DE69202224T2 - Verfahren zum Laserstrahlschweissen von beschichteten Bleche. - Google Patents

Verfahren zum Laserstrahlschweissen von beschichteten Bleche.

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Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Laserstrahlschweißung von zwei dünnen überzogenen Metallteilen, insbesondere zwei Blechen.
  • Die vorliegende Erfindung ist in der Hauptsache anwendbar auf das Stumpfschweißen oder Schweißen in leichter Überdeckung von zwei dünnen und überzogenen Blechen.
  • Für das Stumpfschweißen zweier Bleche ist es bekannt, diese zusammenzufügen und die Stoßfläche der Bleche einem Laserstrahl zu unterwerfen, der im allgemeinen senkrecht zu der zu schweißenden Oberfläche orientiert ist.
  • Um das Verschweißen der beiden Bleche zu erreichen, muß der Laserstrahl so gebündelt werden, daß man einen Bündelungsfleck auf der Stoßfläche der beiden Bleche erzielt, dessen Durchmesser ungefähr 0,2 bis 0,4 mm beträgt, damit die Energie zugeführt wird, die für das punktuelle Schmelzenlassen des Metalls erforderlich ist.
  • Die lokale Temperatur des Metalls am Auftrefffleck des Laserstrahls liegt über 4000ºC, was die Ausbildung einer geschweißten Zone gestattet.
  • Im Falle des Schweißens von zwei überzogenen Blechen, beispielsweise von zwei galvanisierten oder elektroverzinkten Blechen, hat das Laserstrahlschweißen einen wesentlichen Nachteil.
  • Die Temperatur, die das Metall punkttuell am Auftrefffleck des Laserstrahls erreicht, mehr als 4000ºC, liegt erheblich über dem Verdampfungspunkt des den Überzug bildenden Materials.
  • Im Falle des Schweißens beispielsweise eines mit Zink oder Aluminium überzogenen Bleches ist auf diese Weise nach dem Durchgang des Laserstrahls das Zink oder Aluminium verdampft und das Blech an der Schweißfläche auf einer Breite, die, abhängig vom Überzugsmaterial, über dem Durchmesser des Laserstrahlflecks liegt, nicht mehr überzogen.
  • Versuche haben gezeigt, das beim Schweißen von zwei mit Aluminium überzogenen Blechen die nicht überzogene Zone sich über eine Breite von 0,6 bis 0,8 mm und beim Schweißen von zwei mit Zink überzogenen Blechen die nicht überzogene Zone sich über eine Breite von 0,8 bis 1 mm erstreckt.
  • Angesichts des Vorhandenseins einer nicht überzogenen Zone auf dem Blech ist der antikorrosive Schutz nicht mehr ununterbrochen und die Schweißzone korrosions- und oxidationsanfällig, was eine Fehleraftigkeit unter dem Gesichtspunkt ihres Aussehens nach sich zieht.
  • Das Patent EP-A-189 806 beschreibt ein Laserstrahlschweißverfahren für zwei beschichtete, dünne Bleche, die stumpf oder in leichter Überdeckung angeordnet sind, mit einer Phase, in der man die beiden Bleche verschweißt, indem man die Stoßfläche der zu schweißenden Bleche mit dem gebündelten Laserstrahl überstreicht.
  • Das geschweißte Blech zeigt jedoch eine nichtüberzogene Zone, so daß der antikorrosive Schutz nicht durchgängig ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserstrahlschweißverfahren, welches es gestattet, sich von diesem Nachteil freizumachen.
  • Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Laserstrahlschweißung von zwei dünnen und überzogenen Blechen im Stoß oder in leichter Überdeckung, bei welchem in einem ersten Schritt die beiden Bleche verschweißt werden, indem der Stoß oder die Überdeckungszone der zu verschweißenden Bleche mit einem gebündelten Laserstrahl überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Schritt die geschweißte Zone der Bleche mit dem nicht gebündelten Laserstrahl überstrichen wird, um an der geschweißten Zone eine lokale Temperatur zu erreichen, die zwischen der Schmelztemperatur des Überzugs und seiner Verdampfungstemperatur liegt.
  • Gemäß weiterer Merkamle der Erfindung
  • - wird in der ersten Phase der Laserstrahl maximal gebündelt, um eine lokale Temperatur an der Stoßebene zu erzielen, die über 4000ºC liegt,
  • - bildet der gebündelte Laserstrahl auf der Stoßfläche einen Auftrefffleck mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 0,4 mm aus,
  • - bildet der nicht gebündelte Laserstrahl auf der Stoßfläche einen Auftrefffleck mit einem Durchmesser zwischen 2 und 4 mm aus.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden Beschreibung deutlich werden, die allein als Beispiel gegeben wird und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, auf denen
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Laserstrahl- Schweißmaschine ist
  • Fig. 2 eine Schnittansischt der Schweißfläche von zwei Blechen nach der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,
  • Fig. 3 eine Schnittansicht der Schweißfläche der beiden Bleche nach der zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
  • Wie in Fig. 1 zu sehen ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren zur Stumpfschweißung oder Schweißung in leichter Überdeckung von zwei Blechen 1 und 2 mittels eines Laserstrahls 3, der senkrecht auf die zu schweißende Oberfläche orientiert ist.
  • Jedes Blech 1 und 2 ist mit einem Überzug 1a und 2a, beispielsweise aus Zink oder Aluminium, bedeckt.
  • Der Laserstrahl 3 wird durch einen längs der Stoßfläche 5 der beiden zu verschweißenden Bleche 1 und 2 beweglichen Laser 4 erzeugt, und ist mit einem Diopter 7 versehen, der eine Regulierung der Bündelung des Strahls gestattet.
  • Das erfindungsgemäße Schweißverfahren umfaßt zwei Phasen.
  • Eine erste Phase, in deren Verlauf man mit dem Laserstrahl 3 längs der Stoßfläche 5 streicht.
  • Während dieser Phase wird der Laser 4 so eingestellt, daß der Laserstrahl 3 auf die Stoßfläche 5 gebündelt ist, damit man eine Auftrefffläche dieses Strahls 3 auf der Stoßfläche 5 mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 0,4 mm erhält (Fig. 2).
  • Wie in Fig. 2 dargestellt, die eine Schnittansicht der Stoßfläche 5 während der ersten Phase des Schweißverfahrens ist, trifft der gebündelte Laserstrahl 3, mit Durchmesser d, auf die Stoßf läche 5 in ihrer Mitte und schmilzt punktuell das Metall der beiden Bleche 1 und 2, so daß nach seinem Durchgang eine geschweißte Zone 6 ausgebildet ist.
  • Nach dem Durchgang des gebündelten Laserstrahls 3 stellt man fest, das der Überzug 1a und 2a der beiden Bleche 1 und 2 verdampft ist und somit an der geschweißten Zone 6 nicht mehr vorhanden ist.
  • Im Verlauf der zweiten Phase des Verfahrens wird die geschweißte Zone erneut mit dem Laser 4 überstrichen, der in diesem Fall so eingestellt ist, daß der Laserstrahl 3 nicht gebündelt ist und auf der geschweißten Zone 6 eine Auftrefffleck mit einem Durchmesser D ausbildet, der zwischen 2 und 4mm liegt (Fig. 3).
  • Während dieser zweiten Phase und wie in Fig. 3 dargestellt, trifft der nicht gebündelte Laserstrahl 3, mit Durchmesser D, die Fläche der geschweißten Zone 6 und überträgt auf sie eine Energie, die geringer ist als diejenige, die in der ersten Phase übertragen worden ist, wodurch die vom Laserstrahl 3 beeinflußte Zone eine Temperatur erreicht, die zwischen der Schmelztemperatur des Überzugs 1a und 2a und seiner Verdampfungstemperatur liegt.
  • Auf diese Weise schmilzt der beiderseits der geschweißten Zone verbliebene Überzug 1a und 2a und fließt, so daß die geschweißte Zone 6 wieder bedeckt wird.
  • Man erhält dann eine geschweißte Zone 6, die mit einem Überzug einer Dicke überzogen ist, die geringer als auf dem Rest der Bleche 1 und 2 ist, aber mit einem Überzug der durchgängig bleibt und jedes Risiko einer späteren Korroision beseitigt. Es wurden Versuche durchgeführt, indem zwei Bleche, die eine Dicke von 1 mm hatten und mit 20 Mikron Zink überzogen waren, geschweißt wurden.
  • In der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein gebündelter Laserstrahl zu Erzielung einer Auftrefffläche von 0,2 mm längs der Stoßfläche der beiden Bleche geführt.
  • Auf diese Weise wurde eine Schweißzone einer Breite von 0,7 mm und eine nicht überzogene Zone einer Breite von 1 mm erhalten.
  • In der zweiten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein nicht gebündelter Laserstrahl zur Gewinnung einer Auftreffzone von 2 mm längs der geschweißten Zone während des Rücklaufs des Lasers geführt.
  • Auf diese Weise wurde der Überzug beiderseits der geschweißten Zone wieder geschmolzen und ein Zinküberzug in der Mitte diese geschweißte Zone mit einer Dicke von 8 Mikron erhalten.

Claims (4)

1. Verfahren zur Laserstrahl (3)-Schweißung von zwei dünnen Blechen (1, 2), die überzogen und im Stoß oder in leichter Überdeckung angeordnet sind, bei welchem in einem ersten Schritt die beiden Bleche (1, 2) verschweißt werden, indem die Stoßfläche (5) oder die Überdeckungszone der zu verschweißenden Bleche (1, 2) mit dem gebündelten Laserstrahl (3) überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zweiten Schritt die geschweißte Zone (6) der Bleche (1, 2) mit dem nicht gebündelten Laserstrahl (3) überstrichen wird, um an der geschweißten Zone (6) eine lokale Temperatur, die zwischen der Schmelztemperatur des Überzugs und seiner Verdampfungstemperatur liegt, zu erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Phase der Laserstrahl (3) maximal gebündelten ist, um an der Stoßfläche (5) eine lokale Temperatur von über 4000ºC zu erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gebündelte Laserstrahl (3) auf der Stoßfläche (5) einen Auftrefffleck mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 0,4 mm ausbildet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht gebündelte Laserstrahl (3) auf der geschweißten Zone (6) einen Auftrefffleck mit einem Durchmesser zwischen 2 und 4 mm ausbildet.
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