DE4233159A1

DE4233159A1 - Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stoßflächen metallischer Werkstücke, insbesondere gestoßener Bandenden von Metallbändern

Info

Publication number: DE4233159A1
Application number: DE4233159A
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl Ing Noe
Original assignee: BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
Current assignee: BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 1994-04-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stoßflächen metallischer Werkstücke, insbesondere ge stoßener Bandenden von Metallbändern, mit einer Einspann vorrichtung zum Einspannen der miteinander zu verschweißen den Werkstücke oder Bandenden unter Bildung eines Stoß spaltes und mit einem Schweißkopf, insbesondere Laser- Schweißkopf, oberhalb des Stoßspaltes.

Das Verbinden von metallischen Werkstücken wie beispiels weise Blechtafeln, insbesondere aber auch der Bandenden von Metallbändern, erfolgt in zunehmendem Maße im Wege des Stumpfschweißens mittels Laserenergie. Niedrig gekohlte Stähle, Si-Stähle wie auch Edelstähle lassen sich selbst bei Blechdicken unter 1 mm noch einwandfrei Stumpfschweißen. Eine gute Schweißnaht verlangt jedoch die genaue Einhaltung solcher Schweißparameter wie Brennweite und Fokuslage beim Laserschweißen, Schweißgeschwindigkeit, Schutzgasmenge u. dgl . . Auch der Stoßspalt zwischen den zu verschweißenden Werkstücken bzw. Bandenden ist von entscheidender Bedeutung.

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß selbst bei Spalt breiten von lediglich 0,05 mm bis 0,1 mm ein Einfallen der Schweißnaht nicht ausgeschlossen ist. Dieser Einfall ent spricht dem fehlenden Metallvolumen. Häufig kommt es auch zu einem Schweißnahtdurchfall auf der Unterseite des Stoß spaltes. Daraus resultiert ein weiteres Einfallen der Schweißnaht und die Bildung eines Schweißbartes auf der Unterseite des Spaltstoßes. Derartige Stumpfschweißverbin dungen sind unbrauchbar.

Je geringer die Blech- bzw. Banddicke ist, desto größer ist die Gefahr des Schweißnahtdurchfalls. Besonders empfindlich gegen Schweißnahtdurchfall sind Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und geringer Viskosität der Schmelze, wie z. B. bei Aluminium. Das Laserschweißen solcher Metalle bereitet große Schwierigkeiten. Aufgrund der hohen Reflexion des Laserstrahls muß im Fokuspunkt eine hohe Energiedichte erzeugt werden, die bei nicht hinreichend genau eingestell ten Schweißparametern zu einem Schweißnahtdurchfall führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stoßflächen metallischer Werkstücke, insbesondere gestoßener Bandenden von Metallbändern, der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, die selbst bei verhältnismäßig dünnen Blech- bzw. Banddicken in Verbindung von Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt und geringer Viskosität der Schmelze die Herstellung einwand freier Stumpfschweißverbindungen gewährleistet.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Stumpf Schweißvorrichtung dadurch, daß der in Schweißposition befindliche Stoßspalt auf seiner Unterseite vollständig oder zumindest im Bereich der Schweißstelle bzw. entstehenden Schweißnaht mittels einer Spaltabdeckung gegen Schweißnaht durchfall geschützt ist. - Nach Lehre der Erfindung verhin dert die unterseitige Spaltabdeckung ein Durchfallen der Schweißnaht, so daß praktisch auch kein Schweißnahteinfall eintritt bzw. ein solcher Einfall zumindest äußerst gering gehalten wird. Folglich lassen sich mit der erfindungs gemäßen Stumpfschweißvorrichtung auch dünne Metallbänder bzw. Blechtafeln od. dgl. metallische Werkstücke mit Dicken unter 1 mm einwandfrei verschweißen. Das gilt überdies für Metallbänder und Bleche aus beispielsweise Aluminium oder einem anderen Metall mit niedrigem Schmelzpunkt und geringer Viskosität der Schmelze. Überraschenderweise lassen sich einwandfreie Stumpfschweißverbindungen selbst noch bei größeren Spaltbreiten erreichen. Bei dickeren Metallbändern oder Blechtafeln, die mit Scheren zugeschnitten sind, wird der Stoßspalt mit wachsender Band- bzw. Blechdicke durch den Restbruch größer. Da jedoch ein Durchfallen der Schweißnaht verhindert wird, kann in solchen Fällen mit einem Zusatz draht im Fokuspunkt das fehlende Schmelzvolumen so einge bracht werden, daß auch in solchen Fällen brauchbare Schweißnähte entstehen. Regelmäßig ist jedoch ein ober seitiges Auffüllen der Schweißnähte gar nicht erforderlich.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So kann die Spaltabdeckung als Abdeckplatte oder Abdeckleiste ausgebildet sein. Nach einem Vorschlag der Erfindung mit selbständiger Bedeutung ist jedoch vorgesehen, daß die Spaltabdeckung als Abdeckscheibe oder Abdeckschuh ausgebildet ist und die Abdeckscheibe drehbar gelagert ist. Diese Ausführungsform empfiehlt sich bei einem stationären Schweißkopf einer stationären Spaltabdeckung und einem zwischen beiden im Zuge des Stumpfschweißens fortbewegten Spaltstoßes. Für den Fall, daß ein verfahrbarer Schweißkopf verwirklicht ist und folglich bei gleichsam ortsfesten Spaltstoß empfiehlt die Erfindung, daß die Abdeckscheibe oder der Abdeckschuh synchron mit dem Schweißkopf und der wandernden Schweißstelle verfahrbar bzw. mitgeführt sind.

Die Spaltabdeckung selbst kann aus Grauguß, Stahl, Kupfer oder Titan bestehen oder eine entsprechende Beschichtung aufweisen. Stets bieten sich für die Spaltabdeckung oder deren Beschichtung Werkstoffe an, die temperaturfest sind, eine niedrige Reflexion besitzen und nicht zum Abbacken von Schweißgut neigen. Eine hohe Reflexion beispielsweise kann die Energie des Laserstrahls stark beeinträchtigen, so daß Grauguß besser als Kupfer geeignet ist. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spalt abdeckung aus einem Keramik-Werkstoff, z. B. Steinzeug oder Schmelzbasalt besteht oder eine entsprechende Beschichtung aufweist. Darüber hinaus kann die Spaltabdeckung als kühl bare Abdeckung ausgebildet sein und Kühlmittelkanäle auf weisen. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere für die Verwirklichung einer Abdeckleiste oder eines Abdeck schuhs als Spaltabdeckung an.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich eine Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stumpfschweißvorrichtung in schematischer Seitenansicht mit stationärem Schweiß kopf und daran vorbeigeführtem Spaltstoß,

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Stumpfschweißvorrichtung mit einem verfahrbaren Schweißkopf und einem ortsfesten Spaltstoß ohne Einspannvorrichtung,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 3 gemäß der Linie AA mit Einspannvorrichtung,

Fig. 5 ausschnittsweise einen Vertikalschnitt durch eine Stumpfschweißverbindung mit Schweißnahteinfall,

Fig. 6 den Gegenstand nach Fig. 5 mit Schweißnahtdurchfall, und

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 6 im Bereich des Spaltstoßes.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stoßflächen metallischer Werkstücke und insbesondere ge stoßener Bandenden 1, 2 von Metallbändern dargestellt. Bei den metallischen Werkstücken kann es sich beispielsweise um Blechtafeln handeln. Diese Stumpfschweißvorrichtung weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau eine Einspannvorrichtung 3 zum Einspannen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke bzw. Bandenden 1, 2 unter Bildung eines Stoßspaltes 4 und ferner einen Laser-Schweißkopf 5 auf, der oberhalb des Stoßspaltes 4 angeordnet ist. Nach den Fig. 1 und 2 mit wanderndem Spaltstoß 4 besteht die Einspannvorrichtung im wesentlichen aus angetriebenen Klemmrollen 3, bei der Aus führungsform nach den Fig. 3 und 4 mit ortsfestem Spaltstoß 4 besteht die Einspannvorrichtung dagegen im wesentlichen aus einem Schweißtisch 6 und auf die zu verschweißenden Werkstücke bzw. Bandenden 1, 2 niederfahrbaren Klemmbacken 7.

Stets ist der in Schweißposition befindliche Stoßspalt 4 auf seiner Unterseite vollständig oder - wie nach den Ausfüh rungsbeispielen zumindest im Bereich der Schweißstelle 8 bzw. entstehenden Schweißnaht mittels einer Spaltabdeckung 9, 10 gegen Schweißnahtdurchfall geschützt. Bei den dar gestellten Spaltabdeckungen 9, 10 handelt es sich nach den Fig. 1, 3 und 4 um eine drehbar gelagerte Abdeckscheibe 9, nach Fig. 2 um einen Abdeckschuh 10. Bei verfahrbarem Laser-Schweißkopf 5 nach den Fig. 3 und 4 ist die Abdeck scheibe 9 synchron mit dem Schweißkopf 5 und der wandernden Schweißstelle 8 verfahrbar bzw. mitgeführt. Bei dem Fahr antrieb für die Abdeckscheibe kann es sich um einen pneuma tisch oder hydraulisch betätigten Antrieb oder auch um einen Spindelantrieb 11 handeln wie er in Fig. 4 angedeutet ist. Die Spaltabdeckung 9, 10 kann aus Graugruß, Stahl, Kupfer, Titan o. dgl. aber auch aus einem Keramik-Werkstoff bestehen oder eine entsprechende Beschichtung aufweisen, was nicht gezeigt ist. Im übrigen kann die Spaltabdeckung 9, 10 gekühlt sein. Nach dem Ausführungsbeispiel weist der Abdeck schuh 10 in Fig. 2 entsprechende Kühlmittelkanäle 12 auf.

Claims

1. Vorrichtung zum Stumpfschweißen von Stoßflächen metallischer Werkstücke, insbesondere gestoßener Bandenden von Metallbändern, mit einer Einspannvorrichtung zum Ein spannen der miteinander zu verschweißenden Werkstücke oder Bandenden unter Bildung eines Stoßspaltes und mit einem Schweißkopf, insbesondere Laser-Schweißkopf, oberhalb des Stoßspaltes, dadurch gekennzeichnet, daß der in Schweißposition befindliche Stoßspalt (4) auf seiner Unterseite vollständig oder zumindest im Bereich der Schweißstelle (8) bzw. entstehenden Schweißnaht mittels einer Spaltabdeckung (9, 10) gegen Schweißnahtdurchfall geschützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltabdeckung als Abdeckplatte oder Abdeckleiste aus gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltabdeckung (9, 10) als Abdeckscheibe (9) oder Abdeckschuh (10) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe (9) drehbar gelagert ist.

5. Vorrichtung mit einem verfahrbaren Schweißkopf, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe (9) oder der Abdeckschuh (10) synchron mit dem Schweißkopf (5) verfahrbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltabdeckung (9, 10) aus Grauguß, Stahl, Kupfer oder Titan besteht oder eine entsprechende Beschichtung aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltabdeckung (9, 10) aus einem Keramik-Werkstoff, z. B. Steinzeug oder Schmelzbasalt, besteht oder eine entsprechende Beschichtung aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltabdeckung (9, 10) als kühlbare Abdeckung ausgebildet ist und Kühlmittelkanäle (12) auf weist.