DE4222188A1 - Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlen.

Beim Bearbeiten von metallischen Werkstücken mit einem La­ serstrahl, insbesondere beim Laserschweißen und Laserschnei­ den, entstehen durch die Einbringung hoher Energie, durch Fehlanpassung der Fokuslage, durch unzureichende Schutzgas­ führung oder durch Verunreinigung auf oder im zu bearbei­ tenden Werkstück unvermeidbare Schweißspritzer. Bei diesen Schweißspritzern handelt es sich um flüssige Metallperlen, die mit hoher Geschwindigkeit auf in der Nähe der Bearbei­ tungsstelle befindliche Metallflächen, beispielsweise die Oberfläche des Werkstückes selbst oder Haltevorrichtungen für das Werkstück, aufprallen und haften bleiben können.

Diese Schweißspritzer müssen für viele Anwendungsfälle mit hohem Aufwand entfernt werden. Dies ist beispielsweise notwendig bei Profilen, die in der chemischen Industrie oder in der Lebensmittelindustrie Verwendung finden. Auch bei Rohren, die Warmwasser führen sollen, sind Schweiß­ spritzer schädlich, da sie Angriffsflächen für Korrosion bilden.

Ein Entfernen der Schweißspritzer muß beispielsweise auch dann erfolgen, wenn weitere Bearbeitungsschritte, bei­ spielsweise ein Umformen durch Tiefziehen von geschweißten Flachprofilen, vorgesehen sind, da dann durch die Schweiß­ spritzer in der Oberfläche Riefen erzeugt werden kön­ nen.

Schweißspritzer treten auch beim Laserschneiden auf, wenn mit einem Druckgasstrahl das flüssige Metall aus der Schneidfuge geblasen wird. Bei doppelbödigen Werkstücken, bei denen der Bearbeitungsstelle eine Wand des Werkstückes gegenüberliegt, beispielsweise bei Hohlprofilen, in denen mit einem Laserstrahl Ausschnitte gemacht werden, können sich Schmelzspritzer auf dieser Wand niederschlagen, die dann wegen der schweren Zugänglichkeit dieser Oberflächen nur mit hohem Aufwand zu entfernen sind.

Um die Schweißspritzer aufzufangen, ist es bekannt, den speziellen Aufgaben angepaßte Schutzvorrichtungen aus fe­ sten Materialien, beispielsweise aus Keramik oder aus Me­ tall, zu verwenden. Alle diese Schutzvorrichtungen haben den Nachteil, daß sie für die spezielle Anwendung beson­ ders angepaßt werden müssen, sehr teuer sind und einem großen Verschleiß unterliegen. Außerdem können die Schweißperlen von der Oberfläche dieser Schutzvorrichtun­ gen abprallen und erneut auf das Werkstück zurückfallen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Laserstrahl anzugeben, mit dem eine Verunreinigung des zu bearbeiten­ den Werkstückes mit Schmelz- oder Schweißspritzern weit­ gehend vermieden wird und bei dem die Schmelz- oder Schweißspritzer wirkungsvoll aufgefangen und entsorgt werden können.

Die genannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1. Da zum Laserbearbeiten von Werkstücken in einem der Bearbeitungsstelle benachbarten Bereich wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstückes durch ein hitzebeständiges textiles Material abgedeckt wird, werden die Schweißspritzer von der Oberfläche des Werk­ stückes abgehalten. Da anstelle einer Schutzvorrichtung aus festen Materialien ein Fasern enthaltendes flexibles Material vorgesehen ist, werden die Schweißspritzer außerdem wirkungsvoll aufgefangen und können einfacher entsorgt werden als mit den bekannten festen Schutzvor­ richtungen.

Als textiles Material sind alle Arten von Textilwaren zu verstehen, die Fäden, Garne oder Fasern unterschiedlich­ ster Art enthalten. Dies sind z. B. Gewebe, Gewirke, Ge­ stricke, Filze, Vliese, Netze oder Verbundstoffe.

Die Schweißspritzer haften dabei besonders gut an textilen Flächengebilden an, wenn diese in einer gewebten oder ge­ wirkten, vorzugsweise in Form eines Tweedgewebes vorliegen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein hochfloriges textiles Material vorgesehen. Da das textile Material aus hitzebeständigen Fasern aufgebaut ist, blei­ ben die Spritzer innerhalb der Fasern haften, ohne daß sie mit den Fasern verschmelzen. Die Schweißspritzer können daher nach dem Schneiden oder Schweißen leicht durch Aus­ blasen oder Waschen des textilen Materials entfernt wer­ den. Dadurch ist dessen mehrfache Wiederverwendung mög­ lich.

Das textile Material hat außerdem den Vorteil, daß es an verschiedene geometrische Formen leicht angepaßt werden kann, das es flexibel ist.

Besonders geeignet sind textile Materialien auf der Grund­ lage von mineralischen Fasern. Vorzugsweise sind Fasern vorgesehen, die als Bestandteile neben Siliziumdioxid An­ teile von Calziumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Natri­ umoxid, Kaliumoxid oder Magnesiumoxid enthalten. Ein der­ artiges textiles Material ist beispielsweise unter dem Namen "Zetex Plus" im Handel erhältlich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist beim Bearbeiten von Hohlprofilen im Bereich der Bearbeitungs­ stelle auf der Innenseite des Hohlprofils ein eine zur Be­ arbeitungsstelle hin offenes, einen Hohlraum bildendes textiles Material angeordnet, in das vorzugsweise Schutz­ gas eingeblasen wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung wird das textile Material relativ zum Werkstück und zum Laserstrahl bewegt, wobei die Bewegung relativ zum Laserstrahl wesentlich langsamer erfolgt als die Bewegung gegen das Werkstück.

Insbesondere ist bei der Bearbeitung von Hohlprofilen das textile Material in einem Schlitten angeordnet, der längs der Bearbeitungsnaht verschoben wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist vorgesehen, das textile Material auf dem zu be­ arbeitenden Werkstück abzurollen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders geeignet zum Schutz der Innenwandung beim Schweißen und Schneiden von Hohlprofilen und Rundrohren, zum Laserschneiden von Blechen, zum Laserschweißen von Blechen in allen Schweiß­ nahtarten und zum Laserschweißen von rotationssymmetri­ schen Teilen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Aus­ führungsbeispiele der Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 ein zu verschweißendes Werkstück mit einem gemäß der Erfindung darauf angeordneten textilen Material veranschaulicht ist.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen vorteilhafte Ausge­ staltungen des Verfahrens gemäß der Erfindung beim Bear­ beiten von Hohlprofilen.

In den Fig. 4 und 5 sind in perspektivischer Ansicht bzw. in einem Längsschnitt geeignete Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beim Schweißen von Rohren dar­ gestellt.

Fig. 6 zeigt ebenfalls in einem Querschnitt eine vorteil­ hafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beim Schweißen von Blechen.

Gemäß Fig. 1 ist der aus einen Schweißkopf 1 eines La­ serschweißgerätes austretende Laserstrahl zum Schweißen von Werkstücken 2 auf eine einen schmalen Spalt zwischen den zu fügenden Werkstücken 2 bildende Bearbeitungsstel­ le 3 gerichtet. Im Bereich der Bearbeitungsstelle 3 sind die Werkstücke 2 vorzugsweise sowohl auf der dem Schweiß­ kopf 1 zugewandten Seite als auch auf ihrer vom Schweiß­ kopf 1 abgewandten Seite mit einem textilen Material 4 abgedeckt. Im Beispiel der Fig. 1 erfolgt die Abdeckung dadurch, daß das textile Material 4 unmittelbar auf den Oberflächen der Werkstücke 2 angeordnet ist.

Die Bearbeitungsstelle 3 selbst ist von der Abdeckung durch das textile Material 4 freigelassen, um eine Bear­ beitung des Werkstückes 2 durch den Laserstrahl zu ermög­ lichen.

Bei dem textilen Material 4 handelt es sich um ein flexib­ les textiles Flächengebilde, das aus hitzebeständigen Fasern, vorzugsweise asbestfreie mineralische Fasern, auf­ gebaut ist. Durch die Flexibilität des textilen Materials 4 kann dieses leicht an gekrümmte Oberflächen des Werk­ stückes 2 angepaßt werden. Zwischen dem Werkstück 2 und dem textilen Material 4 befindet sich nur ein kleiner Spalt. Vorzugsweise liegt das textile Material 4 unmittel­ bar auf der zu schützenden Oberfläche auf, so daß sich zwischen dem Werkstück 2 und dem textilen Material 4 kein Spalt bilden kann, in dem Schweißspritzer eindringen können.

Entsprechend Fig. 2 ist beim Schweißen eines Rohres 22 an der Innenwand des Rohres 22 ein textiles Material 42 angeordnet, das die gesamte Innenwand des Rohres 22 nahezu vollständig bedeckt. Nur im Bereich der Schweißstelle 3 weist das vom textilen Material 42 gebildete rohrförmige Hohlprofil einen Spalt auf, durch den die Schweißspritzer in das Innere des vom textilen Material 42 gebildeten Hohlraums eindringen können und dort festgehalten werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist das im Inneren des Rohrs 22 befindliche textile Material 44 ebenfalls zu einem Hohlprofil geformt, dessen Querschnitt allerdings geringer ist als der Querschnitt des zu schweißenden Rohres 22.

Gemäß Fig. 4 ist das textile Material 42 in einem Schlit­ ten 10 angeordnet, der relativ zum Rohr 22 bewegt wird. Das Rohr 22 wird bei der Bearbeitungsstelle 3 durch den mit einem Pfeil 6 symbolisch dargestellten Laserstrahl verschweißt und in Richtung des Pfeils 8 weiterbewegt. Vor der Schweißstelle 3 wird das Rohr 22 gemeinsam mit dem textilen Material 42 zusammengefaltet, so daß sich ein anfangs breiter Schlitz 12 bildet, der sich zur Bearbei­ tungsstelle 3 hin zu einem schmalen Schlitz verengt, dessen Breite im wesentlichen der Breite des Spaltes des Rohres 22 entspricht. Das textile Material 42 wird durch den Schlitten 10 zu einem rohrförmigen Hohlprofil geformt, das in Richtung der Bewegung des Rohres mit einem End­ stopfen 16 verschlossen ist. In den auf diese Weise durch das textile Material 42 gebildeten, zur Bearbeitungsstelle hin offenen Hohlraum kann außerdem Schutzgas eingeblasen werden, so daß im Bereich der Bearbeitungsstelle eine äußerst effektive Schutzgasatmosphäre entsteht.

Gemäß Fig. 5 ist ein Schlitten 11 zur Aufnahme eines ebenfalls rohrförmig zusammengelegten textilen Materials 44 vorgesehen, bei dem aber, ebenso wie im Ausführungsbei­ spiel der Fig. 3, der Außendurchmesser des rohrförmig zusammengeführten textilen Materials 44 kleiner ist als der Innendurchmesser des zu verschweißenden Rohres 22. Das Rohr 22 wird während des Schweißens in Richtung des Pfeils 8 nach links bewegt. Mit Hilfe eines am Endstopfens 16 befestigten und über eine Umlenkrolle 30 laufenden Drah­ tes 18 sowie eines am Schlitten 11 befestigten Drahtes 19 kann sichergestellt werden, daß der Schlitten 11 zur Be­ arbeitungsstelle 3 im wesentlichen stationär bleibt. An­ stelle der Drähte 18 und 19 kann auch eine am Schlitten 11 befestigte Stange vorgesehen sein. Durch die Drähte 18 und 19 oder durch die Stange wird zusätzlich eine Längsbewe­ gung des Schlittens 11 relativ zur Bearbeitungsstelle 3 ermöglicht, so daß zum Sammeln der Schweißspritzer das ge­ samte, innerhalb des Schlittens 11 befindliche textile Ma­ terial ausgenutzt werden kann. Im Beispiel der Figur be­ wegt sich während des Schweißvorgangs der Schlitten 11 allmählich nach links, so daß sich zu Beginn des Schweißens die Schweißspritzer zunächst am linken Ende des Schlittens 11 sammeln können. Außerdem ist der innerhalb des Schlittens 11 durch das textile Material 44 gebildete Hohlraum an eine Leitung 32 angeschlossen, durch die Schutzgas eingeblasen werden kann.

Gemäß Fig. 6 ist beim Verschweißen zweier Bleche 2 vorge­ sehen, ein textiles Material 46 unterhalb der Bearbei­ tungsstelle 3 auf eine Rolle 34 mit nach innen gewölbtem Außenmantel aufzulegen, so daß sich zur Bearbeitungsstelle 3 hin ein Hohlraum ergibt, dessen Schnitt quer zur Bear­ beitungsrichtung und parallel zum Laserstrahl die Gestalt eines Kreisabschnittes hat. Die Rolle 34 wird dann während der Bearbeitung mit der Geschwindigkeit der Längsbewegung der Bleche 2 abgerollt, so daß die Rollenachse relativ zum Schweißkopf 1 ruht.

Anstelle einer Rolle mit gewölbten Außenmantel kann auch eine Rolle mit zylindrischem Außenmantel vorgesehen sein, auf die zwei durch einem bis in die Rolle hinabreichenden Spalt getrennte Bänder aus textilem Material angeordnet sind.

Das Verfahren ist auch bei anderen als metallischen Werk­ stücken anwendbar und immer dann vorteilhaft, wenn durch das Einbringen von thermischer Energie die Gefahr einer Verunreinigung der Werkstückoberfläche gegeben ist.

Claims (11)

1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (2) mit einem Laserstrahl, bei dem während des Bearbeitens in einem der Bearbeitungsstelle (3) benachbarten Bereich wenigstens ein Teil der Oberfläche des Werkstückes (2) durch ein hitzebe­ ständiges textiles Material (4) abgedeckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet , daß das textile Material (4) auf der Oberfläche des Werkstückes (2) angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein saugfähiges texti­ les Material (4) vorgesehen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein gewebtes oder gewirktes textiles Material vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das textile Material (4) ein Tweedgewebe ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein hochfloriges textiles Material (4) vorgesehen ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß beim Be­ arbeiten von Hohlprofilen (22) im Bereich der Bearbei­ tungsstelle (3) auf der Innenseite des Hohlprofils (22) ein einen zur Bearbeitungsstelle (3) hin offenen Hohlraum bildendes textiles Material (42) angeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Hohlraum Schutzgas eingeblasen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das tex­ tile Material (44) relativ zum Werkstück (22) und zum Laserstrahl (6) bewegt wird, wobei die Bewegung relativ zum Laserstrahl (6) wesentlich langsamer erfolgt als die Bewegung gegen das Werkstück (22).

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das textile Material (44) in einem Schlitten (11) angeordnet ist, der längs der Be­ arbeitungsnaht gleitet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das tex­ tile Material (46) auf dem zu bearbeitenden Profil abge­ rollt wird.