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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
Verfahren zur Stumpfnahtschweißung von zumindest zwei Blechen,
beispielsweise mittels eines Laserbündels.
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Die Stumpfnahtschweißung von Blechen mittels eines
Laserbündels, durchgeführt ohne Auftragsmetall, stellt sehr
hohe Anforderungen hinsichtlich Präzision, Form und
Position der zu verschweißenden Bleche.
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Die Qualität der Schweißverbindung hängt nämlich zum
Teil von der Präzision in der Position der Bleche und in
der Art der Berührung im Bereich der Stoßfläche zwischen
den Blechen ab.
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Ist die Art der Berührung im Bereich der Stoßfläche
zwischen den Blechen nicht korrekt, d.h., ist ein zu großes
Spiel vorhanden, kann es sein, daß die Schweißverbindung
einen Einbruch, wenn nicht sogar Löcher aufweist, wobei in
diesem Fall die Schweißverbindung nicht durchgehend ist.
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Um ein minimales Spiel im Bereich der Stoßfläche der
Bleche zu gewährleisten, um eine gute Qualität der
Schweißverbindung zu erhalten, kann die Qualität des
Scherschneidens der Bleche verbessert werden, um die Wellen der
Schnittkanten zu begrenzen und eine bessere Berührung der
Bleche untereinander zu gewährleisten, um dieses Spiel
zwischen den Blechen besser kontrollieren zu können.
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Um jedoch ein solches Resultat zu erzielen, ist es
erforderlich, in sehr genaue, sehr teure Scheren zu
investieren oder doppelte Scheren zu verwenden, die es
ermöglichen, gleichzeitig mit derselben Klinge die beiden
aneinanderzufügenden Blechzuschnitte zu schneiden.
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Es kann auch ein seitlicher Druck auf die Bleche
ausgeübt werden, der gegen die Stoßfläche der Bleche
gerichtet ist, um die Spitzen der Wellen der Schnittkanten
der zu verschweißenden Ränder einzudrücken.
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Diese letztgenannte Lösung wird immer mehr bei den
industriellen Schweißanlagen mittels Laserbündel angewandt.
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Für die Ausübung dieses seitlichen Drucks auf die zu
verschweißenden Bleche sind Schweißanlagen bekannt, die
seitliche Rollen mit Vertikalachsen umfassen.
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Diese Rollen üben auf den freien Rand eines jeden
Bleches, der dem Rand, der mit dem anderen Blech in
Berührung ist, gegenüberliegt, den seitlichen Druck aus, der für
die Verringerung des Spiels im Bereich der Stoßfläche der
Bleche auf ein Minimum erforderlich ist.
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Eine solche Anlage ist jedoch kompliziert und
erfordert sehr genaue und komplexe Einstellungen.
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Ferner ist es bei jeder Änderung der Herstellungsfolge
erforderlich, die Rollen in Abhängigkeit von der Größe der
zu verschweißenden Bleche zu verschieben.
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Andererseits ist es unter Berücksichtigung der
Maßtoleranzen der zu verschweißenden Bleche üblich, daß die
Rollen ihre Funktion nicht mehr ausüben oder im Gegenteil,
daß sie auf die Bleche einen zu großen Druck ausüben, der
eine Knickung derselben und in diesem Fall eine Überlappung
der beiden Bleche im Bereich der Stoßfläche hervorrufen
kann.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur
Stumpfnahtschweißung von zumindest zwei Blechen vorzuschlagen,
das es ermöglicht, auf die Bleche einen seitlichen Druck
auszuüben, der ausreicht, um die Spitzen der Wellen der
Schnittkanten der zu verschweißenden Ränder einzudrücken,
bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur
Stumpfnahtschweißung von zumindest zwei Blechen nach
Anspruch 1.
Nach weiteren Erfindungsmerkmalen:
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- liegt das Verhältnis zwischen dem vertikalen und dem
horizontalen Berührungsdruck zwischen 0,010 und 0,015,
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- ist der horizontale Berührungsdruck größer als 10
N/mm²,
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- liegt der horizontale Berührungsdruck zwischen 0,05
mal die Elastizitätsgrenze des Blechs mit der niedrigsten
Elastizitätsgrenze und dem Knickdruck des Blechs mit dem
geringsten Knickdruck,
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- wird das Element von zumindest einem der
Flanschmittel der Bleche gebildet.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung hervor, die nur beispielhaften
Charakter hat und auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
nimmt, wobei:
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- Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht von
zwei Blechen ist, die unter Verwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens stumpfnahtgeschweißt werden,
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- Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines
Durchführungsbeispiels einer Vorrichtung für den Einsatz des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Stumpfnahtschweißung von zumindest zwei Blechen 1 und 2, bei dem die
Bleche 1 und 2 im Bereich ihrer zu verschweißenden Ränder 3
und 4 in Berührung gebracht werden, die Bleche 1 und 2 mit
Hilfe von Flanschmitteln in Position gehalten werden und im
Bereich der Stoßfläche 5 eine Schweißverbindung durch
lokales Schmelzen der Bleche 1 und 2, beispielsweise
mittels eines Laserbündels, durchgeführt wird.
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Erfindungsgemäß werden auf zumindest ein Element 6,
beispielsweise eine Spannbacke, das mit zumindest einer der
Hauptseiten von zumindest einem der Bleche in Berührung
steht, ein seitlicher Druck Py in die Richtung des zu
verschweißenden Randes 3 oder 4 des Bleches 1 oder 2 und
ein vertikaler Druck Pz ausgeübt und die Berührungsfläche
S1 des Elementes 6 mit der Hauptseite des Bleches und der
Vertikaldruck Pz dermaßen bestimmt, daß das Verhältnis
zwischen dem vertikalen Berührungsdruck Pcz zwischen dem
Element 6 und dem Blech 1 oder 2 und dem horizontalen
Berührungsdruck Pcy im Bereich der Stoßfläche 5 der Bleche
1 und 2 zwischen 0,007 und 0,020, vorzugsweise zwischen
0,010 und 0,015 liegt.
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Der seitliche Druck Py, der auf das Element 6 ausgeübt
wird, wird dermaßen bestimmt, daß der horizontale
Berührungsdruck Pcy größer als 10 N/mm², vorzugsweise 0,05 mal
größer als die Elastizitätsgrenze Re des Bleches 1 oder 2,
welches die niedrigere Elastizitätsgrenze aufweist, ist.
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Ist das Verhältnis zwischen dem vertikalen
Berührungsdruck und dem horizontalen Berührungsdruck Pcz/Pcy kleiner
als 0,007, reicht der Berührungsdruck zwischen dem Element
6 und beispielsweise dem Blech 2 nicht aus, daß der
seitliche Druck Py, der auf dieses Element 6 ausgeübt wird, auf
die Stoßfläche 5 der beiden Bleche 1 und 2 übertragen wird.
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Ist hingegen das Verhältnis zwischen dem vertikalen
Berührungsdruck und dem horizontalen Berührungsdruck
Pcz/Pcy größer als 0,020, ist der ausgeübte Vertikaldruck
zu groß, und die Gefahr der Verschlechterung des
Oberflächenzustandes des Bleches 2 ist sehr groß.
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Ferner führt die Verschlechterung des
Oberflächenzustandes des oder der Bleche durch Eindrücken zu
Spannungen im Bereich der Stoßfläche 5, bei der die Gefahr
besteht, daß sie sich öffnet, wodurch die Wirkung des
horizontalen Berührungsdrucks Pcy aufgehoben wird.
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Das Element 6 kann von zumindest einem der
Flanschmittel der Bleche 1 und 2 gebildet werden.
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Zuerst wird der Wert des horizontalen Berührungsdrucks
Pcy bestimmt, wobei dieser Druck zwischen 0,05 mal die
Elastizitätsgrenze Re des Bleches 1 oder 2, das die
niedrigste Elastizitätsgrenze aufweist, und dem Knickdruck Pf
des Bleches 1 oder 2, das den geringsten Knickdruck
aufweist, liegen muß, jedoch nicht geringer als 10 N/mm² sein
darf.
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Ist der horizontale Berührungsdruck Pcy im Bereich der
Stoßfläche 5 der Bleche 1 und 2 geringer als 10 N/mm²,
werden die Wellen, die durch das Abschneiden der zu
verschweißenden Ränder 3 und 4 der Bleche 1 und 2 entstanden
sind, nicht eingedrückt, und das Spiel ist zu groß, um die
Schweißung ohne Auftragsmetall durchzuführen.
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Liegt der horizontale Berührungsdruck Pcy im Bereich
der Stoßfläche 5 der Bleche 1 und 2 zwischen 10 N/mm² und
0,05 Re, ist die Qualität der Berührung zwischen den
Blechen 1 und 2 nicht ausreichend, da die Wellen, die durch
das Abschneiden der zu verschweißenden Ränder 3 und 4 der
Bleche 1 und 2 entstanden sind, nicht ausreichend
eingedrückt werden.
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Ferner besteht die Gefahr, wenn der horizontale
Berührungsdruck Pcy größer als Pf ist, daß ein Knicken von
zumindest einem Blech, welches den geringsten Knickdruck
aufweist, hervorgerufen wird.
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Sodann wird der Wert des Vertikaldrucks Pcz so
bestimmt, daß:
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0,007 Pcy < Pcz < 0,02 Pcy
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Anschließend werden, ausgehend vom vertikalen
Berührungsdruck Pcz, die Berührungsfläche S1 des Elementes 6 mit
dem Blech und der Vertikaldruck Pz bestimmt, der auf dieses
Element 6 ausgeübt werden muß, damit der seitliche Druck Py
auf die Stoßfläche der Bleche 1 und 2 übertragen wird,
wobei sich die Einheit Element 6 - Blech 2 wie ein
einheitliches verbundenes Element verhält.
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So wird beispielsweise im Falle des
Stumpfnahtlaserschweißens von zwei Blechen mit einer Dicke von 1 mm, einer
zu verschweißenden Länge von 1 m und ausgeführt in
kohlenstoffarmem Standardstahl mit einer Elastizitätsgrenze von
Re = 200 N/mm², das erfindungsgemäße Verfahren
folgendermaßen angewandt:
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- es wird der horizontale Berührungsdruck Pcy
bestimmt, wobei Pcy > 10 N/mm² und vorzugsweise zwischen 0,05
Re und Pf liegt:
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Beispiel Pcy = 35 N/mm²
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- es wird der Horizontaldruck berechnet, der auf das
Element 6 auszuüben ist:
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Py = S&sub2; x Pcy = 10000 x 1 x 35 N
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Py = 35000 daN
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es wird der vertikale Berührungsdruck Pcz so
bestimmt, daß der Horizontaldruck korrekt auf die Stoßfläche
durch das Element 6 übertragen wird:
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0,007 x 35 < Pcz < 0,02 x 35
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ergibt 0,25 < Pcz < 0,7 N/mm²
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vorzugsweise 0,01 x 35 < Pcz < 0,015 x 35
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ergibt 0,35 < Pcz < 0,53 N/mm²
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- es werden S1 und der seitliche Druck Py nach den
mechanischen Bedingungen der Schweißmaschine bestimmt.
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Ist das Element 6 beispielsweise ein rechteckiges
Element mit einer Länge gleich 1000 mm und einer Breite
gleich 200 mm, muß auf das Element 6 ein Vertikaldruck Py
ausgeübt werden, der zwischen 1000 x 200 x 0,35 N und 1000
x 200 x 0,53 N, d.h. zwischen 70000 daN und 106000 daN
liegt, um die völlige Übertragung des Horizontaldrucks
des Elements 6 auf die Stoßfläche 5 der beiden zu
verschweißenden Bleche zu gewährleisten.
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Bei sogenannten statischen Schweißanlagen, bei denen
die Bleche 1 und 2 eingelegt werden und an ihrem Platz
bleiben, während sich ein Laserbündelkopf hin- und
herbewegt, um die Schweißverbindung durchzuführen, werden die
Bleche 1 und 2 auf eine starre Bezugsfläche gelegt, wobei
eines von ihnen seitlich an einem seitlichen Bezugselement
anliegt.
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In diesem Fall reicht ein einziges Element 6, das
beispielsweise mit der Oberseite des Blechs, das nicht
seitlich anliegt, in Berührung steht, aus, um die
Positionierung und den Verbleib der Stoßfläche 5 der Bleche 1 und
2 in der Bezugsposition zu gewährleisten.
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Bei den sogenannten Durchlaufschweißanlagen, bei denen
der Laserbündelkopf unbeweglich ist und sich die Bleche 1
und 2 unter dem Laserbündel hin- und herbewegen, umfaßt die
Vorrichtung vier Elemente 6, die mit jedem Blech 1 und 2 in
Berührung stehen, eines mit der Oberseite und das andere
mit der Unterseite des entsprechenden Blechs.
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Die Elemente 6 gewährleisten die Positionierung der
Bleche 1 und 2 und deren Weiterführung zu dem Laserbündel.
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In dem Durchführungsbeispiel einer Vorrichtung für den
Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, das in Fig. 2
dargestellt ist, wird jedes zu verschweißende Blech 1 und 2
mit Hilfe von Unterlageklötzen 101 11, 12 und 13 gehalten.
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Zumindest ein Unterlageklotz 10 steht mit der
Oberseite des Blechs 1 in Berührung, und zumindest ein
Unterlageklotz 11 steht mit der Unterseite des Blechs 1 in
Berührung.
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Andererseits steht zumindest ein Unterlageklotz 12 mit
der Oberseite des Blechs 2 und zumindest ein Unterlageklotz
mit der Unterseite des Blechs 2 in Berührung.
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Die Unterlageklötze 10, 11, 12 und 13 werden durch
Stützrollen 14, 15, 16 bzw. 17 unter Vertikaldruck gesetzt.
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Die seitliche Druckausübung auf die Bleche 1 und 2
erfolgt mit Hilfe von Zylindern 18, 19, 20 bzw. 21, die auf
die Unterlageklötze 10, 11, 12 bzw. 13 einwirken.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, ein
minimales Spiel zwischen den zu verschweißenden Blechen zu
gewährleisten, indem ein seitlicher Druck auf diese mit
Hilfe eines Elementes ausgeübt wird, das mit zumindest
einer der Hauptseiten von zumindest einem der Bleche in
Berührung steht, und aufgrunddessen die Öffnung der
Schweißverbindung nach dem Verschweißen dieser Bleche zu
verhindern, wobei sich die Einheit Berührungselement -
Blech wie ein einheitliches verbundenes Element verhält.