werkstücken oder Steigerungen auf Geradstrecken, soll die Streckenergie jedoch ebenfalls konstant gehalten werden, um nämlich stets dieselbe Schweißstellenausbildung zu erhalten und insgesamt mit hoher Produktion zu Fügen. Die Fig. 3b, 3c erläutern, wie dies erreicht werden kann. Gemäß Fig. 3b ist die Fügegeschwindigkeit v 2 größer als die Fügegeschwindigkeit v 1 in Fig. 3a. Die Zeitspanne T 1 wird konstant gehalten, die mittlere Leistung P 2 liegt jedoch über der mittleren Laserleistung P 1. Infolgedessen bleibt die Streckenenergie trotz gesteigerter Schweißgeschwindigkeit konstant. Gemäß Fig. 3c wird die mittlere Laserleistung P trotz gesteigerter Fügegeschwindigkeit gleich groß gehalten, nämlich gemäß P 1 in Fig. 3a. Eine größere Energiezufuhr wird dadurch erreicht, daß die Impulsfrequenz erhöht wird, näm­ lich entsprechend T 2 gemäß Fig. 3c. Die Energiezufuhr er­ folgt häufiger, so daß die Streckenenergie trotz gesteiger­ ter Fügegeschwindigkeit konstant gehalten werden kann. Zu den Fig. 3a bis 3c versteht sich, daß die erforderliche Schwellintensität Ie jeweils gerade nur erreicht oder im gewünschten Maße nur wenig überschritten wird.

In den Fig. 4a bis 4c wird die Zuführung von Zusatz­ werkstoff 8 zu Fügestellen 20 mittels eines Führungselements 9 erläutert, wobei Werkstücke 2, 3 miteinander verschweißt werden sollen, die einen Spalt 18 zwischen sich einschließen. Der Zusatzwerkstoff, der in Gestalt eines Drahtes zugeführt wird, dient dabei der Auffüllung der Spalthöhe, damit ein Nahteinfall im Bereich der Fügestelle 20 vermieden wird. Der Zusatzwerkstoff 8 ist als Draht ausgebildet und sein Durchmesser entspricht etwa der Größenordnung des Durchmes­ sers des Flecks des Laserstrahls 5 auf der Fügestelle 20. Das Schweißen erfolgt in der Richtung der Pfeile 21, wobei davon ausgegangen wird, daß der Laserstrahl 5 entsprechend bewegt wird. Dieser Bewegung muß eine Blasdüse 22 folgen, welche den Laserstrahl 5 konzentrisch umgibt und in Strah­ lungsrichtung ein Schutzgas leitet, damit an der Fügestelle 20 etwa entstehende Spritzer nicht auf die Laseroptik 6 gelangen können.

An der Blasdüse 22 ist das als Röhrchen ausgebildete Führungselement 9 befestigt und folgt infolgedessen bzw. infolge seiner antriebsmäßigen Verbindung mit der Laser­ optik 6 allen Bewegungen des Laserstrahls 5 exakt.

Das Führungselement 9 endet entsprechend Fig. 4a,c oberhalb und in Schweißrichtung 21 vor der Fügestelle 20, so daß der Zusatzwerkstoff 8 entsprechend vor der Füge­ stelle 20 abgeschmolzen wird. Dabei ragt der Zusatzwerk­ stoff 8 gemäß Fig. 4a so weit aus dem Führungselement 9 in Richtung auf die Fügestelle 20 vor, daß der stillstehende Laserstrahl 5 Zusatzwerkstoff direkt in diese Fügestelle 20 einschmelzen kann. In Fig. 4c wird der Laserstrahl 5 in Vorschubrichtung der Werkstücke 2, 3 gewedelt, also oszil­ lierend verschwenkt und schmilzt dabei Zusatzwerkstoff 8 nur in seiner gestrichelt dargestellten Stellung auf das Werkstück 2 auf, von wo aus er eingeschmolzen wird, wenn die Fügestelle 20 entsprechend weit vorgewandert ist. Das Ver­ schwenken des Laserstrahls 5 bedeutet ein zeitlich begrenztes Aufschmelzen von Zusatzwerkstoff 8, was ausreicht, wenn die­ ser eine vergleichsweise geringe Schmelztemperatur hat. Zusätzlich kann die Strahlungsintensität beim Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffs 8 verringert werden.

In Fig. 4b endet das Führungselement 9 nicht gerade, sondern etwa nahtparallel dicht an der Fügestelle 20 mit einer gekrümmten Spitze 9′, so daß der Zusatzwerkstoff, also ein Draht, fügestellenparallel verlegt wird und daher auch erst im Bereich der Fügestelle 20 vom Laserstrahl 5 aufgeschmolzen wird.

Die Zufuhr an Zusatzwerkstoff und die Amplitude der Strahlauslenkung richten sich nach der jeweiligen Schweiß­ geschwindigkeit und nach der Ausbildung des Spalts 18, also nach der erforderlichen Menge, für die mit den Meßeinrichtungen 15 bis 17 ermittelte Signale als Regel­ größe dienen. Die Zusatzwerkstoffzufuhr erfolgt in Fig. 4c diskontinuierlich, in Fig. 4b kontinuierlich und in Fig. 4a bei kontinuierlicher Drahtzuführung kontinuierlich, sonst diskontinuierlich. Abweichend von diesen Darstellungen kann die Drahtzufuhr auch in Richtung 21 hinter der Fügestelle 20 erfolgen, beispielsweise wenn zuvor ein Nahteinfall ermittelt werden soll.

Fig. 5a zeigt ein blechförmiges Werkstück 3, an dem ein abgewinkeltes blechförmiges Werkstück 2 durch Verschweißen be­ festigt werden soll. Der abgewinkelte Blechrand 2′ liegt an dem Blech 3 dicht an und von seiner Kante 2′′ wird mit dem Blech 3 bzw. dessen Blechfläche 3′ eine rechtwinklige Fuge 23 gebildet, in die der Laserstrahl 5 in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Fugenflächen (Kante 2′′; Blechfläche 3′) einfällt. Der Laserstrahl 5 wird entsprechend den Pfeilen 24 oszillierend verschwenkt, nämlich quer zur Vorschubrichtung der Bleche 2, 3, welche senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 5a ist. Entsprechend dem Auf­ schmelzbereich 26 werden von den Werkstücken 2, 3 etwas un­ gleiche Werkstoffmengen aufgeschmolzen. Insofern unterscheidet sich die Verbindung der Werkstücke 2, 3 der Fig. 5b, wo der Aufschmelzbereich 26 flacher ist, weil vom Werkstück 2 eine größere Menge Werkstoff abgeschmolzen wurde, um einen Spalt 25 zwischen den Werkstücken 2, 3 bei hinreichender Verbindungs­ sicherheit zu schließen.

Die Fig. 5c zeigt die Werkstückgeometrie der Fig. 5a, je­ doch vorbereitet für eine Lötverbindung, bei der in die Fugen 23, 23′ Lötdrähte 27 eingelegt sind, die mit dem Laserstrahl 5 so aufgeschmolzen werden, daß sich nach dem Aufschmelzen die aus Fig. 5e ersichtliche Verbindung mit den Lötnähten 28 ergibt. Aus Fig. 5c ist ersichtlich, daß der Laserstrahl strichförmig mit quer zur Vorschubrichtung der Werkstücke 2, 3 angeordneter Längsachse seines Strahlflecks 36 verwendet wird, um außer dem Lötdraht 27 auch die diesem benachbarten Bereiche der Werkstücke 2, 3 zu bestrahlen.

Die Fig. 5d, 5f zeigen den Fig. 5c, 5e entsprechende Dar­ stellungen, wobei jedoch zwischen den Werkstücken 2, 3, ähnlich Fig. 5b, ein Spalt 25 vorhanden ist. Das Lot der Lötdrähte 27 vermag in diesen Spalt 25 einzudringen, so daß sich eine ver­ gleichsweise großflächige Verbindung zwischen den Werkstücken 2, 3 ergibt. Um eine ausreichende Spaltweite und damit eine hinreichende Verbindungsfestigkeit zu gewährleisten, ist es möglich, abstandhaltende Sicken 7 od. dgl. zu verwenden.

Gemäß Fig. 5g werden blechartige Werkstücke 2, 3 mit parallel in dieselbe Richtung vorspringenden Lappen 2′, 3′′ aneinanderstoßend angeordnet, beispielsweise bei Schweller­ nähten von Kraftfahrzeugen. Die dabei gebildeten Fugen 27 werden mit einem Zusatzwerkstoff geschlossen, der durch Aufschmelzen eines Zusatzschweißdrahtes 29 mit einem Laser­ strahl 5 gewonnen wird. Statt unterschiedlich dicker Zusatz­ schweißdrähte 29 kann auch die Drahtzufuhr beschleunigt wer­ den, wie zu den Fig. 4a bis 4c beschrieben wurde. In Fig. 5a haben die Werkstücke 2, 3 zwischen ihren Verbindungslappen 2′, 3′′ einen Spalt 30, der beispielsweise durch Toleranzen bei der Werkstückherstellung entsteht. Dieser Spalt 30 wird bei der Verbindung der Werkstücke 2, 3 durch den Zusatzwerk­ stoff der Schweißdrähte 29 geschlossen.

Die Werkstücke 2, 3 der Fig. 5i bis 5m sind identisch aus­ gebildet. Das Werkstück 3 ist ein Blech mit U-förmigem Falz 31, der mit dem streifen- bzw. plattenförmigen Werkstück 2 verbunden werden soll, welches in den Falzraum 32 eingelegt ist. Dabei entsteht ein Spalt 33. Das Werkstück 2 ist beid­ seitig beschichtet, beispielsweise verzinkt. Gemäß den Fig. 5i, k erfolgt eine Verschweißung mit einer Anordnung des Laserstrahls 5 gemäß Fig. 5a. Die Schweißung wird gepulst ausgeführt. Erfindungsgemäß bildet sich ein laserinduzier­ tes Plasma aus, das über eine vorbestimmte Zeit beibehalten wird. Nach dieser Zeit wird das Plasma zum Erlöschen gebracht, beispielsweise durch Abschalten des Impulses. Die Impulslänge bestimmt die Einschweißtiefe, so daß es infolgedessen möglich ist, eine konstruktionsbedingte Einschweißtiefe einzuhalten, ohne die Unterseite des Werkstücks 3 anzuschmelzen. Das Fügen kann auch mit kontinuierlich andauernder Laserstrahlung ausgeführt werden, wobei also kein vollständiges Abschalten des Laserimpulses erfolgt, sondern die Laserstrahlleistung nach der vorbestimmten Zeit zurückgeregelt wird, bis das Plasma erlischt. Die Einschweißtiefe kann auch dadurch überwacht und geregelt werden, daß das Durchschweißen des Spalts 33 bzw. des Spalts auf der Unterseite des Werkstücks 2 überwacht wird, z.B. akustisch, oder daß das Durchschweißen der Beschichtungen des Werkstücks 2 kontrolliert wird, beispielsweise spek­ trografisch.

Das vorbeschriebene Verfahren gilt auch für die Fig. 5 l, m, wobei hierbei die Einstrahlungsrichtung des Laserstrahls 5 senkrecht zu den miteinander zu verbindenden Flächen der Werkstücke 2, 3 erfolgt, wie beispielsweise beim herkömmlichen Punktschweißen.

In den Fig. 6a bis 6h zeigen die links auf dem Zeich­ nungsblatt angeordneten Fig. die Ausgestaltung der Werkstücke 2, 3 vor dem Fügen und rechts nach dem Fügen. Die Pfeile 40 kennzeichnen die Richtung des Laserstrahls. Die schwarzen Flächen der rechten Figuren stellen die fertiggestellte Fügestelle 20 dar.

Die Werkstücke 2, 3 der Fig. 6a sind Bleche, von denen 3 einen zum Werkstück 2 schräggestellten Flansch 41 hat, so daß von den Werkstücken 2, 3 spitzwinklig ausgerichtete Fügeflächen 37 gebildet werden. Auf bzw. zwischen diesen Fügeflächen 37 wird der Laserstrahl gerichtet, so daß die derart einfallende Laserstrahlung von den Fügeflächen 37 in das Innere reflektiert wird und sich eine dicht an der Kante 42 gelegene Fügestelle 20 gemäß Fig. 6b ergibt. Ein derar­ tiges Verfahren bzw. diese spezielle Ausgestaltung der Werk­ stücke 2, 3 erlauben es, den Aufwand für die Fokussierung des Laserstrahls gering zu halten und eine Befestigungsstelle zu gestalten, bei der die Fügestelle 20 nahe der Kante 42 bzw. nahe dem wesentlichen Teil des Werkstücks 3 angeordnet ist.

Gemäß Fig. 6c soll in herkömmlicher Weise durch den Flansch 41 hindurchgeschweißt werden, der ebenfalls gemäß Fig. 6a im Winkel zum Werkstück 2 angeordnet ist. Diese nicht parallele Anordnung des Flansches 41 ermöglicht eine werkstückformbedingte Steuerung der Intensität der Laser­ strahlung bei deren Einwirkung auf das Werkstück 2. Sofern nämlich eine Verringerung der Wärmeeinwirkung auf das Werk­ stück 2 gewünscht wird, kann der Laserstrahl in der Richtung des Doppelpfeils 42 nach links verschoben werden. Soll die Wärmeeinwirkung hingegen gesteigert werden, so erfolgt eine Verschiebung des Laserstrahls in der Richtung des Doppel­ pfeils 42 nach rechts. Das Heranziehen des Winkelflansches 41 zur Steuerung der Intensität der Laserstrahlung ist auf besonders einfache Weise zu erreichen, nämlich durch Form­ gebung am Winkelflansch, der zum Fügen der Werkstücke 2, 3 ohnehin gebildet werden muß, so daß die Herstellung der Werkstückform bzw. des Winkelflansches keinen besonderen Aufwand darstellen. Eine derartige werkstückformbedingte Steuerung der Intensität der Laserstrahlung ist beim Fügen der dargestellten Bleche besonders vorteilhaft, kann jedoch auch bei anders geformten Werkstücken in analoger Weise er­ reicht werden.

Die Fig. 6e, f und 6g, h zeigen jeweils Werkstücke 3 mit Ausformungen 43, die auf den Werkstücken 2 aufsitzen. Infolgedessen entsteht ein Abstandsspalt 39. In Fig. 6e, f ist die Ausformung 43 im Bereich der Kante 42 des mit einem Winkelflansch 41 versehenen Blechs vorhanden, so daß sich ein einseitig offener Spalt 39 ergibt. Dieser bzw. die Aus­ führungsform der Werkstücke 2, 3 gemäß Fig. 6e, f eignet sich besonders gut zur Verbindung beschichteter Bleche, ins­ besondere eines beschichteten Werkstücks 3, beispielsweise eines verzinkten Karosserieblechs, wobei die verdampfte Be­ schichtung zur Vermeidung einer Beeinträchtigung der Ver­ bindungsstelle seitlich abströmen kann. Das ist bei der Ge­ staltung der Werkstücke 2, 3 der Fig. 6g, h nicht möglich, jedoch ermöglichen die beidseitig der Fügestelle 20 gelegenen Ausformungen 40 eine besonders gut definierte Anlage des Werkstücks 3 am Werkstück 2 und eine damit entsprechend konstant bleibende Ausgestaltung der Fügestelle 20, die dem­ entsprechend mit geringem Regelaufwand hergestellt werden kann.

Bei den weiter oben beschriebenen Verfahren zum Fügen von Werkstücken, wobei das Plasma von einer das Plasmaleuchten und/ oder das Plasmageräusch erfassenden Meßeinrichtung überwacht wird, können die in Fig. 1 dargestellten Meßeinrichtungen 15, 16 verwendet werden. Der Veränderung der Strahlungsenergie dienen beispielsweise ebenfalls die in den Zeichnungen dargestellten und vorbeschriebenen Ausführungsformen des Reglers 12, der Laserstrecke 4, 5, 6, 13 und der weiteren Einrichtungen, insbesondere die Fördereinrichtung 10 für Zusatzwerkstoff bzw. -draht und die Laseroptik 6. Zur Erläu­ terung aller weiteren Prozeßparameter wird ebenfalls auf die vorgenannte Beschreibung verwiesen.

Claims (27)

1. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Laserstrahlung zur Bildung eines laserinduzierten Plasmas an der Fügestelle (20) in Abhängigkeit eines oder mehrerer Fügestellenparameter geregelt wird, und daß die Intensität der Laserstrahlung bis zum Erreichen der zur Plasmabildung erforderlichen Schwell­ intensität (Ie) oder wenig darüber gesteigert und dann nach Beibehaltung der eingestellten Intensität für eine vorbestimmte Zeit (t 1) auf einen ein Plasmaerlöschen bewirkenden Wert (Ia) abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Intensität der Laserstrahlung nach dem Erlöschen des Plasmas auf einem Wert gehalten wird, bei dem der Werkstückwerkstoff über Schmelztem­ paratur erwärmt bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorbestimmte Zeit bei gepulster Laserstrahlung gleich derjenigen Dauer (t 1) eines Impulses ist, für die die Schwellintensität (Ie) er­ reicht oder überschritten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit konstanter Strecken­ energie gefügt wird, indem die Laserstrahlung mit konstanter Frequenz gepulst und die Impulsenergie (a 1, a 2....) pro Zeitintervall (T 1) konstant gehalten wird, oder indem bei veränderlicher Fügegeschwindigkeit (v) eine dementsprechend proportionale Leistungs- und/ oder bei gepulster Laserstrahlung eine Impulsfrequenz­ änderung erfolgt.

5. Verfahren zum Fügen von Werkstücken mit Laserstrahlung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Fügestelle, zumal wenn der Fügespalt weit ist, durch Laserstrahlung zu schmelzender Zusatzwerkstoff zu­ geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Zusatzwerkstoffs (8) mit einem antriebsmäßig mit der Laseroptik (6) gekoppelten Füh­ rungselement (9) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuführungsgeschwindigkeit des Zusatzwerkstoffs (8) in Abhängigkeit von der Spaltaus­ bildung und/oder von einem Nahteinfall geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (20) der Werkstücke (2, 3) vom Laserstrahl (5) quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke (2, 3) oszillierend überstrichen wird und/oder bedarfsweise eine unter­ schiedlich intensive Bestrahlung der Werkstücke (2, 3) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügestelle (20) der Werkstücke (2, 3) vom Laserstrahl (5) quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke (2, 3) über einen am Fügespalt (34) längs angeordneten Zusatzwerk­ stoff (8) hinaus oszillierend überstrichen wird und/oder bedarfsweise eine unterschiedlich intensive Bestrahlung der Werkstücke (2, 3) und/oder des Zusatzwerkstoffs (8) erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (5) in relativer Vorschubrichtung der Werkstücke (2, 3) oszillierend verschwenkt und bedarfsweise in unter­ schiedlichen Schwenkstellungen mit unterschiedlicher Strahlungsintensität angewendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in oder quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke (2, 3) oszillierend bewegte Laserstrahl (5) geschwindigkeits­ gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Ver­ schwenken des Laserstrahls (5) sinusförmig erfolgt und/ oder die die Schwellintensität (Ie) erreichende Laser­ strahlung im Bereich der Totpunkte der Verschwenkbe­ wegung abgegeben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (5) strichförmig mit quer zur relativen Vorschubrichtung der Werkstücke (2, 3) angeordneter Längsachse seines Strahlflecks (36) verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fügen eines Werk­ stücks (2) an einer Blechfläche eines Werkstücks (3) im Bereich einer von beiden Werkstücken (2, 3) gebil­ deten rechtwinkeligen Fuge (23) erfolgt, mit in Rich­ tung der Winkelhalbierenden zwischen den Fugenflächen (Kante 2′′; Blechfläche 3′) einfallender Laserstrah­ lung.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken der Inten­ sität der Laserstrahlung beim Fügen durch ein Werkstück (z.B. 2) hindurch in Abhängigkeit von der Ermittlung eines Querspalts (33) und/oder einer Werkstückschicht (35) erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (2, 3) im Bereich der Fügestelle (20) mit zueinander spitzwinkligen Fügeflächen (37) angeordnet werden, zwischen die der Laserstrahl (5) gerichtet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Werk­ stück (3) mit einer eine werkstückformbedingte Steue­ rung der Intensität der Laserstrahlung bei deren Ein­ wirkung auf das andere Werkstück (2) gestattenden Aus­ gestaltung (Winkelflansch 41) und/oder Anordnung ver­ wendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens ein Werkstück (3) mit mindestens einer einen Abstands­ spalt (39) an der Fügestelle (20) zwischen beiden Füge­ flächen (37) gewährleistenden Ausformung (43) versehen wird.

18. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmendes, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasma­ geräusch erfassenden Meßeinrichtung und/oder die Wärme­ strahlung überwacht wird, und daß bei sich infolge vergrößernder oder verkleinernder Spaltweite verringernder oder verstärkender Leuchtintensität und/oder Lautstärke und/oder Signalhäufigkeit und/oder Tonhöhe und/oder Frequenz und/oder Wärmestrahlung ein die Vergrößerung oder Verkleinerung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder die Strahlungsleistung bewirkender Prozeßpara­ meter geändert wird.

19. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmendes, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasma­ geräusch und/oder die Wärmestrahlung erfassenden Meß­ einrichtung überwacht wird, und daß bei sich infolge eines Durchschweißens verringernder Leuchtintensität und/oder Lautstärke und/oder Signalhäufigkeit und/oder Tonhöhe und/oder Wärmestrahlung ein die Vergrößerung der zuge­ führten Strahlungsintensität und/oder der Strahlungs­ leistung bewirkender Prozeßparameter geändert wird.

20. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmendes, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasmageräusch erfassenden Meßeinrichtung überwacht wird, und daß bei einem Zu- oder Abnehmen eines Fluktuierens des Plasma­ leuchtens und/oder akustischer Signale und/oder spek­ traler Emissionslinien und/oder bei einem Auftreten bestimmter Emissionslinien ein die Veränderung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder der Strahlungs­ leistung bewirkender Prozeßparameter geändert wird.

21. Verfahren zum Fügen von Werkstücken, insbesondere von Blechen, mittels Laserstrahlung, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Laserstrahlung ein nicht abschirmendes, laserinduziertes Plasma erzeugt und von einer das Plasmaleuchten und/oder das Plasma­ geräusch erfassenden Meßeinrichtung und/oder die Wärme­ strahlung überwacht wird, die mit zwei Sensoren jeweils auf ein Fügestück gerichtet wird, und daß mittels Diffe­ renzbildung der Sensorsignale Höhenversatz der Fügestücke ermittelt wird.

22. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines ermittelnten Höhenversatzes der Fügestücke eine verstäkte Werkstoffaufschmelzung und/oder Zuführung von Zusatzwerkstoff erfolgt.

23. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der zugeführten Strahlungsintensität und/oder die Strahlungsleistung der Fokuslage und/oder die Fokussierung und/oder die Streckenenergie und/oder die Pulsform und/oder das Puls-Pausen-Verhältnis geändert werden und/oder daß von einem Betrieb mit kontinuierlicher Laserstrahlung in einen Betrieb mit gepulster Laserstrah­ lung übergegangen wird.

24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich zur Änderung der Strahlungsintensität und/oder der Strahlungsleistung oder stattdessen die Zuführge­ schwindigkeit von Zusatzwerkstoff und/oder ein Strahl­ oszillieren quer zur Vorschubrichtung und/oder die Fügegeschwindigkeit geändert wird.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit Zuführung eines Zusatzwerkstoffes, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungselement (9) ein Röhrchen vorhanden und mit einer in Strahlungsrichtung wirkenden, die Laseroptik (6) schützenden Blasdüse (22) fest verbunden ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Führungselement (9) mit Abstand oberhalb der Fügestelle (20) gerade oder dicht an der Fügestelle (20) mit einer gekrümmten Spitze (9′) naht­ parallel endet.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzwerkstoff (8) ein Draht vorhanden ist, und daß der Drahtdurch­ messer in der Größenordnung des Durchmessers des Laserstrahlflecks der Fügestelle (20) liegt.