DE3909620A1 - Verfahren zum stumpfschweissen von blechen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stumpfschweißen
dünner Bleche insbesondere vermittels von Laserstrahlen.
In vielen Fällen werden beim Schweißen vermittels von Laser
strahlen Bleche im Überlappungsbereich verschweißt. Diese
Überlappung erweist sich jedoch in der Mehrzahl der Fälle
als unvorteilhaft.
Mit der DE-OS 37 13 527 werden stumpf zu verschweißende
Bleche an ihren Kanten durch gesonderte Arbeitsvorgänge
bearbeitet, um extrem lineare Stoßflächen zu erhalten, die
sich praktisch lückenlos stumpf zusammenfügen lassen. Es hat
sich nämlich herausgestellt, daß bei den üblichen Toleranzen
der bekannten Bearbeitungsvorgänge, bspw. einfacher Schneid
vorgänge, zwischen stumpf zusammengefügten Blechen auch
Spalte auftreten, welche sich während des Schweißvorganges
störend bemerkbar machen und die zu bildende Schweißnaht
derart zu beeinträchtigen vermögen, daß hergestellte Verbin
dungen weder in erwünschtem Maße mechanisch belastbar sind
noch sich als dicht erweisen, was in vielen Fällen als unab
dingbare Forderung verlangt wird. In der Praxis hat es sich
gezeigt, daß zwar geringfügige Spalte geduldet werden kön
nen, deren Weite 1/10 der Blechstärke unterschreitet; bei
stärkeren Spalten jedoch besteht die Gefahr, daß der ausrei
chend fokussierte Laserstrahl im wesentlichen den Spalt
durchsetzt und damit die beiden einander gegenüberstehenden
Blechränder nicht ausreichend zu erhitzen vermag.
Nach der DE-OS 39 01 319 wird daher vorgeschlagen, Bleche
quasi stumpf zu verschweißen, indem sie nur äußerst gering
fügig einander überlappen, um nachteilige Spalte nicht auf
kommen zu lassen, und dem entlang der Nahtstelle bewegten
Laserstrahl werden Druckrollen oder dergleichen nachgeführt,
welche noch in der Schweißhitze das Blech im Nahtbereich in
seiner Höhe reduzieren. Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß diese Reduktion zwar von der durch die Überlappung ge
bildeten doppelten Blechstärke auf bspw. 1,5- bis 1,3fache
Blechstärke herab erfolgen kann; beim Versuch einer stärke
ren Reduktion der Höhe jedoch besteht die Gefahr des Ver
ziehens des Bleches.
Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, ein Verfahren
zum Stumpfschweißen von Blechen insbesondere vermittels von
Laserstrahlen zu schaffen, das sich als relativ einfach
erweist und insbesondere keiner kostspieligen Bearbeitung
der Stoßflächen innerhalb engster Toleranzen bedarf.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentan
spruches 1. Hier wird der bei üblichen Schneidvorgängen sich
bildende Grat benutzt, um gegebenenfalls gebildete Spalte zu
schließen. Die Stirnflächen der zu verschweißenden Bleche
werden so gegeneinandergepreßt, daß die entlang der Stoß
flächen vorhandenen, von vorhergehenden Schneidvorgängen
herrührenden Grate von den aneinanderliegenden Stirnflächen
aus in gleicher Richtung vorstehen. Eventuell zwischen den
Stirnflächen bestehende partielle Spalte werden dann ge
schlossen, indem der von der Stoßstelle hochstehende Grat
mittels eines Werkzeuges, vorzugsweise einer Druckrolle,
gegen das Blech und damit auch in bestehende partielle Spal
te hineingedrückt wird, so daß diese geschlossen werden und
dem anschließenden schweißenden Laserstrahl ausreichende,
das Aufschmelzen bewirkende Angriffsflächen bieten. Zwar
wird man auch hier die Stoßflächen innerhalb enger Toleran
zen herzustellen versuchen, tatsächlich jedoch werden wei
tere Toleranzen als üblich zugelassen, so daß die Aufteilung
der Bleche durch übliche Scheren bewirkt werden kann.
Hierbei können sowohl nebeneinanderliegende Blechtafeln
miteinander verschweißt werden als auch bspw. die beiden
Randbereiche hohlzylindrisch zusammengebogener Blechtafeln
entlang ihrer eine Mantellinie darstellenden Stoßnaht, wie
dieses zur Herstellung zylindrischer Behälter erforderlich
ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Im einzelnen sind die Merkmale der Erfindung anhand der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Ver
bindung mit dieses darstellenden Zeichnungen erläutert. Es
zeigen hierbei
Fig. 1 schematisch zwei an einer Stoßstelle zusammenge
fügte, eingespannte Blechtafeln mit einer zum Ver
formen des in gleicher Richtung vorstehenden Grates
vorgesehenen Druckrolle,
Fig. 2 schematisch einen entlang der Stoßstelle zweier
Blechtafeln geführten schweißenden Laserstrahl,
Fig. 3 übliche Schervorgänge mit sich in unterschiedliche
Richtungen erstreckendem Randgrat und
Fig. 4 eine spezielle, zwei Untermesser aufweisende Schere
zur Bewirkung von in gleiche Richtungen auskragen
dem Grat.
Zur Durchführung des Verfahrens zum Stumpfschweißen von
Blechen nach der Erfindung werden zwei Bleche 1 und 2 derart
auf eine Basisplatte 3 aufgebracht, daß der an ihren Kanten
jeweils gebildete Grat 4 bis 7 in jedem Falle nach oben
steht. Die Bleche 1 und 2 werden so gegeneinandergeführt,
daß ihre Stirnflächen 8 fest aufeinanderliegend sich gegen
seitig abstützen. Beim Herstellen der Stirnflächen durch
übliche Schneidvorgänge lassen sich jedoch gewisse Abwei
chungen von einer idealen Ebene nicht vermeiden, so daß
diese Stirnflächen nur in wesentlichen Bereichen aufeinander
liegen und in gewissen Bereichen zwischen ihnen, wenn auch
enge, Spalte verbleiben. In dieser Lage werden die Bleche 1
und 2 vermittels von Niederhaltern 9 und 10 festgespannt.
Nunmehr wird eine Druckrolle 11 abgesenkt und mit derartiger
Anpreßkraft entlang der zu bildenden Stoßnaht geführt, daß
der emporstehende Grat nach unten durchgedrückt wird. In
Bereichen, in denen die Stirnflächen 8 der Bleche ohnedies
fest aufeinander lagen wird mit dem Niederwalzen des Grates
nur eine geringe örtliche Verstärkung der Dicke des Bleches
im Stoßbereich erzielt. An Stellen jedoch, an denen die
Stirnflächen der Bleche nicht fest aufeinander lagen, son
dern einen, wenn auch sehr geringen, Spalt bildeten, werden
die beiden Grate in diesen Spalt hineingedrückt bzw. ver
mögen in diesen hinein auszuweichen, so daß der nachteilig
verbliebene Spalt durch den niedergedrückten Grat praktisch
ausgefüllt wird.
Die Wirkung läßt sich gegebenenfalls noch erhöhen, indem die
Druckrolle 11 leicht bombiert ausgeführt wird, so daß sie im
mittleren Bereiche und damit im Stoßbereiche erhöhte Druck
kräfte und damit verstärkte Umformungen auszulösen vermag.
Nach dem Niederdrücken des Grates und dem hierbei erfolgen
den Ausfüllen eventuell verbliebener Spalte wird in an sich
bekannter Weise der Laserstrahl 12 gemäß Fig. 2 entlang der
Stoßnaht geführt. Zweckmäßig ist er hierbei so gerichtet,
daß nicht wesentliche Teile des Laserstrahls reflektiert
werden können, und er ist so fokussiert, daß einerseits eine
ausreichende Energiekonzentration bewirkt wird, während
andererseits die beiden Bleche ausreichend gleichmäßig über
die Schmelztemperatur erhitzt werden.
In den Figuren ist das Verschweißen zweier nebeneinanderlie
gender Bleche gezeigt. In gleicher Weise kann auch ein Blech
bspw. zu einem Zylindermantel gebogen werden und entlang der
sich über eine Mantellinie erstreckenden Stoßstelle ver
schweißt werden. Hier werden zweckmäßig die beiden Randbe
reiche erfaßt und aufeinander zugeführt, wobei die Ausrich
tung durch eine segmentförmig profilierte Basisplatte be
wirkbar ist.
Anhand der Fig. 3 wird erläutert, daß bei üblichen Scheren
mit einem Untermesser 14 und einem beweglichen Obermesser 15
die von einem Band abgetrennten Blechtafeln 13 auf ihrer
Rückseite einen nach oben gerichteten Grat 16 und an ihrer
Frontkante einen nach unten gerichteten Grat 17 aufweisen.
Solche Bleche könnte man miteinander verschweißen, indem
eine der Blechtafeln um ihre vertikale Symmetrieachse um
180° gedreht wird. In vielen Fällen aber ist eine solche
Drehung nicht möglich oder nicht zweckmäßig, und insbeson
dere beim Biegen eines Zylindermantels aus einer Blechtafel
ist es zwingend erforderlich, daß zur Durchführung des Ver
fahrens beide Grate in gleiche Richtungen zeigen. Im ein
fachsten Falle kann hierbei eine in Fig. 4 schematisch dar
gestellte Schere verwendet werden, die zwei Untermesser 18
und 19 aufweist, gegen die ein gemeinsames Obermesser 20
angestellt wird. Wie eine rechts aufgezeigte abgetrennte
Blechtafel 21 ausweist, sind sowohl an der vorderen Schnitt
kante als auch an der hinteren die Grate jeweils nach unten
gerichtet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, gleichge
richtete Grate durch zwei mehr oder weniger unabhängige
Schnitte zu bewirken. So könnte bspw. ein erstes Messer zum
Abtrennen von Blechtafeln dienen, deren Grate dann entspre
chend derjenigen der Fig. 3 gerichtet wären, und in einem
weiteren Arbeitsgang könnte entweder die Front- oder die
Rückkante nochmals geringfügig derart beschnitten bzw. be
säumt werden, so daß hier ein Grat in der der ursprünglichen
entgegengesetzten Richtung entsteht und damit die Blechtafel
2 in die gleiche Richtung auskragende Grate aufweist, wie
dies für die Durchführung des Schweißverfahrens erforderlich
ist. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, bei einem ersten
Schnitt ein Obermesser nach unten und bei einem folgenden
Schnitt ein Untermesser nach oben zu führen, insbesondere,
wenn geeignete Niederhalter vorgesehen sind.
In jedem Falle lassen sich hier auch mit einfachen Messern
Blechtafeln derart genau schneiden, daß nach Niederdrücken
der gebildeten Grate ein Schweißen vermittels eines Laser
strahles ohne weitergehende aufwendige mechanische Bearbei
tungen durchführbar ist. Man ist hierbei auch nicht auf
Druckrollen angewiesen, es können auch Werkzeuge verwendet
werden, wie sie bspw. von sogenannten Hammermaschinen be
kannt sind, und im Bedarfsfalle könnten zwei gegenläufig
arbeitende Vorrichtungen eingesetzt werden, die Grat und
Material jeweils von einer der Blechtafeln in Richtung auf
die Stoßstelle beanspruchen, so daß auch hier gegebenenfalls
durch Toleranzen verbliebene Spalte weitgehend oder völlig
ausgefüllt werden und eine wirkungsvolle, hochbeanspruchbare
und sicher abgedichtete Schweißung ermöglicht wird.
Claims (6)
1. Verfahren zum Stumpfschweißen von Blechen insbesondere
vermittels von Laserstrahlen,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Verfahrensschritt die zu verschwei ßenden Bleche (1, 2) mit ihren Stirnflächen (8) gegen einandergepreßt verspannt (Basisplatte 3, Niederhalter 9, 10) werden, wobei an den Stirnflächen vorhandener Grat (5, 6) in gleiche Richtungen weist,
daß in einem zweiten Verfahrensschritt mittels eines Preßwerkzeuges der vorhandene Grat (5, 6), niedergedrückt wird, und
daß in einem folgenden dritten Verfahrensschritt Laser strahlen (12) entlang der Stoßlinie geführt werden.
daß in einem ersten Verfahrensschritt die zu verschwei ßenden Bleche (1, 2) mit ihren Stirnflächen (8) gegen einandergepreßt verspannt (Basisplatte 3, Niederhalter 9, 10) werden, wobei an den Stirnflächen vorhandener Grat (5, 6) in gleiche Richtungen weist,
daß in einem zweiten Verfahrensschritt mittels eines Preßwerkzeuges der vorhandene Grat (5, 6), niedergedrückt wird, und
daß in einem folgenden dritten Verfahrensschritt Laser strahlen (12) entlang der Stoßlinie geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Niederdrücken des Grates (5, 6) vermittels von
entlang der Stoßlinie geführten Preßrollen (11) bewirkt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch
Preßrollen von balliger oder zylindrischer Kontur.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnflächen (8) der zu verschweißenden Bleche
(1, 2) vermittels von Scheren (18 bis 20) geschnitten
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erreichung von gleichgerichteten Graten (5, 6)
Blechkanten zusätzlich durch einen Säumschnitt bearbeitet
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufteilen von Blechbändern in zu verschweißende
Blechtafeln (13) zwei Schnitte bewirkende Scheren (18 bis
20) benutzt werden.
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