DE69831382T2 - Verfahren zum schweissen von beschichteten blechen mittels eines energiestrahles wie eines laserstrahles - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von beschichteten Blechen mittels eines Energiestrahls, wie beispielsweise eines Laserstrahls.
- Sie findet insbesondere beim Verschweißen von verzinkten Blechen Anwendung, obgleich sie beim Verscheißen von beschichteten Blechen aus jeglichem anderen Material anwendbar ist, deren Verdampfungstemperatur unter der Schmelztemperatur des die Bleche bildenden Grundmaterials liegt, oder auch mit jeglichem mehrschichtigen Aufbau mit dieser Eigenschaft.
-
1 und2 stellen das Verschweißen zweier Metallbleche2 ,3 mittels eines gepulst betriebenen Laserstrahls1 dar, die auf ihren beiden entgegengesetzten Seiten zwei jeweilige Zinkbeschichtungen4 ,5 ;6 ,7 enthalten und über jegliches geeignete Mittel benachbart zur Schweißstelle so aneinandergedrückt gehalten werden, dass die beiden innen liegenden Beschichtungen5 ,6 zwischen den beiden Blechen2 ,3 enthalten sind. Beim Verlagern des Schweißstrahls1 in der mit Pfeil F1 angegebenen Richtung wird eine Schweißnaht8 erzeugt, um die Bleche2 ,3 miteinander zu verbinden, wobei ein Durchgang9 , als Kapillare bezeichnet, in dem Bereich des aufgeschmolzenen Materials10 gebildet wird. Beim Verschweißen von beschichteten Blechen2 ,3 mittels eines kontinuierlich betriebenen Laserstrahls dringt aufgrund des Verdampfungspunktes der Beschichtungen4 –7 , der unter dem Schmelzpunkt des die beiden Bleche2 ,3 bildenden Grundmaterials liegt, Zinkdampf11 , der zwischen diesen beiden Blechen eingeschlossen wird, durch die Oberfläche der Flüssigschmelze10 , wie in1 dargestellt ist, und dringt in die Kapillare9 ein, um an deren Rückseite anzuschlagen, wie in2 dargestellt ist, was zu einer nicht mehr stabilen Kapillare und zu einem Auswerten von Metallschmelze10 führt. Die Erfinder haben aufgezeigt, dass das Durchbohren der Oberfläche der Flüssigschmelze in einem oder mehreren Kanälen12 erfolgt, die in1 und2 angegeben ist. Beim Verschweißen der Bleche2 ,3 mittels gepulst betriebenen Laserstrahls wird der bei jedem Schweißimpuls erzeugte Zinkdampf über die Kapillare abgeführt, ohne dabei eine Instabilität der Flüssigschmelze hervorzurufen, wie in1 dargestellt ist. Während eines jeden Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls wird die Kapillare9 geschlossen, wie in3 dargestellt ist. - Anzumerken ist, dass während des Pausenimpulses das Energieniveau des Strahls nicht unbedingt null beträgt und noch zum Schweißen beitragen kann. Der Einfachheit halber werden jedoch bei der vorliegenden Beschreibung die Ausdrücke "Schweißimpuls" und "Pausenimpuls" verwendet, um das hohe und das niedrige Niveau des gepulsten Strahls zu bezeichnen.
- Wenn der Druck des Zinkdampfs zu schwach ist, bleibt dieser Dampf in einem Bereich um die Flüssigschmelze
10 herum eingeschlossen, wie in3 gezeigt ist. Wenn jedoch dieser Dampfdruck einen kritischen Druck übersteigt, dringt der Zinkdampf in die Flüssigschmelze10 ein und bildet dabei eine Gasblase13 , die ein Gleichgewicht ohne Auswurf von Flüssigschmelze10 (4 ) erreicht, oder hebt die Flüssigschmelze10 an und wirft sie vollständig aus (5 ). Mit dem Bezugszeichen14 ist eine Gaszuführvorrichtung bezeichnet, die zur Flüssigschmelze10 führt und an sich bekannt ist. - Anzumerken ist, dass während des Pausenimpulses der Teil
10a des Flüssigbereichs10 , der auf derjenigen Seite liegt, auf der die Bleche noch nicht verschweißt sind, mit der Erstarrung beginnen kann. Aus diesem Grund ist er in3 bis8 schraffiert dargestellt. - Es wurden zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, um die Nachteile aufgrund des unkontrollierten Freisetzens von Zinkdämpfen auszuräumen, die zu einer geringwertigen Schweißung führen.
- Eine dieser bekannten Lösungen besteht darin, vor dem Schweißen ein Spiel zwischen den zu verschweißenden Blechen zu schaffen, um das Abführen von Zinkdämpfen zu gestatten. Diese bekannte Lösung ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, einen zusätzlichen Schritt zum Erzeugen von Erhebungen beispielsweise durch einen Ziehvorgang an den Blechen erforderlich zu machen, um das Spiel auszubilden, und eine für diesen Schritt geeignete Einrichtung zu erfordern.
- Eine weitere bekannte Lösung besteht darin, die Zinkbeschichtung an der Stelle der Schweißung zu entfernen und sie mit einer anderen Beschichtung zu ersetzen, wie etwa einer Nickellegierung. Diese Lösung ist mit dem Nachteil behaftet, Mehrkosten zu verursachen und aufwendig zu sein, da an bestimmten Stellen der Bleche eine andere Beschichtung aufgetragen wird.
- Gemäß noch einer weiteren bekannten Lösung werden die zu verschweißenden Bleche senkrecht angeordnet, wobei sich der Schweißenergiestrahl von unten nach oben verlagert, so dass die Schmelze durch Schwerkraft abfließt, wodurch die Abführung von Zinkdampf verbessert wird. Diese Lösung erfordert eine besondere Lagerung, um die Bleche senkrecht anzuordnen, und gegebenenfalls bei aufwendigen Teilen und/oder groß bemessenen Teilen, wie etwa Kraftfahrzeugtüren, eine Änderung der Ausrichtung des Teils, damit der Schweißenergiestrahl immer von unten nach oben verlagert wird.
- Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorangehend genannten Nachteile vorbekannter Lösungen auszuräumen, indem ein Verfahren zum Verschweißen von beschichteten Blechen mit Hilfe eines Energiestrahls durchgeführt wird, mit dem eine gute Schweißqualität ohne Anpassung der Geometrie der Teile und ohne Verwendung zusätzlicher mehr oder weniger aufwendiger Einrichtungen zum Halten der zu verschweißenden Bleche erreicht wird.
- Dazu schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Verschweißen von Blechen mittels eines Energiestrahls vor, die mit einem Material beschichtet sind, dessen Verdampfungstemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials der Bleche liegt, gemäß Anspruch 1 bzw. 2.
- Vorzugsweise ist der Energiestrahl, der es ermöglicht, das Abführen von Dampf der Beschichtung zu begünstigen, der Schweißenergiestrahl.
- Gemäß einer Ausführungsform besteht das Verfahren darin, eine Oberflächenänderung der Schmelze zu erfassen bzw. vorzusehen und den Energiestrahl so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse eine Bohrung in die Schmelze erzeugen können, wenn ein bestimmtes Abheben der Oberfläche dieser Schmelze erfasst oder vorgesehen wurde, um den in der Blase der Schmelze vorliegenden Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen.
- Der Vorgang zum Durchbohren der Oberfläche der Schmelze erfolgt dadurch, dass die Breite eines jeden Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls vermindert wird bzw. dass während der Dauer eines jeden Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls ein zusätzlicher Impuls eingeführt wird.
- Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Veränderung der Oberfläche der Schmelze über eine Quelle zum Abgeben eines Einfallsstrahls, der auf das aufgeschmolzene Schweißmaterial gerichtet ist, sowie über einen Sensor, der Änderungen in der Richtung, Stärke oder Form des von der Oberfläche der Schmelze reflektierten Strahls messen kann, wobei dieser Einfallsstrahl vorteilhaft ein Laserstrahl ist und der Sensor vorteilhaft eine Photodiode ist.
- Das Vorsehen einer Oberflächenänderung der Schmelze erfolgt dadurch, dass die beim Schweißen vom Beschichtungsmaterial abgegebene Dampfmenge gemessen wird und mit einer vorbestimmten abzugebenden Dampfmenge dieses Materials verglichen wird, wobei die Messung der abgegebenen Dampfmenge vorzugsweise spektroskopisch erfolgt.
- Gemäß einer Ausführungsvariante besteht das Verfahren darin, den Energiestrahl so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, die Durchbohrung jeglicher Dampfblase des im aufgeschmolzenen Schweißmaterial vorliegenden Dampfs des Beschichtungsmaterials während jedes Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls auszuführen, um den Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen.
- Gemäß einer noch weiteren Ausführungsvariante besteht das Verfahren darin, den Energiestrahl so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, bei jedem Pausenimpuls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls die Kapillare und zumindest einen Kanal in ständige Verbindung zu setzen, der durch den Dampfdruck des Beschichtungsmaterials in dem aufgeschmolzenen Schnittstellenbereich der beiden zu verschweißenden Bleche gebildet wird, um ein Abführen des Dampfs dieses Materials bei jedem Pausenimpuls zu erreichen.
- Gemäß der einen oder anderen der beiden oben genannten Ausführungsvarianten besteht das Verfahren dann, die Breite eines jeden Pausenimpulses des Energiestrahls zu vermindern bzw. während der Dauer eines jeden Pausenimpulses des Energiestrahls einen zusätzlichen Impuls einzuführen, um die vorgenannte Dampfblase aufzustechen bzw. die Verbindung zwischen der Kapillare und dem Kanal aufrechtzuhalten.
- Jeder vorgenannte Energiestrahl ist vorzugsweise ein Laserstrahl.
- Die Erfindung wird im Laufe der nachfolgenden erläuternden Beschreibung besser verständlich, aus der weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen deutlicher hervorgehen, die sich nur beispielhaft verstehen und mehrere Ausführungsformen der Erfindung darstellen, worin zeigt:
-
1 ein Verfahren zum Verschweißen von beschichteten Blechen mittels eines Laserstrahls mit Bildung von Dampf, der von der Verdampfung des Beschichtungsmaterials der Bleche stammt, -
2 den Auswurfeffekt von Schmelze beim Schweißen aufgrund des Dampfs des Beschichtungsmaterials der Bleche, -
3 den Schweißzustand während eines Pausenimpulses zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen des Energiestrahls mit im Bereich um die Schmelze herum eingeschlossenem Zinkdampf, -
4 die Bildung einer Zinkdampfblase, die während eines Pausenimpulses des Energiestrahls in der Schmelze entsteht, ohne dabei das Auswerfen dieser Schmelze hervorzurufen, -
5 die Bildung einer Zinkdampfblase in der Schmelze, wie sie vollständig diese Schmelze auswirft, -
6 bis8 eine Ausführungsform der Erfindung, die es ermöglicht, ein Abheben von Schmelze zu erfassen und die Schmelze zu durchbohren, um den in der Blase dieser Schmelze vorhandenen Zinkdampf abzuführen, -
9 eine normale Abfolge von Schweißimpulsen des gepulst betriebenen Schweißenergiestrahls zum Verschweißen zweier Bleche, -
10 bis12 jeweils eine veränderte Impulsfolge des gepulst betriebenen Schweißenergiestrahls, der es ermöglicht, die Zinkdampfblase in der Schmelze aufzustechen, -
13 und14 eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei welcher über den Schweißenergiestrahl eine Verbindung zwischen der Kapillare und einem in der Schnittstelle der beiden zu verschweißenden Bleche gebildeten Kanal während eines jeden Pausenimpulses dieses Strahls aufrechtzuhalten, um das Abführen von Zinkdampf zu begünstigen, -
15 eine Draufsicht entlang Pfeil XV aus1 , die eine Ausführungsform zeigt, die nicht von den Ansprüchen gedeckt wird und es ermöglicht, die Querschnittsform der Kapillare zu ändern, um das Abführen von Zinkdampf zu begünstigen, -
16 eine Schnittansicht ähnlich wie1 bis8 , jedoch bei der Ausführungsform nach15 , und -
17 ein optisches System, mit dem ein im Querschnitt elliptischer Strahl erhalten werden kann. - Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen von beschichteten Blechen mit Hilfe eines Energiestrahls, wie etwa eines Laserstrahls oder eines Elektronenstrahls, bei dem Auswürfe der Metallschmelze vermieden werden, wird in bezug auf zwei verschiedene Ausführungsformen beschrieben, von denen in der einen ein gepulst betriebener Schweißenergiestrahl und in der anderen ein derartiger sowohl gepulst als auch kontinuierlich betriebener Energiestrahl benutzt wird, der nicht von den Ansprüchen gedeckt wird, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist.
- Die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher der Energiestrahl nur gepulst betrieben wird, wird nun anhand von
6 bis8 beschrieben, bei denen gleiche Teile wie bei dem bereits anhand von1 bis5 beschriebenen Schweißverfahren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. - Gemäß dieser Ausführungsform wird das Abheben der Flüssigschmelze
10 bei der Bildung der Zinkdampfblase13 in dieser Schmelze während des Pausenabschnitts der Impulse des einfallenden Energiestrahls erfasst, indem eine Quelle15 verwendet wird, die einen Einfallsstrahl16 , wie etwa einen HeNe-Laserstrahl in Richtung der Flüssigschmelze10 abgibt. Selbstverständlich unterscheidet sich die Quelle15 von der Quelle17 , die zum Schweißen dient, und es ist auch ein Sensor18 vorgesehen, wie etwa eine Photodiode, mit der Änderungen in der Richtung, Stärke oder Form des von der Oberfläche der Flüssigschmelze10 reflektierten Strahls19 gemessen werden können. Die von dem Sensor18 gelieferten elektrischen Signale, welche repräsentativ sind für derartige Änderungen, werden an eine (nicht dargestellte) Verarbeitungseinheit angelegt, der die Quelle17 oder eine Hilfsquelle eines Energiestrahls so steuern kann, dass die von dieser ausgegebenen Impulse es ermöglichen, die Zinkdampfblase13 durch die Flüssigschmelze10 hindurch aufzustechen und den Zinkdampf nach außen abzuführen, wenn die Oberfläche der Flüssigschmelze10 sich in eine bestimmte Höhe abgehoben hat. Genauer gesagt kann dann, wenn die Oberfläche der Flüssigschmelze10 aufgrund der Blase13 angehoben ist, wie in7 dargestellt ist, der reflektierte Strahl19 durch die gewölbte Form der Oberfläche der Schmelze10 so abgelenkt werden, dass er nicht mehr auf den Sensor18 trifft oder aber unter einem anderen Winkel auf diesen trifft. Unter diesen Bedingungen liefert der Sensor18 kein elektrisches Signal mehr oder er liefert ein abgeändertes Signal, so dass die Verarbeitungseinheit die Quelle17 bzw. die Hilfsquelle so steuert, dass der Energiestrahl während der Dauer Tp eines jeden Pausenimpulses Ip der in9 dargestellten Impulsfolge zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen Is eine Bohrung20 in die obere Schicht der Flüssigschmelze10 einbringt, die in die Blase13 mündet (8 ). Eine derartige Bohrung kann während eines jeden Pausenimpulses erfolgen, indem die Breite der Dauer des Pausenimpulses Ip vermindert wird, wie mit Tp1 in10 angegeben ist, bzw. indem während der Dauer Tp des niedrigen Pausenimpulses Ip ein zusätzlicher Impuls Ip2 eingeführt wird, wie in11 dargestellt ist, dessen Breite und Stärke so definiert sind, dass nur der blasenförmige Teil der Flüssigschmelze10 durchstochen wird, um die Blase13 zu erreichen. Selbstverständlich kann die Erfassung des Aufsteigens der Flüssigschmelze10 unter der Wirkung der Zinkdampfblase13 über jegliche andere optische Bildverarbeitungsvorrichtung erfolgen, beispielsweise über eine Videokamera, ein Interferenzmessverfahren, usw., wobei diese Vorrichtungen bevorzugt im optischen Fokussierungskopf für den Schweißstrahl integriert sind. In6 bis8 ist die Laserstrahlhilfsquelle21 dargestellt, die dazu verwendet wird, das Abführen von Zinkdampf zu begünstigen und sich vorzugsweise im hinteren Bereich der Kapillare9 befindet, da festgestellt wurde, dass Dämpfe leichter im hinteren Bereich dieser Kapillare abzuführen sind. - Gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Aufstechen der Zinkdampfblase
13 durch die Flüssigschmelze10 hindurch aufgrund der Erfassung von schwindenden Wellen an der Oberfläche der Flüssigschmelze mit Hilfe von geeigneten Mitteln. Mit einem eventuellen Aufblähen der Flüssigschmelze werden nämlich Oberflächenunebenheiten derselben geglättet, die auf hydrodynamische Bewegungen zurückzuführen sind. Unter der Wirkung von Oberflächenspannungskräften schwinden oder vermindern sich die Wellen und die Erfassung jeglicher Änderung an der Oberfläche der Schmelze10 kann die Bildung einer Zinkdampfblase13 aufdecken. Ein derartiger Hinweis kann wie bei der vorangehenden Ausführungsvariante beschrieben erfasst und verarbeitet werden, indem die Impulsfolge des Energiestrahls, vorzugsweise der Schweißstrahl wie in10 bzw. in11 dargestellt abgestimmt wird. - Gemäß einer weiteren Variante dieser Ausführungsform kann das Aufstechen der Zinkdampfblase
13 dadurch erfolgen, dass das Abheben der Flüssigschmelze10 durch Messen der zuvor abgeführten Zinkdampfmenge vorgesehen wird. Wie bereits vorangehend erläutert wurde, drückt sich der Schweißvorgang nämlich durch Verdampfung einer bestimmten Zinkbeschichtungsmenge an der Schnittstelle der zu verschweißenden Bleche2 ,3 aus. Wenn die während jedes Pausenimpulses des Energiestrahls abgeführte Menge an Zinkdampf unter der vorgestimmten abzuführenden Menge liegt, ist ein Auswurf von Flüssigschmelze10 vorhersehbar. Unter diesen Bedingungen wird das Ergebnis eines solchen Vergleichs so genutzt, dass die Dauer eines jeden Pausenimpulses vermindert wird, wie in10 dargestellt ist, oder aber es wird ein zusätzlicher Impuls in den Pausenimpuls eingeführt, wie in11 dargestellt ist, um während eines jeden Pausenimpulses die Bohrung20 zum Abführen des in der Blase13 vorhandenen Zinkdampfs auszuführen. Die beim Schweißen abgeführte Zinkmenge kann nach einer Kalibrierung durch eine Analyse unter stabilen Betriebsbedingungen spektroskopisch gemessen werden. - Gemäß einer noch weiteren Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Durchbohrung
20 der Zinkdampfblase13 , anstatt nach Erfassung des Anhebens der Schmelze in Echtzeit, wie anhand von6 bis8 erläutert ist, stetig erfolgen, und zwar in systematischer Weise bei jedem Schweißzyklus Ts + Tp der von der Schweißenergiequelle17 oder von der Hilfsquelle abgegebenen Impulsfolge. Somit kann während der Dauer Tp des Pausenimpulses Ip dieser Impulsfolge zumindest ein Impuls mit abgestimmter Form Ip2 eingefügt werden, wie in11 dargestellt ist, um die Bohrung20 durchzuführen. - Gemäß einer letzten Variante dieser Ausführungsform der Erfindung kann das Abführen von Zinkdampf auch dadurch erfolgen, dass eine Verbindung zwischen der Kapillare
9 der Flüssigschmelze10 und dem Kanal12 aufrechtgehalten wird, der wie vorangehend anhand von1 und2 erläutert gebildet ist. Dazu wird die Form der vom Schweißenergiestrahl oder vom externen Energiestrahl abgegebenen Impulsfolge so gewählt, dass sie derjenigen der Impulsfolge aus11 oder derjenigen der Impulsfolge aus12 entspricht, die beispielhaft angegebene Impulsfolgenformen sind. Somit wird während eines jeden Schweißzyklus der Pausenimpuls Ip abgestimmt, um die ständige Verbindung bzw. Kommunikation zwischen Kanal12 und Kapillare9 herzustellen, wie in12 dargestellt ist.14 zeigt den impulsweise abgegebenen Energiestrahl1 , der von der Schweißquelle bzw. von der externen Quelle geliefert wird, dessen Impulse entsprechend der Impulsfolge von11 bzw.12 erzeugt werden, um die ständige Verbindung zwischen Kanal12 und Kapillare9 zu bilden. - Gemäß der zweiten Ausführungsform, die nicht von den Ansprüchen gedeckt wird, wird der Energiestrahl, mit dem beschichtete Bleche
2 ,3 sowohl gepulst betrieben als auch kontinuierlich betrieben verschweißt werden können, indem das Entweichen von Zinkdampf durch die Kapillare9 verbessert wird und somit Auswürfe von Flüssigschmelze10 vermieden werden, darauf abgestimmt, die Kapillare9 so zu erzeugen, dass sie im Querschnitt eine längliche, insbesondere im wesentlichen elliptische Form aufweist, wie in15 dargestellt ist, wobei die Hauptachse dieser elliptischen Form in Richtung der Verlagerung des Schweißenergiestrahls gerichtet ist, die mit Pfeil F1 angedeutet ist. Der Energiestrahl, mit dem die elliptische Kapillare10 erzeugt werden kann, kann von der Schweißquelle bzw. einer externen Quelle geliefert werden und ist vorzugsweise ein Laserstrahl. Die energiemäßige Verteilung bei diesem elliptischen Querschnitt der Kapillare10 ist so bestimmt, dass sie einen Schweißprozess gestattet und dabei die Kapillare verlängert, um nicht den Austritt von Dampf der Beschichtung zu behindern, den Einfluss von Metalldampf bei dessen Abführen auf die Stabilität des Schweißverfahrens zu vermindern und somit die Durchtrittsmenge aufgrund eines größeren Querschnitts der Kapillare9 zu erhöhen. Es wurde festgestellt, dass eine stabile Kapillare mit einem im Querschnitt länglichen Strahl erreicht werden kann, was bei einem im Querschnitt kreisrunden Strahl nicht immer der Fall ist. - In
16 ist ersichtlich, dass durch diese Querschnittserweiterung die Zinkdämpfe leichter entweichen und/oder auf die Rückseite der Kapillare treffen, ohne diese dabei zu verformen und/oder dabei Gefahr zu laufen, Flüssigkeitsauswürfe hervorzurufen, wie dies beispielsweise bei2 der Fall ist. - Die längliche, insbesondere elliptische Form der Kapillare
9 kann durch verschiedene Techniken erzeugt werden. Eine dieser Techniken besteht darin, einen im Querschnitt kreisrunden, jedoch geneigt zur Oberseite des Blechs2 verlaufenden Energiestrahl zu verwenden, so dass der waagrechte Querschnitt dieses Strahls elliptisch ist. Eine weitere Technik besteht darin, dass eine oder mehrere zylindrische bzw. asphärische Linsen, ein oder mehrere zylindrische oder asphärische Spiegel oder auch Ablenkungselemente oder jegliche andere analoge Vorrichtung Anwendung finden, die im Strahlengang des Energiestrahls so angeordnet ist, dass sie die elliptische Form der Kapillare9 während des Schweißvorgangs erzeugt. -
17 zeigt ein optisches System, mit dem ein elliptischer Strahl erzeugt werden kann. Dieses System enthält zwei zylindrische Spiegel22 und23 , die in bekannter Weise ein Teleskop bilden, so dass der Strahl, den sie bilden, ein definiertes Verhältnis von Länge zu Breite hat, sowie einen herkömmlichen parabolischen Spiegel24 , welcher diesen Strahl auf einen Punkt fokussiert. Der Abstand d zwischen den beiden Spiegeln22 und23 ist einstellbar und ermöglicht somit eine Fokussierung entlang der Hauptachse und der Nebenachse der Ellipse an der gleichen Stelle. Mit anderen Worten kann der Astigmatismus bei Bedarf auf null eingestellt werden. - Das Interesse dieses optischen Systems liegt darin, über ein Fokussierungssystem und ein das oben genannte Verhältnis schaffendes System zu verfügen, die voneinander unabhängig sind. Es kann das Verhältnis geändert oder die Fokussierung bei gleichem Verhältnis geändert werden. Anzumerken ist, dass die Einfallswinkel des Strahls auf die Spiegel so optimiert sind, dass das optische System sich leicht einstellt und optische Aberrationen minimiert.
- Eine noch weitere Technik besteht darin, einen Energiestrahl zu verwenden, der in Richtung der Verlagerung beim Schweißen schwingt, so dass die elliptische Form der Kapillare
9 erzeugt wird. Schließlich können zwei oder mehrere Energiestrahlen mit geeigneten Positionen und Anstellwinkeln verwendet werden, um die elliptische Kapillare9 zu erzeugen. - Somit ermöglicht eine Optimierung der elliptischen Form der Kapillare
9 ein Abführen von Zinkdampf, ohne dabei die Metallschmelze10 zu beeinträchtigen, und die Abführmenge von Dampf des Beschichtungsmaterials zu erhöhen. - Schließlich sei angemerkt, dass die Intensitätsverteilung über den Querschnitt des Schweißstrahls derart ist, dass sie das Schweißen ermöglicht und es dabei optimiert, um Energie zu sparen. Es wurde nämlich festgestellt, dass die besten Ergebnisse mit einer Intensität des Strahls erreicht werden, die in dessen in Verlagerungsrichtung vorderen Bereich stärker ist.
Claims (12)
- Verfahren zum Verschweißen von Blechen (
2 ,3 ) mittels eines Energiestrahls, die mit einem Material (4 –7 ) beschichtet sind, dessen Verdampfungstemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials der Bleche (2 ,3 ) liegt, so dass das Material der Beschichtung (4 –7 ) während des Verschweißens verdampft, indem es Dampf erzeugt, der in der Kapillare (9 ) vorhanden ist, die durch das aufgeschmolzene Schweißmaterial gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, einen gepulst betriebenen Energiestrahl (1 ) vorzusehen, der auf den zu schweißenden Bereich gerichtet ist, und den Energiestrahl (1 ) nur so zu steuern, dass die Impulse des Strahls (1 ) darauf abgestimmt sind, in der Schmelze (10 ) eine Bohrung (20 ) zu erzeugen, um den Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen, der in einer Blase (13 ) der Schmelze (10 ) vorhanden ist. - Verfahren zum Verschweißen von Blechen (
2 ,3 ) mittels eines Energiestrahls, die mit einem Material (4 –7 ) beschichtet sind, dessen Verdampfungstemperatur unter der Schmelztemperatur des Materials der Bleche (2 ,3 ) liegt, so dass das Material der Beschichtung (4 –7 ) während des Verschweißens verdampft, indem es Dampf erzeugt, der in der Kapillare (9 ) vorhanden ist, die durch das aufgeschmolzene Schweißmaterial gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, einen gepulst betriebenen Energiestrahl (1 ) vorzusehen, der auf den zu schweißenden Bereich gerichtet ist, und den Energiestrahl (1 ) nur so zu steuern, dass die Impulse des Strahls (1 ) darauf abgestimmt sind, die Kapillare (9 ) und zumindest einen Kanal (12 ) in ständige Verbindung zu setzen, der durch den Dampfdruck des Beschichtungsmaterials in dem aufgeschmolzenen Schnittstellenbereich der beiden zu verschweißenden Bleche (2 ,3 ) gebildet wird, um den Dampf dieses Materials abzuführen. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl, welche das Abführen von Dampf des Beschichtungsmaterials (
4 –7 ) ermöglicht, der Schweißenergiestrahl (1 ) ist. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, eine Oberflächenänderung der Schmelze (
10 ) zu erfassen bzw. vorzusehen und den Energiestrahl (1 ) so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse die Bohrung (20 ) in die Schmelze (10 ) erzeugen können, wenn ein bestimmtes Abheben der Oberfläche dieser Schmelze erfasst oder vorgesehen wurde, um den in der Blase (13 ) der Schmelze (10 ) vorliegenden Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen. - Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Oberfläche der Schmelze (
10 ) zu durchbohren, indem die Breite (Tp) eines jedes Pausenimpulses (Ip) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen (Ts) des Energiestrahls (1 ) vermindert wird bzw. indem während der Dauer eines jeden Pausenimpulses (Ip) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen (Is) des Energiestrahls (1 ) ein zusätzlicher Impuls (Ip2) eingeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Oberflächenänderung der Schmelze (
10 ) über eine Quelle (15 ) zum Abgeben eines Einfallsstrahls (16 ) zu erfassen, der auf das aufgeschmolzene Schweißmaterial (10 ) gerichtet ist, sowie über einen Sensor (18 ), der Änderungen in der Richtung, Stärke oder Form des von der Oberfläche der Schmelze (10 ) reflektierten Strahls (19 ) messen kann. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallsstrahl (
16 ) der vorgenannten Quelle (15 ) ein Laserstrahl ist und der vorgenannte Sensor (18 ) eine Photodiode ist. - Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Oberflächenänderung der Schmelze (
10 ) dadurch vorzusehen, dass die beim Schweißen vom Beschichtungsmaterial abgegebene Dampfmenge gemessen wird und mit einer vorbestimmten abgegebenen Dampfmenge dieses Materials verglichen wird. - Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die abgegebene Dampfmenge spektroskopisch zu messen.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Energiestrahl (
1 ) so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, die Bohrung (20 ) in die Dampfblase (13 ) des im aufgeschmolzenen Schweißmaterial (10 ) vorliegenden Dampfs des Beschichtungsmaterials während jedes Pausenimpulses (Ip) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen (Is) des Energiestrahls auszuführen, um den Dampf des Beschichtungsmaterials abzuführen. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, den Energiestrahl (
1 ) so zu steuern, dass die von diesem abgegebenen Impulse darauf abgestimmt sind, bei jedem Pausenimpuls (Ip) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schweißimpulsen (Is) die Kapillare (9 ) und den vorgenannten Kanal (12 ) in ständige Verbindung zu setzen, der durch den Dampfdruck des Beschichtungsmaterials in dem aufgeschmolzenen Schnittstellenbereich der beiden zu verschweißenden Bleche (2 ,3 ) gebildet wird, um ein Abführen des Dampfs dieses Materials bei jedem Pausenimpuls (Ip) zu erreichen. - Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, die Breite eines jeden Pausenimpulses (Ip) des Energiestrahls (
1 ) zu vermindern bzw. während der Dauer eines jeden Pausenimpulses (Ip) einen zusätzlichen Impuls (Ip2) einzuführen, die vorgenannte Dampfblase (13 ) zu durchbohren bzw. die Verbindung zwischen der Kapillare (9 ) und dem Kanal (12 ) aufrechtzuhalten.
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