DE4113139A1 - Verfahren zum energiestrahl-schweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiestrahl- Schweißen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Energiestrahl-Schweißen werden hohe Anforderungen an die Band- oder Blechvorbereitung und die Führungs­ genauigkeit der Schweißvorrichtung gestellt, da ein Brennfleckdurchmesser kleiner 0,5 mm einen geringeren Schweißspalt über die gesamte Breite der Bänder oder der in ihren Abmessungen begrenzten Bleche erfordert. Besonders bei größeren Abmessungen von beispielsweise größer 1 Meter ist eine entsprechend exakte Nahtvor­ bereitung schwierig und beim Auftreten von Wärmeverzug nur unter erheblichem technischen Aufwand durchführbar.

Durch den Einsatz eines Zusatzwerkstoffes können Ab­ weichungen in der Schweißspaltbreite ausgeglichen und das Einfallen von Nähten verhindert werden. Mit einem entsprechend legierten Zusatzwerkstoff wird es möglich, die Schweißnaht metallurgisch zu beeinflussen und unterschiedliche Metalle durch Abstimmung des Zusatz­ werkstoffes auf die beiden Parameter unter Ausnutzung einer abgestuften Energieeinbringung zu verbinden.

Um die erforderliche Genauigkeit des Schweißspaltes zu erreichen, werden kombinierte Schweiß- und Schneidvor­ richtungen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE-A1 30 44 350 beschrieben sind.

Weitere entsprechende Vorrichtungen, die bereits den Einsatz von Zusatzmaterial beim Energiestrahl-Schweißen vorschlagen, sind in der EP-B1 00 98 306, der EP-B1 01 17 751 und in Laser Welding, Machining and Materials Processing, Proceedings of the International Conference on Applications of Laser and Electro-optic, ICALEO′85 11. bis 14. November 1985, San Francisco, California, USA, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo beschrieben.

Diese gattungsbildenden Druckschriften schlagen ebenso wie die in der US-PS 4,634,832 und der JP 50-92 243 offenbarten Verfahren, die kontinuierliche Zuführung eines Zusatzmateriales während des Schweißvorganges vor. Unter Berücksichtigung der Brennfleckgröße eines Laserstrahles von kleiner 0,5 mm erfordert dies eine hohe Zuführgenauigkeit in den Energiestrahl bzw. in den Schweißspalt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Energiestrahl­ Schweißen zu schaffen, welche es ermöglichen, ein Zusatzmaterial im Schweißspalt zu positionieren, ohne daß es hierzu einer aufwendigen Zuführeinrichtung bedarf.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigten Stand der Technik, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht demnach von der Überlegung aus, die Zuführung des Zusatzwerkstoffes in den Schweißspalt von dem Schweißvorgang zu trennen, so daß dieser durch das Abschmelzen eines kontinuierlich zugeführten Zusatz­ werkstoffes nicht beeinträchtigt wird, wodurch eine höhere Schweißgeschwindigkeit erzielt werden kann. Dabei kann die Menge des einzubringenden Zusatzwerk­ stoffes durch die geometrische Form, z. B. durch die Breite oder den Durchmesser des vorzugsweise als flächige Folie ausgebildeten Zusatzmateriales geregelt werden. Die Genauigkeitsanforderungen an die Zuführung des Zusatzwerkstoffes entfallen.

Bei dem Verfahren wird der Zusatzwerkstoff im ein­ fachsten Fall durch Mittel von einer Abspuleinrichtung abgezogen und vor dem Zusammenfügen der Bänder oder Bleche längs einer Stoßkante lagegerecht gespannt und durch Zusammenschieben der anderen Stoßkante einge­ klemmt. Als Mittel zum Abziehen des Zusatzmateriales können verfahrbare Greifer, Rollen oder Führungsleisten eingesetzt werden, die das Zusatzmaterial an einem vorgegebenen Ort außerhalb des Schweißspaltes über­ nehmen. Dabei können die Greifer, Rollen oder Führungs­ leisten mit dem Zusatzmaterial gemäß einer Ausführungs­ form entlang den Stoßkanten der Bänder oder Bleche verfahren werden. Hierzu ist eine nahezu parallel zu den Stoßkanten der Bleche oder Bänder verlaufende Führung vorgesehen. Das Verfahren des Zusatzmateriales kann ober- bzw. unterhalb oder zwischen den Stoßkanten erfolgen, wobei die Greifer, Rollen oder Führungs­ leisten bei der zuerst genannten Anordnung anschließend senkrecht zur Verfahrrichtung zwischen den Stoßkanten abgesenkt werden. Nachdem das Zusatzmaterial zwischen den Stoßkanten eingeklemmt ist, werden die Stoßkanten der Bleche oder Bänder mit dem Zusatzmaterial mittels einer Relativbewegung zwischen dem Energiestrahl und den Bändern oder Blechen verschweißt.

Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Zusatz­ material mittels angetriebener Rollen oder durch eine angetriebene Abspulvorrichtung von dieser abgezogen und zwischen zwei sich über die gesamte Länge der Stoß­ kanten erstreckende Führungsleisten transportiert, wo es eingeklemmt wird. Hierzu ist der Führungsspalt zwischen den Führungsleisten einstellbar. Anschließend wird die Führungsleiste vertikal verfahren und das unterhalb oder oberhalb der Führungsleiste hervor­ stehende Zusatzmaterial zwischen den Stoßkanten der Bänder oder Bleche positioniert. Mindestens ein Band oder Blech wird dann verfahren und das Zusatzmaterial, wie bereits eingangs geschildert, zwischen den beiden Stoßkanten eingeklemmt.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist am Ende der Verfahrstrecke der Greifer, Rollen oder Führungsleisten außerhalb des Schweißspaltes eine Halte- und/oder Spannvorrichtung vorgesehen, die das Zusatzmaterial von den Greifern, Rollen oder Führungsleisten übernimmt. In dieser Halte- und/oder Spannvorrichtung, die parallel zu den Stoßkanten und auf einer Ebene zu einer Stoß­ kante angeordnet ist, wird das Zusatzmaterial längs einer Stoßkante lagegerecht gespannt. Als Gegenlager zu der Halte- und/oder Spannvorrichtung sind die Abspul­ vorrichtung oder zwei in Förderrichtung des Zusatz­ materiales vor der Abspulvorrichtung angeordnete Rollen bzw. Elemente vorgesehen, zwischen denen das Zusatz­ material gehalten werden kann.

Vorteilhaft wird das Zusatzmaterial, nachdem es zwischen den Stoßkanten der Bänder oder Bleche einge­ klemmt ist, mit Mitteln von der Abspulvorrichtung getrennt. Die Mittel können Rollenscheren, thermische Trennwerkzeuge, beispielsweise der zum Schweißen ver­ wendete Energiestrahl selbst oder Schlagscheren sein.

Eine andere Ausführungsform besteht in der Verwendung von auf Länge der Bänder oder Bleche zugeschnittenen Zusatzmaterialien, die einem Magazin entnommen werden und zwischen den Stoßkanten der Bänder oder Bleche eingeklemmt werden.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung eine Bandschweißanlage und die Energiestrahleinrichtung ein Laser.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bandschweiß­ anlage in ihrem grundsätzlichen Aufbau,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Zuführ­ einrichtung für ein Zusatzmaterial,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht auf eine Zuführ­ einrichtung für ein Zusatzmaterial.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Besäumen und Zusammenschweißen von zwei Bandenden in ihrer Gesamt­ heit mit 10 bezeichnet. Zum Besäumen der beiden Band­ enden 11 und 12 sind zwei in einem horizontalen Abstand voneinander angeordnete nach unten gerichtete Scher­ messer 14 vorgesehen. In der Fig. 1 ist lediglich eines der Schermesser 14 dargestellt, das an einem schwenkbar angeordneten Scherbalken 16 befestigt ist. Die eine Seite 17 des Scherbalkens 16 ist drehbar an einer Führung 18 befestigt, die ihrerseits an einem ersten Vertikalbalken 19 mittels eines Hydraulikzylinders 20 höhenverschiebbar angeordnet ist. Durch die vorgesehene Führung 18 kann die eine Seite 17 des Scherbalkens in Doppelpfeilrichtung 15 am Vertikalbalken bewegt werden. Mittels eines im Vertikalbalken 19 vorgesehenen Bolzens 21 ist die Führung 18 und der Scherbalken 16 in eine Scherposition arretierbar.

Die andere Seite 22 des Scherbalkens 16 ist frei beweg­ lich in einem zweiten Vertikalbalken 23 geführt. Zur Erzeugung der Scherbewegung ist ein Hydraulikzylinder 24 vorgesehen. Die Schermesser 14 des Scherbalkens 16 bestehen jeweils aus zwei Segmenten, von denen in Fig. 1 die Segmente 14a und 14b veranschaulicht sind. Weiterhin weist die Bandschweißanlage 10 eine an sich bekannte Schweißunterlage 26 auf, die in Doppelpfeil­ richtung 25 bewegbar ist.

Die beiden Vertikalbalken 19 und 23 stehen mit einem oberhalb des Scherbalkens 16 angeordneten Querbalken 27 in Verbindung, der auch zur Führung und Aufhängung einer an ihm verfahrbaren Schweißeinrichtung 28 dient. Die Schweißeinrichtung besteht im vorliegenden Fall aus einem Laserkopf 29, in den über nicht näher darge­ stellte Umlenk- und Fokussieroptiken ein Laserstrahl 30 eingespiegelt wird. Die Antriebe der Vorrichtung 10 sind aus Übersichtsgründen in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Steuerung der Vorrichtung 10 zum Kontrollieren der Schere, der Spannbacken 51, der Zusatzmaterialposi­ tionierung und der Schweißeinrichtung ist mit 48 be­ zeichnet.

In Fig. 2 ist schematisch eine Draufsicht auf die beiden Bandenden 11 und 12 dargestellt, die zwischen sich einen Schweißspalt 31 bilden, dessen Stoßkanten mit 32 und 33 bezeichnet sind. Wenigstens ein Bandende 11 ist mittels Spannbacken 51 in Pfeilrichtung 34 verfahrbar. Die Vorrichtung 10 weist eine Abspulvor­ richtung 35 auf, von der das flächige Zusatzmaterial 36 abgezogen wird. Über die angetriebenen Rollen 37, 38 wird das Zusatzmaterial 36 vor dem Schweißspalt 31 an einem vorgegebenen Ort 49 lagegerecht positioniert. Hierzu sind die Rollen 37, 38 mit einem Positionssensor verbunden, so daß das Ende (durch Linie 47 schematisch dargestellt) des Zusatzmateriales 36 immer mit einem vorgegebenen Betrag vor den Rollen steht. Mit dem nur schematisch dargestellten Greifer 39, der entlang einer nahezu parallel zu der Stoßkante 32 verlaufenden Führung 50 verfahrbar ist, wird das Zusatzmaterial 36 vor den Rollen 37, 38 gegriffen und entlang der Stoß­ kante 32 verfahren. An dem der Abspulvorrichtung 35 gegenüberliegenden Ende wird das Zusatzmaterial nach einer Ausführungsvariante einer Halte- und/oder Spann­ vorrichtung 46 übergeben. Den Greifern 39 sind Mittel 40 zum Trennen des Zusatzmateriales zugeordnet. Diese Mittel können aus Rollenscheren, Schlagscheren oder dergleichen bestehen. Es kann selbstverständlich auch der aus dem Laserkopf 29 austretende Laserstrahl 30 selbst sein.

Nachdem das Zusatzmaterial zwischen der Halte- und/oder Spannvorrichtung 46 eingespannt ist, wird das Bandende 11 über an sich bekannte Spannbacken verschoben und das Zusatzmaterial 36 zwischen den Stoßkanten 32, 33 einge­ klemmt. Anschließend wird das Zusatzmaterial durch die Mittel 40 von der Ansspulvorrichtung 35 getrennt. Der Schweißkopf 29 verfährt auf dem Querbalken 27 und der aus ihm auftretende Laserstrahl 30 verschweißt die Bandenden 32, 33 zusammen mit dem Zusatzwerkstoff 36. Dieser ist bevorzugt als flächige Folie ausgebildet. Die Abspulvorrichtung 35 sowie die Rollen 37, 38, die Mittel 40 und die Greifer 39 sowie die Halte- und Spannvorrichtung 46 können gemeinsam entsprechend Doppelpfeilrichtung 42 oder auch einzeln, beipsiels­ weise in Doppelpfeilrichtung 44 für die Mittel zum Trennen, verfahren werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Energiestrahl-Schweißen von Bändern (11, 12) oder in ihren Abmessungen begrenzten Blechen mit einem Zusatzmaterial (36), deren Stoß­ kanten (32, 33) einen Schweißspalt (31) bilden und Steuermittel (48) zum Steuern des Positionier- und Schweißablaufes, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) an einem vorgegebenen Ort (49) außerhalb des Schweißspaltes (31) mit mindestens einem Ende (47) positioniert wird; daß das Zusatzmaterial (36) über mindestens die gesamte Breite der Bänder oder Bleche (11, 12) durch Mittel (39) relativ zu dem Schweißspalt (31) posi­ tioniert wird; daß über die Bewegung mindestens eines Bandes oder Bleches (11, 12) das Zusatzmaterial (36) zwischen den Stoßkanten (32, 33) des Schweißspaltes (31) geklemmt wird; daß die Bänder oder Bleche (11, 12) mit dem Zusatz­ material (36) mittels einer Relativbewegung zwischen Energiestrahl (30) und den Bändern oder Blechen verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) längs einer Stoßkante (32) lagegerecht gespannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) als flächige Folie aus­ gebildet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) durch die Mittel (39) an dem vorgegebenen Ort (49) gegriffen wird, die Mittel (39) entlang einer nahezu parallel zu den Stoßkanten (32, 33) der Bänder oder Bleche (11, 12) verlaufen­ den Führung (59) verfahren werden und das Zusatz­ material (36) während des Schweißens durch die Mittel (39) gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) durch Mittel (39) an dem vorgegebenen Ort (49) gegriffen wird, die Mittel (39) entlang einer nahezu parallel zu den Stoßkanten (32, 33) der Bänder oder Bleche verlaufenden Führung (50) verfahren werden und das Zusatzmaterial (36) am Ende des Verfahrweges an eine Halte- und/oder Spann­ vorrichtung (46) übergeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial (36) durch Mittel (40) auf eine vorgegebene Länge geschnitten wird.

7. Vorrichtung zum Beschneiden und Schweißen von Bändern oder in ihren Abmessungen begrenzten Blechen mit einem Zusatzmaterial (36) und einer Energie­ strahleinrichtung (29, 30), die eine Schere (14, 16) mit zwei in einem Abstand voneinander an einem Scherbalken (16) angeordnete nach unten gerichtete Schermesser (14) aufweist, welche eine vertikale Schneidbewegung ausführt und einer Steuerung (48), gekennzeichnet durch Mittel (38) zum automatischen Positionieren des Zusatzmateriales (36) an einem vorgegebenen Ort (49) außerhalb des Schweißspaltes (31); Mittel (39) zum automatischen Greifen des Zusatz­ materiales (36), welche entlang einer nahezu parallel zu den Stoßkanten (32, 33) der Bänder oder Bleche angeordneten Führung (50) verfahrbar sind; Mittel (51) zum Verschieben mindestens eines Bandes oder eines Bleches; Mittel (27) zum relativen Bewegen von den Bändern bzw. Blechen oder der Energiestrahleinrichtung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel (40) zum Trennen des Zusatzwerkstoffes.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Mittel (46) zum Halten und/oder Spannen des Zusatz­ materiales (36) parallel zu den Stoßkanten der Bänder oder Bleche.