DE3909620A1 - Verfahren zum stumpfschweissen von blechen - Google Patents

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.

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.