EP2148758A2 - Verfahren und vorrichtung zum unlösbaren verbinden von bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen werkstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum unlösbaren verbinden von bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen werkstoff

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EP2148758A2 EP08758022A EP08758022A EP2148758A2 EP 2148758 A2 EP2148758 A2 EP 2148758A2 EP 08758022 A EP08758022 A EP 08758022A EP 08758022 A EP08758022 A EP 08758022A EP 2148758 A2 EP2148758 A2 EP 2148758A2
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mag
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    • B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus

Definitions

  • the invention relates to a method for the non-detachable joining of components made of heat-fusible, metallic material, with a robot-guided welding unit for performing a hybrid welding process.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the method specified above.
  • Methods and devices of the type mentioned above find, inter alia, industrial application in the joining of thick sheet metal, as it is used in particular in shipbuilding.
  • Submerged powder method has the disadvantage that there is a risk of shifting the midrib defect in the root area of the hybrid seam. This may mean that also the root of the already reworked by the sub-powder method weld must also be rewelded. This requires further work steps, namely, the already welded piece must be turned and the seam again, now on its other side, welded.
  • the submerged powder method used for rewelding also has the disadvantage that the heat input into the thick sheet and thus its distortion is not insignificant.
  • the invention has for its object to avoid the risk of cracking, that is, the formation of Friedrichrippende vomen, the hybrid welding of thick sheets.
  • a robot-controlled welding unit is used for carrying out a hybrid welding process.
  • a metal active gas high power welding process (MAG-HL) is performed at a predetermined distance following the hybrid welding process.
  • a hybrid welding process can be any combination of different welding processes.
  • Hybrid welding process and subsequent MAG-HL welding process are therefore carried out at the same welding speed along a seam, so that the inventive method can also be referred to as a "tandem welding process".
  • the involved in the execution of the hybrid welding process MSG burner is arranged on the welding unit aligned so that it is sluggishly inclined in the welding direction.
  • MAG-HL metal-active-gas-high-power welding process
  • Hybrid method filled the bottom 8 mm of the joint and the downstream MAG-H L process fills the rest of the joint with a filler wire of 1, 6 mm diameter.
  • a filler wire 1, 6 mm diameter.
  • a corresponding high-performance welding device is to be used.
  • the method of joining components made of heat-fusible metallic materials with a robot-guided welding unit comprises the hybrid welding process, namely a metal shielding gas welding process (MSG) in combination with a
  • Laser welding process performs.
  • This welding unit is coupled to a structural unit for carrying out a metal-active gas high-power welding process (MAG-HL) following the hybrid welding process. If the welding unit is guided along the seam to be welded between the thick sheets to be joined to one another, the assembly coupled thereto with the MAG-HL burner also travels at a predetermined distance from the welding unit.
  • MAG-HL metal-active gas high-power welding process
  • the guided by a robot welding unit can be provided with a support on which the assembly can be easily assemble, which carries the MAG HL welding torch.
  • the assembly may include a carrier which is mounted on the welding unit.
  • the carrier is advantageously designed so that can be adjusted in terms of their distance and their orientation to the welding direction, or the burner held thereon.
  • the drawing shows a schematic side view of an apparatus for carrying out the welding process.
  • the device for the permanent connection of components here a thick sheet 1 for shipbuilding made of heat-meltable, metallic material, has a robot-controlled welding unit 2. If the robot-controlled welding unit is guided in the welding direction according to the arrow VS, it thereby moves a burner 3 arranged on the welding unit, with which
  • Inert gas welding process is made.
  • a laser beam guiding component 4 which is likewise located on the welding unit, is moved along, so that the welding unit 2 ultimately carries out a hybrid welding process during movements along the thick sheet 1 at a predetermined speed in the direction of the arrow VS.
  • a carrier 6 With a screwing schematically indicated here by the hexagonal head 5, a carrier 6 is mounted on the welding unit 2.
  • the support carries a structural unit 7, on which a burner 8 is held for carrying out a metal active gas high-power welding process (MAG-HL).
  • MAG-HL metal active gas high-power welding process
  • the MSG burner 3 is sluggish, with respect to the welding direction VS.
  • the MAG-HL burner 8 also with respect to the welding direction VS, aligned sharply.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses, wird in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozeß folgend, ein Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) ausgeführt. Dabei wird eine den MAG-HL-Schweißprozeß ausführende Baueinheit (8) von der robotergeführten Schweißeinheit (2) zur Ausführung des Hybridschweißprozesses mitgeführt, wobei der an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligte MSG-Brenner (3) von der Schweißeinheit schleppend ausgerichtet geführt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend angegebenen Verfahrens.
Verfahren und Vorrichtungen der vorbezeichneten Gattung finden unter anderem industrielle Anwendung beim Fügen von Dickblech, wie es insbesondere im Schiffbau eingesetzt wird.
Es hat sich gezeigt, daß ein reines Laser-Hybridschweißen, eine Kombination aus Laserschweißen und Metall-Schutzgas-Schweißen (MSG) bei Dickblechen von zum Beispiel 15 mm, zur Entstehung eines sogenannten „Mittelrippendefektes" führt, der meist auf ein Heißrißproblem, zurückzuführen ist. Die Schweißnaht muß, besonders bei großen Blechdicken von zum Beispiel 15 mm und mehr, aufgrund der auftretenden Heißrißprobleme nachgeschweißt werden. Das zusätzliche Nachschweißen ist zumeist ein Unterpulver-Schweißverfahren. Das Nachschweißen der Hybridnaht, vor allem das Nachschweißen im
Unterpulver-Verfahren, hat den Nachteil, daß die Gefahr der Verlagerung des Mittelrippendefektes in den Wurzelbereich der Hybridnaht besteht. Das kann bedeuten, daß auch die Wurzel der bereits durch das Unterpulver-Verfahren nachgearbeiteten Schweißnaht ebenfalls nachgeschweißt werden muss. Dies erfordert noch einmal weitere Arbeitsschritte, nämlich das bereits geschweißte Stück muss gewendet und die Naht noch einmal, nunmehr an ihrer anderen Seite, geschweißt werden.
Das zum Nachschweißen eingesetzte Unterpulver-Verfahren hat außerdem auch noch den Nachteil, daß die Wärmeeinbringung in das Dickblech und damit sein Verzug nicht unbeachtlich ist.
Des weiteren ist eine durch das Unterpulver-Schweißverfahren gebildete Nahtüberhöhung stark ausgeprägt, was insbesondere im Schiffbau, dort im
Außenhautbereich, als optisch unvorteilhaft angesehen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rißbildungsgefahr, daß heißt die Entstehung von Mittelrippendefekten, beim Hybridschweißen von Dick- blechen zu vermeiden.
Diese Aufgabe ist verfahrensmäßig durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5.
Vorrichtungsmäßig ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 6 bis 8 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bau- teilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff wird eine robotergeführte Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses eingesetzt. Erfindungsgemäß wird, in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozeß folgend, ein Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) ausgeführt. Sobald die Schweißnaht des vorangehenden Hybridschweißprozesses anfängt sich abzukühlen, folgt bereits der nachfolgende, erfindungsgemäß zusätzliche MAG-HL-Prozeß, mit dem die Risse beseitigt werden.
Ein Hybrid-Schweißprozeß kann jede Kombination verschiedener Schweißprozesse sein.
Mit besonderem Vorteil wird zur Ausführung des Hybridschweißprozesses ein Metall-Schutzgas-Schweißprozeß (MSG) in Kombination mit einem
Laserschweiß-prozeß vorgenommen. Derartige Laser-Hybridschweißprozesse bieten im wesentlichen wirtschaftliche Vorteile, da ein Einlagenschweißen in
Verbindung mit der Einsparung zusätzlicher Nahtfugenvorbereitung möglich ist, wodurch besonders bei größeren Blechdicken Einseitenschweiß- technologien umgesetzt werden können, insbesondere an solchen Bauteilen, bei denen keine Zugängigkeit der Gegenseite des Schweißstoßes besteht, wie es im Schiffbau häufig vorkommt.
Der den MAG-HL-Schweißprozeß ausführende Brenner ist mit Vorteil an einer Baueinheit angeordnet, die von der robotergeführten Schweißeinheit zur
Ausführung des Hybridschweißprozesses getragen und mitgeführt wird.
Hybridschweißprozeß und nachfolgender MAG-HL-Schweißprozeß werden demzufolge mit gleicher Schweißgeschwindigkeit entlang einer Naht ausgeführt, womit das erfindungsgemäße Verfahren auch als „Tandem- Schweißverfahren" bezeichnet werden kann.
Der an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligte MSG-Brenner ist an der Schweißeinheit derart ausgerichtet angeordnet, daß er in Schweißrichtung schleppend geneigt ist.
Der an der Ausführung des Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) beteiligte Brenner wird an der Schweißeinheit stechend geführt. Diese Ausrichtung des vorlaufenden MSG-Brenners als geschleppter Brenner und des nachlaufenden MAG-HL- Brenners als stechend geführt, erlaubt optimale Schweißergebnisse bei hohen Schweißgeschwindigkeiten.
Bei Blechdicken von circa 13 bis 22 mm erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine fehlerfreie, zweilagige Schweißung in einer einzigen Fahrt der robotergeführten Schweißeinheit, welche die zweiten Brenner führende Baueinheit zusätzlich trägt. Es hat sich gezeigt, daß bei Blechdicken von 18 bis 20 mm Dicke ein Abstand zwischen Schweißeinheit und Baueinheit von etwa 150 bis 400 mm, je nach Schweißgeschwindigkeit, vorteilhaft ist. Bei zum Beispiel 18 mm starken Blechen werden durch das vorgeschaltete Laser-
Hybridverfahren die unteren 8 mm der Fuge aufgefüllt und der nachgeschaltete MAG-H L-Prozeß füllt den Rest der Fuge mit einem Fülldraht von 1 ,6 mm Durchmesser auf. Um bei den genannten, relativ hohen Geschwindigkeiten den Draht aufzuschmelzen und einen ausreichenden Füllgrad zu erreichen, ist ein entsprechendes Hochleistungsschweißgerät einzusetzen.
Vorrichtungsmäßig wird das Verfahren zum Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoffen mit einer robotergeführten Schweißeinheit ausgeführt, welches den Hybridschweißprozeß, nämlich einen Metall-Schutzgas-Schweißprozeß (MSG) in Kombination mit einem
Laserschweißprozeß, vornimmt. Diese Schweißeinheit ist mit einer Baueinheit zur Ausführung eines dem Hybridschweißprozeß folgenden Metall-Aktiv-Gas- Hoch-Leistungs-Schweißprozeßes (MAG-HL) gekoppelt. Wird die Schweißeinheit entlang der zu verschweißenden Naht zwischen den miteinander zu verbindenden Dickblechen geführt, läuft die damit gekoppelte Baueinheit mit dem MAG-HL-Brenner ebenfalls in einem vorbestimmten Abstand der Schweißeinheit nach.
Die von einem Roboter geführte Schweißeinheit kann mit einem Träger versehen sein, an welchem sich die Baueinheit einfach montieren läßt, welche den MAG-HL-Schweißbrenner trägt. Umgekehrt kann selbstverständlich auch die Baueinheit einen Träger aufweisen, der an der Schweißeinheit montiert wird. Der Träger ist mit Vorteil so ausgebildet, daß sich der, beziehungsweise die daran gehaltenen Brenner hinsichtlich ihres Abstandes und ihrer Ausrichtung zur Schweißrichtung verstellen lassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische
Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Zeichnung zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des Schweißverfahrens.
Die Vorrichtung zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen, hier einem Dickblech 1 für den Schiffbau aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, weist eine robotergeführte Schweißeinheit 2 auf. Wird die robotergeführte Schweißeinheit in Schweißrichtung gemäß Pfeil VS geführt, bewegt sie dabei einen an der Schweißeinheit angeordneten Brenner 3, mit dem ein Metall-
Schutzgas-Schweißprozeß (MSG) vorgenommen wird. Gleichzeitig wird eine an der Schweißeinheit ebenfalls befindlicher Laserstrahlführungskomponente 4 mitbewegt, so daß die Schweißeinheit 2 letztendlich bei Bewegungen entlang dem Dickblech 1 mit vorbestimmter Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils VS einen Hybridschweißprozeß ausführt. Mit einer hier schematisch durch den Sechskantkopf 5 angedeuteten Verschraubung ist ein Träger 6 an der Schweißeinheit 2 montiert. Der Träger trägt eine Baueinheit 7, an der ein Brenner 8 zur Durchführung eines Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweiß- prozeß (MAG-HL) gehalten ist.
Der MSG-Brenner 3 ist, bezogen auf die Schweißrichtung VS, schleppend ausgerichtet. Der MAG-HL-Brenner 8 ist, ebenfalls bezogen auf die Schweißrichtung VS, stechend ausgerichtet.

Claims

Patentansprüche
L Verfahren zum unlösbaren Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß, in einem vorbestimmten Abstand dem Hybridschweißprozeß folgend, ein MetallAktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweißprozeß (MAG-HL) ausgeführt wird.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine den MAG- HL-Schweißprozeß ausführende Baueinheit (7) von der robotergeführten Schweißeinheit (2) zur Ausführung des Hybridschweißprozesses mitgeführt wird.
3i Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Ausführung des Hybrid-Schweißprozesses beteiligte MSG-Brenner (3) von der Schweißeinheit (2) schleppend ausgerichtet geführt wird.
4^ Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Ausführung des Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs-Schweiß- prozesses (MAG-HL) beteiligte MAG-HL-Brenner (8) mit der von der Schweißeinheit (2) geschleppten Baueinheit (7) stechend geführt wird.
JL. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Schweißprozesse mit einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 0,6 bis 1 ,
5 m/min durchgeführt werden.
6. Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen aus wärmeschmelzbarem, metallischen Werkstoff, mit einer robotergeführten Schweißeinheit zur Ausführung eines Hybridschweißprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Schweißeinheit (2) eine Baueinheit (7) zur Ausführung eines dem Hybridschweißprozeß folgenden Metall-Aktiv-Gas-Hoch-Leistungs- Schweißprozesses (MAG-HL) gekoppelt ist. ZL Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Schweißeinheit (2) und Baueinheit (7) etwa gleich 150 bis 400 mm ist.
^1 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißeinheit (2) einen Träger (6) aufweist, an welchem die Baueinheit (7) montiert ist.
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