EP2621663A1 - SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL - Google Patents

SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL

Info

Publication number
EP2621663A1
EP2621663A1 EP11758212.2A EP11758212A EP2621663A1 EP 2621663 A1 EP2621663 A1 EP 2621663A1 EP 11758212 A EP11758212 A EP 11758212A EP 2621663 A1 EP2621663 A1 EP 2621663A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding
workpiece
rotation
workpieces
misalignment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11758212.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jeihad Zeadan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2621663A1 publication Critical patent/EP2621663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032—Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam

Definitions

  • DE 10 2006 015 383 A1 discloses an apparatus and a method for laser welding a first workpiece with a second workpiece, the apparatus comprising a laser source and a sensor for monitoring the welding process.
  • the process monitoring serves in particular to monitor the welding depth, which is detected by an online measurement of an optical camera as a sensor in a timely manner and is used as a controlled variable for the laser source.
  • a provision of a welding delay is not provided here.
  • the welding method according to the invention, the welding device according to the invention and the composite part of the invention according to the independent claims have the advantage over the prior art that a desired or necessary welding distortion is determined before the welding process, which is implemented during the welding process.
  • This has the consequence that with the welding method not only a connection between the first and the second workpiece can be produced, but that additionally a desired direction or a deformation between the first and the second workpiece is achieved. In this way, for example, deformity or bending and deviations of the contact surfaces of the first and second workpieces during welding can be compensated.
  • a component can be realized, which has the desired outer geometry with a comparatively high precision. So far, such a high precision of the external geometry of the welded component is achieved by a comparatively high precision of the joining surfaces of the individual joining partners, ie the first and second workpiece. In this case, the joining surfaces must be previously planarized or ground, for example.
  • the inventive method allows in contrast to the prior art, the production of such a precise component without the joining surfaces of the first and second workpiece must be pretreated in a relatively complex and costly manner.
  • a third method step in a third method step, the first and the second workpiece are rotated about a rotation axis at a rotational speed, wherein in the method step, the first and the second workpiece are welded together in dependence on the rotational speed.
  • a uniform introduction of the welding energy into the first and second workpiece is possible in this way, so that the material properties in the heat affected zone change symmetrically. In this way, on the one hand, the welding distortion is minimized and, on the other hand, a minimum concentricity is achieved.
  • the method according to the invention encompasses any welding method and in particular a beam welding method, such as laser or arc welding.
  • Welding process thus simultaneously functions to produce a fixed connection tion between the first and the second workpiece and simultaneously for directing the connection between the first and the second workpiece.
  • a pretreatment of the joining surfaces is thus possible.
  • this misalignment is detected and then the necessary welding distortion to compensate for this misalignment is calculated.
  • the actual compensation of the misalignment takes place in the subsequent welding process, wherein the process parameters of the weld are selected such that the generated welding distortion causes a compensation of the malposition.
  • Deformation in the sense of the present invention is to be understood as any actual arrangement of first and second workpieces which deviates from a desired setpoint arrangement so that misalignment is by no means necessarily to be understood as deviations between the orientation of the first work piece and the orientation of the second work piece is.
  • the welding beam is set as a function of the welding distortion and / or the rotational speed, wherein the focusing, the beam time and / or the direction of the welding beam are adjusted relative to the first and / or second workpiece, and / or that a corresponding angle of rotation is set as a function of the welding distortion.
  • a variation of the welding distortion or an optimization of the weld seam is achieved by a corresponding variation of the radiation power, the focusing and / or the beam direction.
  • a significant increase or reduction of the welding distortion is achieved.
  • the welding beam is set in such a manner depending on the rotational speed of the component, that a substantially uniform energy deposition in the first and second component is achieved, so that advantageously a comparatively low welding distortion arises because the material properties in the heat affected zone change symmetrically.
  • the first and the second workpiece are rotated about an axis of rotation, wherein the corresponding angle of rotation in dependence of
  • the angle of rotation in the sense of the present invention comprises in particular the alignment angle during the start of welding in relation to the desired welding distortion to be achieved, i. the angle between the welding beam and the composite at which the welding process is started.
  • the composite of the first and the second workpiece is particularly advantageously rotated about its own axis, wherein the radiation power is preferably substantially constant over all angles of rotation and thus a comparatively firm and uniform connection between the first and the second workpiece is achieved.
  • the angle of rotation is also advantageously set as a function of the desired welding distortion, since a variation of the rotation angle allows a targeted increased and / or reduced energy input in certain areas between the first and second workpiece, thereby achieving a desired effect on the resulting welding distortion becomes. Furthermore, the position of the overlapping area or of a partial area opposite the overlapping area is determined by the angle of rotation.
  • the third method step after a complete concentricity of the first and second workpiece, an overlap region is produced, wherein the weld seam overlaps itself in the overlapping region.
  • the weld produced After a rotation of the composite of the first and second workpiece relative to the welding beam by more than 360 degrees, the weld produced begins to overlap with its own initial region.
  • the size of the overlapping area is set as a function of the welding distortion and / or that a reduced radiation power is set in the overlapping area.
  • an increased radiation power is adjusted in an overlapping region with respect to a rotation through 180 degrees, and / or an additional radiation dose is applied.
  • An increased radiation power or an additional radiation dose in a partial region opposite the overlap region leads to a welding distortion, which is opposite to the welding distortion in the direction of the overlapping region, so that the welding distortion in the direction of the overlap region is at least partially compensated or overcompensated.
  • the resulting welding distortion is thus controllable.
  • the compensation in the partial area during the first concentricity of the first and second workpiece by an increased radiation power in the sub-region can be realized, advantageously the welding process in comparison to the prior art requires no additional borrowed time and / or no additional rounds.
  • the radiation power is controlled as a function of the time and / or the rotational movement such that the radiation power has a pulse shape, wherein the pulse length preferably a rotation of the first and second workpiece between 500 to 1200 degrees corresponds.
  • Another object of the present invention is a welding device according to the independent device claim.
  • a misalignment between the first and the second workpiece is detected by means of the detection unit or the first and second workpiece are rotated during the welding process, wherein the welding beam is adjusted as a function of the rotational movement.
  • this has the advantage that it is necessary to calculate a necessary welding distortion for correction or compensation of the misalignment from the misalignment, which is used to set the welding parameters in a subsequent welding process.
  • the welding device according to the invention thus not only allows the production of a fixed connection between the first and the second workpiece, but in addition additionally directing the connection between the first and the second workpiece during welding, so that a component of the first and the second workpiece with a desired outer geometry is comparatively accurate to produce.
  • the best possible concentricity is possible through constant optimization of the welding performance. Furthermore, a reduction of the required energy consumption can be achieved.
  • This welding device is particularly suitable for welding elongated, in particular tubular and / or rod-like workpieces, since in this case a misalignment between the first and the second workpiece, for example.
  • a misalignment between the first and the second workpiece for example.
  • plane-parallel joining surfaces of the first and second workpieces particularly strong.
  • a comparatively good axial run of the first and / or second workpiece is to be achieved even in non-plane-parallel joining surfaces of the starting workpieces in an advantageous manner.
  • a control of the welding head and / or a drive device of the holder is provided for jointly moving the first and second workpiece through the detection unit.
  • the welding beam is adjusted by the blasting head with regard to the blasting power, focusing and / or blasting direction and / or the relative position or relative movement, ie in particular the angle of rotation, between the first and the second second workpiece on the one hand and the welding beam on the other hand set by the drive device, wherein for generating the desired welding distortion of the jet head and / or the Drive device can be controlled directly or indirectly by the detection unit.
  • the detection unit comprises an optical and / or mechanical detection unit.
  • the optical detection unit comprises a laser beam optics, which is used for a comparatively precise determination of the misalignment between the first and the second workpiece.
  • the mechanical detection unit preferably comprises a tactile detection unit, wherein the misalignment is "felt" or determined by contact.
  • the delay can be detected by a simple measurement of the deformation of the workpiece and / or by the position of the workpiece holder. It is obvious to a person skilled in the art that the detection of the distortion can also be carried out by any other suitable method.
  • Another object of the present invention is a composite part of a first and a second workpiece produced by the method according to the invention and / or produced with a welding device according to the invention.
  • FIG. 1 a shows a schematic block diagram of a welding method according to the prior art
  • FIG. 1 b shows a schematic block diagram of a welding method according to a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 a, 2 b show schematic side views of welding devices according to a first and a second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a welding device according to a third embodiment of the present invention
  • Figures 4a, 4b, 4c are schematic representations of the radiation power as a function of the rotation angle of the welding method according to a second, third and fourth embodiment of the present invention and
  • Figure 5 is a schematic representation of the radiation power as a function of the rotation angle of the welding method according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 a shows a schematic block diagram of a typical welding method according to the prior art, wherein in a first step 1 'firstly a first and a second workpiece are clamped in a holder in such a way that they each contact each other with their joining surfaces come. Subsequently, in a second step 3 ', the first and the second workpiece are excited by means of a drive device to a common rotational movement about an axis of rotation, and the actual welding process is carried out.
  • a welding beam in particular a laser beam, is directed onto a contact point between the first and the second workpiece, whereby the welding beam travels along the circumference of the contact point due to the rotational movement and thus a weld seam is produced along the circumference, so that a fixed and completely circumferential Welded connection between the first and the second workpiece is produced.
  • FIG. 1 b shows a schematic block diagram of a welding method according to a first embodiment of the present invention, the welding method according to the invention being similar to the welding method illustrated in FIG. 1 a, wherein after clamping the first and second workpiece into the holder in the first method step 1 first, a necessary or desired welding distortion in a second method step 2 is determined.
  • the composite of first and second workpiece is measured by means of a detection unit and an undesired or to be corrected misalignment between the first and the second workpiece is detected.
  • the actual arrangement of first and second workpiece is detected and compared with a desired arrangement.
  • a necessary welding distortion is calculated, which is used to compensate the detected Deformation is necessary, so that the arrangement of the first and second workpiece after completion of the welding process corresponds to the target arrangement.
  • the composite of the first and second workpiece is excited for rotational movement about the axis of rotation and the welding process is started.
  • the welding process and the rotational movement of the composite are carried out depending on the calculated welding distortion such that after completion of the welding process, the misalignment is compensated by a resulting welding distortion, preferably the radiation power and / or the rotational movement of the composite of first and second workpiece depending the determined welding distortion is controlled.
  • FIGS. 2 a and 2 b show schematic side views of welding devices according to a first and a second embodiment of the present invention, the welding devices being provided for carrying out a welding method illustrated in FIG. 1 b according to the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment illustrated in FIG. 1 b comprises a first and a second workpiece 10, 11, which are held in a holder 12.
  • the main extension direction of the first workpiece 10 and the main extension direction of the second workpiece 1 1 have an angle to one another, which is not equal to 180 degrees, ie that the first and the second workpiece 10, 1 1 are not aligned exactly parallel to each other.
  • the deviation between the orientation of the first and the second workpiece 10, 1 1 is referred to below as a misalignment.
  • This misalignment is determined by means of a detection unit, not shown, for example.
  • a welding beam 14 is then irradiated by a welding head, not shown, so that the first and the second workpiece 10, 1 1 are connected to each other in the contact area 13.
  • FIG. 2 b shows a second embodiment which is essentially identical to the first embodiment, wherein the second workpiece 1 1 comprises a cuboid or round workpiece and wherein the first workpiece 10 is between the second workpiece 12 and between a holder in the form of a laterally elastic Hold-down 12 'is clamped.
  • the hold-down 12 ' is elastic with respect to a lateral movement, ie perpendicular to the axis of rotation 16, and at the same time acts as a detection unit, wherein the misalignment of the first workpiece 10 relative to the second workpiece 11 is measured by the lateral position of the hold-down 12'.
  • the misalignment is thus zero when the lateral position of the blank holder 12 'is located just above the contact point or on the axis of rotation 16.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a welding device 1 according to a third embodiment of the present invention, the third embodiment essentially corresponding to the first embodiment shown in FIG. 2a, and the welding device 1 being shown in plan view from an arrow 20 in FIG illustrated direction is illustrated.
  • the welding beam 14 is thereby irradiated to the contact point between the first and the second workpiece 10, 1 1 and at the same time the composite of the first and second workpiece about the axis of rotation 16 relative to the welding beam 14 is rotated about its own axis. In this case, a weld 21 is generated, which extends along the circumference 22 of the composite.
  • the weld seam 21 is formed longer than the circumference 22, so that the weld seam 21 overlaps itself by 360 degrees at the starting point 23 after a complete rotation of the composite.
  • the region in which the weld seam 21 overlaps is referred to as the overlap region 17.
  • the welding distortion is usually directed in the direction of this overlapping area 17.
  • the radiation power 24 of the welding beam 14 is reduced in the overlapping region 17.
  • FIG. 4b is illustrated.
  • the portion 18 begins at a rotation of 180 degrees.
  • the increased radiation power 24 counteracts the welding distortion in the direction of the overlapping area 17 in a compensatory manner.
  • FIG 4a it is conceivable that in further rotations of the composite, i. For example, in a rotation between 360 and 720 degrees, only the partial area 18 is irradiated with an additional radiation dose 24 "By this additional radiation dose 24", which is radiated substantially in a range above 540 degrees, a compensation of the welding distortion in the direction of the overlapping area.
  • FIGS. 4a, 4b, 4c show schematic representations of the radiation power 24 as a function of the angle of rotation 25 of welding methods according to a second, third and fourth embodiment of the present invention.
  • the different course to the radiation power as a function of the angle of rotation 25 has already been described with reference to FIG. 3, where in FIGS. 4a, 4c and 4b the angle of rotation 25 in degrees and on the ordinate respectively the radiation power 24 and the equivalent radiation temperature are plotted on the abscissa is.
  • a rotation angle 25 of zero degrees corresponds to the starting point 23.
  • the radiation power 24 in the overlap region 17 (between 360 and approximately 400 degrees ) is reduced to zero and to compensate for the welding distortion in the direction of the overlap region 17 during second rotations (for example, from 360 to 900 degrees) outside the overlap and partial region 17, 18, a radiation power 24 is set to zero and in the partial region 18 or around the partial region
  • the radiation pattern illustrated in FIG. 4b shows an overall lower radiation power during the first rotation, which radiation is briefly increased only in the partial region 18.
  • This briefly increased radiation power 24 'leads to a compensation of the welding distortion in the direction of the overlapping area 17.
  • a reduced radiation power 24 is shown, so that the welding distortion in the direction of the overlapping area 17 is reduced overall.
  • a partial or exact compensation or an overcompensation of the welding distortion in the direction of the overlapping area 17 can be set by these different courses of the radiation power 24, so that the malposition can be adjusted by an appropriate choice of the radiation power 24 and / or the rotational movement be corrected as desired during the welding process.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of the radiation power 24 as a function of the time 31 of the welding method according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the radiation power 24 and the radiation time are regulated in dependence on the time 31 or the angle of rotation 25.
  • the resulting pulse length in units of time depends on the rotational speed used in the process and extends, for example, over 500 degrees.
  • FIG. 5 with the line 32 also shows the profile of the welding power 24 as a function of time 31 in a conventional welding process.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

Es wird ein Schweißverfahren, insbesondere ein Laserschweißverfahren, zum Verbinden eines ersten Werkstücks (10) mit einem zweiten Werkstück (11) vorgeschlagen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (1) das erste und das zweite Werkstück (10, 11) miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (2) ein gewünschter Schweißverzug ermittelt wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt (3) das erste und das zweite Werkstück (10, 11) in Abhängigkeit des Schweißverzugs miteinander verschweißt werden, und/oder wobei in einem dritten Verfahrensschritt (3) das erste und das zweite Werkstück (10, 11) um eine Drehachse (16) mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht werden, wobei im dritten Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit miteinander verschweißt werden.

Description

Beschreibung Titel
Schweißverfahren, Schweißvorrichtunq und Verbundteil Stand der Technik
Solche Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2006 015 383 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Laser- schweißung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück bekannt, wobei die Vorrichtung eine Laserquelle und einen Sensor zur Prozessüberwachung des Schweißvorgangs umfasst. Die Prozessüberwachung dient dabei insbesondere der Überwachung der Einschweißtiefe, welche durch eine online-Messung einer optischen Kamera als Sensor zeitnah detektiert wird und als Regelgröße für die Laserquelle herangezogen wird. Eine Bestimmung eines Schweißverzugs ist hierbei nicht vorgesehen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Schweißverfahren, die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung und das erfindungsgemäße Verbundteil gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass vor dem Schweißprozess ein gewünschter oder notwendiger Schweißverzug ermittelt wird, welcher während des Schweißprozesses umgesetzt wird. Dies hat zur Folge, dass mit dem Schweißverfahren nicht nur eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück herstellbar ist, sondern dass zusätzlich auch eine gewünschtes Richtung bzw. eine Verformung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erzielt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Fehlstellungen bzw. Verbiegungen und Abweichungen der Kontaktflächen der ersten und zweiten Werkstücke während des Schweißens kompensieren. Alternativ ist auch die Erzeugung einer gewünschten Biegung im Bereich der
Schweißnaht durch die Eingabe eines entsprechenden Biegeparameters oder durch die direkte Eingabe eines entsprechenden Schweißverzugs denkbar. Der ermittelte Schweißverzug wird im dritten Verfahrensschritt dabei durch die Wahl der entsprechenden Schweißparameter realisiert. In vorteilhafter Weise ist somit ein Bauteil realisierbar, welches mit einer vergleichsweise hohen Präzision die gewünschte Außengeometrie aufweist. Bislang wird eine derartig hohe Präzision der Außengeometrie des zusammengeschweißten Bauteils durch eine vergleichsweise hohe Präzision der Fügeflächen der einzelnen Fügepartner, d.h. des ersten und zweiten Werkstücks erzielt. Dabei müssen die Fügeflächen vorher beispielsweise planarisiert bzw. geschliffen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Gegensatz zum Stand der Technik die Fertigung eines solchen präzisen Bauteils, ohne dass die Fügeflächen des ersten und zweiten Werkstücks in einer vergleichsweise aufwändigen und kostenintensiven Weise vorbehandelt werden müssen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung oder eines weiteren Gegenstands der vorliegenden Erfindung werden in einem dritten Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück um eine Drehachse mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht, wobei im Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit miteinander verschweißt werden. In vorteilhafter Weise ist auf diese Weise ein gleichmäßiges Einbringen der Schweißenergie in das erste und zweite Werkstück möglich, so dass sich die Werkstoffeigenschaften in der Wärmeeinflusszone symmetrisch verändern. Auf diese Weise wird einerseits der Schweißverzug minimiert und andererseits ein minimaler Rundlauf erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren um- fasst jedes Schweißverfahren und insbesondere ein Strahlschweißverfahren, wie Laser- oder Lichtbogenschweißen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück detektiert wird, wobei der Schweißverzug in Abhängigkeit der Fehlstellung und insbesondere zur Kompensation der Fehlstellung ermittelt wird. In vorteilhafter Weise wird somit eine Kompensation einer Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück während des Schweißverfahrens erzeugt. Das
Schweißverfahren fungiert somit gleichzeitig zur Erzeugung einer festen Verbin- dung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück und gleichzeitig zum Richten der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück. Eine Vorbehandlung der Fügeflächen ist somit einsparbar. Insbesondere wird im zweiten Verfahrensschritt diese Fehlstellung detektiert und anschließend der notwen- dige Schweißverzug zur Kompensation dieser Fehlstellung berechnet. Die eigentliche Kompensation der Fehlstellung erfolgt im nachfolgenden Schweißverfahren, wobei die Prozessparameter der Schweißung derart ausgewählt werden, dass der erzeugte Schweißverzug eine Kompensation der Fehlstellung bewirkt. Unter Fehlstellung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliche Ist- Anordnung von erstem und zweitem Werkstück zu verstehen, welche von einer gewünschten Soll-Anordnung abweicht, so dass Fehlstellung keinesfalls zwangsläufig als Abweichungen zwischen der Orientierung des ersten Werkstücks und der Orientierung des zweiten Werkstücks zu verstehen ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt der Schweißstrahl in Abhängigkeit des Schweißverzugs und/oder der Drehgeschwindigkeit eingestellt wird, wobei die Fokussierung, die Strahlzeit und/oder die Richtung des Schweißstrahls relativ zum ersten und/oder zweiten Werkstück eingestellt werden, und/oder dass ein entsprechende Drehwinkel in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird. In vorteilhafter Weise wird durch eine entsprechende Variation der Strahlungsleistung, der Fokussierung und/oder der Strahlrichtung eine Variation des Schweißverzugs oder eine Optimierung der Schweißnaht erzielt. So wird beispielsweise durch eine Erhöhung bzw. Reduzierung der Strahlungsleistung eine deutliche Erhöhung bzw. Verringerung des Schweißverzugs erzielt. Durch eine Anpassung der Bestrahlungszeit und -energie im Vergleich zur Vorschubgeschwindigkeit bzw. der Drehgeschwindigkeit des ersten und zweiten Werkstücks wird beispielsweise eine vergleichsweise homogene Naht mit einer konstanten Einschweißtiefe ohne Auffälligkeit am Überlapp erzeugt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Schweißstrahl derart in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Bauteils eingestellt wird, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Energiedeposition im ersten und zweiten Bauteil erzielt wird, so dass in vorteilhafter Weise ein vergleichsweise geringer Schweißverzug entsteht, da sich die Werkstoffeigenschaften in der Wärmeeinflusszone symmetrisch verändern. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt das erste und das zweite Werkstück um eine Drehachse gedreht werden, wobei der entsprechende Drehwinkel in Abhängigkeit des
Schweißverzugs eingestellt wird. Der Drehwinkel im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere den Ausrichtwinkel während des Schweißbeginns im Verhältnis zum zu erzielenden gewünschten Schweißverzug, d.h. derjenige Winkel zwischen dem Schweißstrahl und dem Verbund, bei welchem der Schweißprozess gestartet wird. Besonders vorteilhaft wird dabei der Verbund aus dem ersten und dem zweiten Werkstück um seine eigene Achse gedreht, wobei die Strahlungsleistung dabei vorzugsweise im Wesentlichen konstant über alle Drehwinkel ist und somit eine vergleichsweise feste und gleichmäßige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erzielt wird. Der Drehwinkel wird ferner in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit des gewünschten Schweißverzugs eingestellt, da eine Variation des Drehwinkels einen gezielten erhöhten und/oder reduzierten Energieeintrag in bestimmten Bereichen zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück erlaubt, wodurch in gewünschter Weise eine entsprechende Beeinflussung des resultierenden Schweißverzugs erzielt wird. Ferner wird durch den Drehwinkel die Lage des Überlappungsbereichs bzw. eines dem Überlappungsbereichs gegenüberliegenden Teilbereichs bestimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt nach einem vollständigen Rundlauf des ersten und zweiten Werkstücks ein Überlappungsbereich erzeugt wird, wobei sich die Schweißnaht im Überlappungsbereich selbst überdeckt. Nach einer Drehung des Verbunds aus dem ersten und zweiten Werkstück gegenüber dem Schweißstrahl um mehr als 360 Grad beginnt die erzeugte Schweißnaht sich mit ihrem eigenen Anfangsbereich zu überdecken. Durch die Wahl eines entsprechenden Drehwinkel wird somit die Größe des Überlappungsbereichs festgelegt, wobei in vorteilhafter Weise der erzeugte Schweißverzug unmittelbar von der Größe des Überlappungsbereichs abhängt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Größe des Überlappungsbereichs in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird und/oder dass im Überlappungsbereich eine reduzierte Strahlungsleistung eingestellt wird. In vorteilhafter Weise lässt sich der Schweißverzug durch die Größe des Überlappungsbereichs auf einer Seite der beiden Werkstücke einstellen, wobei ein kleinerer Überlappungsbereich einen geringeren Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs und ein vergrößerter Überlappungsbereich einen größeren Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs erzeugt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt in einem dem Überlappungsbereich bezüglich einer Drehung um 180 Grad gegenüberliegenden Teilbereich eine erhöhte Strahlungsleistung eingestellt wird und/oder eine zusätzliche Strahlungsdosis aufgebracht wird. Eine erhöhte Strahlungsleistung oder eine zusätzliche Strahlendosis in einem dem Überlappungsbereich gegenüberliegenden Teilbereich führt zu einem Schweißverzug, welcher dem Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs entgegengesetzt ist, so dass der Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbe- reichs zumindest teilweise kompensiert oder überkompensiert wird. Der resultierende Schweißverzug ist somit steuerbar. Dabei ist die Kompensation im Teilbereich während des ersten Rundlaufs des ersten und zweiten Werkstücks durch eine erhöhte Strahlungsleistung im Teilbereich realisierbar, wobei in vorteilhafter Weise der Schweißprozess im Vergleich zum Stand der Technik keinerlei zusätz- liehe Zeit und/oder keinerlei zusätzlichen Rundläufe benötigt. Alternativ ist die
Kompensation im Teilbereich durch eine zusätzliche Strahlungsdosis im Teilbereich zu verwirklichen, welche in einem zweiten Rundlauf in den Teilbereich eingestrahlt wird. Dies hat zum Vorteil, dass keine erhöhte Strahlungsleistung notwendig ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Strahlungsleistung in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Drehbewegung derart geregelt wird, dass die Strahlungsleistung eine Pulsform aufweist, wobei die Pulslänge vorzugsweise einer Drehung des ersten und zwei- ten Werkstücks zwischen 500 bis 1200 Grad entspricht. Dabei die der aktive
Schweißbereich beim Ausrampen enthalten. Zu Anfang werden dabei vorhandene Spannungsspitzen aus den Vorbearbeitungsprozessen im ersten und/oder zweiten Werkstück abgebaut, während anschließend eine gleichmäßige Beanspruchung des ersten und zweiten Werkstücks erzielt wird, so dass der Verzug am Ende des Schweißprozesses in vorteilhafter Weise minimal bleibt. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schweißvorrichtung gemäß dem nebengeordneten Vorrichtungsanspruch. Hierbei wird eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück mittels der Detektion- seinheit detektiert oder das erste und zweite Werkstück während des Schweiß- Vorgangs gedreht, wobei der Schweißstrahl in Abhängigkeit der Drehbewegung eingestellt wird. Dies hat einerseits zum Vorteil, dass ein notwendiger Schweißverzug zur Korrektur bzw. zur Kompensation der Fehlstellung aus der Fehlstellung zu berechnen ist, welcher zur Einstellung der Schweißparameter in einem nachfolgenden Schweißprozess herangezogen wird. Die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung erlaubt somit nicht nur die Erzeugung einer festen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück, sondern darüberhinaus zusätzlich ein Richten der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück während des Schweißens, so dass ein Bauteil aus dem ersten und dem zweiten Werkstück mit einer gewünschten Außengeometrie vergleichsweise präzise herstellbar ist. Andererseits ist ein möglichst guter Rundlauf durch eine ständige Optimierung der Schweißleistung möglich. Ferner ist eine Reduzierung des benötigten Energiebedarfs zu erzielen. Diese Schweißvorrichtung eignet sich insbesondere zum Schweißen für längliche, insbesondere rohr- und/oder stangenartige Werkstücke, da sich hierbei eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück, bspw. durch nicht planparallele Fügeflächen der ersten und zweiten Werkstücke, besonders stark auswirkt. Ferner ist somit in vorteilhafter Weise ein vergleichsweise guter Planlauf des ersten und/oder zweiten Werkstücks auch bei nicht planparallelen Fügeflächen der Ausgangswerkstücke zu erzielen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Steuerung des Schweißkopfs und/oder einer Antriebsvorrichtung der Halterung zum gemeinsamen Bewegen des ersten und zweiten Werkstücks durch die Detektion- seinheit vorgesehen ist. Zur Berücksichtigung bzw. Korrektur der Fehlstellung wird, wie oben bereits detailiert ausgeführt wurde, der Schweißstrahl im Hinblick auf Strahlleistung, Fokussierung und/oder Strahlrichtung durch den Strahlkopf eingestellt und/oder die Relativposition bzw. Relativbewegung, d.h. insbesondere dem Drehwinkel, zwischen dem ersten und zweiten Werkstück einerseits und dem Schweißstrahl andererseits durch die Antriebsvorrichtung eingestellt, wobei zur Erzeugung des gewünschten Schweißverzugs der Strahlkopf und/oder die Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar durch die Detektionseinheit gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die De- tektionseinheit eine optische und/oder mechanische Detektionseinheit umfasst.
Besonders bevorzugt umfasst die optische Detektionseinheit eine Laserstrahloptik, welche zu einer vergleichsweisen präzisen Ermittlung der Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück verwendet wird. Alternativ umfasst die mechanische Detektionseinheit vorzugsweise eine taktile Detektion- seinheit, wobei die Fehlstellung„ertastet" bzw. durch Berührung ermittelt wird.
Ferner ist denkbar, dass der Verzug durch eine einfache Vermessung der Verformung des Werkstücks und/oder durch die Stellung der Werkstückhalterung detektierbar ist. Für einen Fachmann ist selbstverständlich, dass die Detektion des Verzugs auch mit jedem anderen geeigneten Verfahren ausführbar ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verbundteil aus einem ersten und einem zweiten Werkstück hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen
Figur 1 a ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahren gemäß dem Stand der Technik,
Figur 1 b ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figuren 2a, 2b schematische Seitenansichten von Schweißvorrichtungen gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figur 3 eine schematische Draufsicht einer Schweißvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Figuren 4a, 4b, 4c schematische Darstellungen der Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels des Schweißverfahrens gemäß einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Figur 5 eine schematische Darstellung der Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels des Schweißverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung In Figur 1a ist ein schematisches Blockbild eines typischen Schweißverfahrens gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wobei in einem ersten Schritt 1 ' zunächst ein erstes und ein zweites Werkstück in eine Halterung derart eingespannt werden, dass sie jeweils mit ihren Fügeflächen miteinander in Kontakt kommen. Anschließend werden in einem zweiten Schritt 3' das erste und das zweite Werkstück mittels einer Antriebsvorrichtung zu einer gemeinsamen Drehbewegung um eine Drehachse angeregt und der eigentliche Schwei ßprozess durchgeführt. Dabei wird ein Schweißstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, auf eine Kontaktstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück gerichtet, wobei durch die Drehbewegung der Schweißstrahl entlang des Umfangs der Kontaktstelle wandert und somit eine Schweißnaht entlang des Umfangs erzeugt wird, so dass eine feste und vollständig umlaufende Schweißverbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück hergestellt wird.
In Figur 1 b ist ein schematisches Blockbild eines Schweißverfahrens gemäß ei- ner ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das erfindungsgemäße Schweißverfahren dem in Figur 1 a illustrierten Schweißverfahren ähnelt, wobei nach dem Einspannen des ersten und zweiten Werkstücks in die Halterung im ersten Verfahrensschritt 1 zunächst ein notwendiger bzw. gewünschter Schweißverzug in einem zweiten Verfahrensschritt 2 ermittelt wird. Dazu wird der Verbund aus erstem und zweitem Werkstück mittels einer Detekti- onseinheit vermessen und eine unerwünschte bzw. zu korrigierende Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück detektiert. Dabei wird insbesondere die Ist-Anordnung aus erstem und zweitem Werkstück detektiert und mit einer Soll-Anordnung verglichen. Anhand der detektierten Fehlstellung wird ein notwendiger Schweißverzug berechnet, welcher zur Kompensation der detektier- ten Fehlstellung notwendig ist, so dass die Anordnung aus erstem und zweitem Werkstück nach Vollendung des Schweißprozesses der Soll-Anordnung entspricht. Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt 3 der Verbund aus erstem und zweitem Werkstück zur Drehbewegung um die Drehachse angeregt und der Schwei ßprozess gestartet. Der Schweißprozess und die Drehbewegung des Verbunds werden dabei in Abhängigkeit des berechneten Schweißverzugs derart durchgeführt, dass nach Beendigung des Schweißprozesses die Fehlstellung durch einen resultierenden Schweißverzug gerade kompensiert wird, wobei vorzugsweise die Strahlungsleistung und/oder die Drehbewegung des Verbunds aus erstem und zweiten Werkstück in Abhängigkeit des ermittelten Schweißverzugs gesteuert wird. Zur Erzeugung dieses Schweißverzugs wird insbesondere die Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Ausgangswinkels zwischen dem Verbund und dem Schweißstrahl gesteuert. In den Figuren 2a und 2b sind schematische Seitenansichten von Schweißvorrichtungen gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Schweißvorrichtungen zur Durchführung eines in Figur 1 b dargestellten Schweißverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind. Die erste Ausführungs- form dargestellt in Figur 1 b umfasst ein ersten und ein zweites Werkstück 10, 1 1 , welche in einer Halterung 12 gehalten werden. Die Haupterstreckungsrichtung des ersten Werkstücks 10 und die Haupterstreckungsrichtung des zweiten Werkstücks 1 1 weisen dabei einen Winkel zueinander auf, welcher ungleich 180 Grad ist, d.h. dass das erste und das zweite Werkstück 10, 1 1 nicht exakt parallel zu- einander ausgerichtet sind. Dies kann bspw. durch nicht planparallele Fügeflächen des ersten und zweiten Werkstücks 10, 1 1 bedingt sein. Die Abweichung zwischen der Orientierung des ersten und des zweiten Werkstücks 10, 1 1 wird im Folgenden als Fehlstellung bezeichnet. Diese Fehlstellung wird mittels einer nicht dargestellten Detektionseinheit, bspw. eine Laserstrahloptik, ermittelt und unter Berücksichtigung dieser ermittelten Fehlstellung ein Schweißverzug berechnet, welcher dazu geeignet ist nach Vollendung des Schweißprozesses die Fehlstellung gerade zu kompensieren. In den Kontaktbereich 13 zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 10, 1 1 wird nun ein Schweißstrahl 14 von einem nicht dargestellten Schweißkopf eingestrahlt, so dass das erste und das zweite Werkstück 10, 1 1 im Kontaktbereich 13 miteinander verbunden werden. Das ers- te und das zweite Werkstück 10, 1 1 werden dabei von einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung zu einer gemeinsamen Drehbewegung 15 um eine Drehachse 16 angetrieben. Die Strahlungsleistung des Schweißstrahls 14 und die Drehbewegung 15 werden dabei in Abhängigkeit des berechneten Schweißverzugs eingestellt, um gleichzeitig zur Erzeugung der Schweißverbindung einen resultierenden Schweißverzug im Kontaktbereich 13 zu erzeugen, welcher die Fehlstellung gerade kompensiert. In Figur 2b ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, welche im Wesentlichen der ersten Ausführungsform identisch ist, wobei das zweite Werkstück 1 1 ein quaderförmiges oder rundes Werkstück umfasst und wobei das erste Werkstück 10 zwischen dem zweiten Werkstück 12 und zwischen einer Halterung in Form eines seitlich elastischen Niederhalters 12' eingespannt ist. Der Niederhalter 12' ist gegenüber einer seitlichen Bewegung, d.h. senkrecht zur Drehachse 16 elastisch und fungiert gleichzeitig als Detektion- seinheit, wobei die Fehlstellung des ersten Werkstücks 10 gegenüber dem zwei- ten Werkstück 1 1 durch die seitliche Position des Niederhalters 12' gemessen wird. Die Fehlstellung ist somit null, wenn die seitliche Position des Niederhalters 12' genau oberhalb der Kontaktstelle bzw. auf der Drehachse 16 angeordnet ist.
In Figur 3 ist eine schematische Draufsicht einer Schweißvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen der in Figur 2a dargestellten ersten Ausführungsform entspricht und wobei die Schweißvorrichtung 1 in einer Draufsicht aus einer in Figur 2a durch den Pfeil 20 illustrierten Richtung abgebildet ist. Der Schweißstrahl 14 wird dabei auf die Kontaktstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück 10, 1 1 eingestrahlt und gleichzeitig der Verbund aus erstem und zweitem Werkstück um die Drehachse 16 relativ zum Schweißstrahl 14 um seine eigene Achse gedreht. Dabei wird eine Schweißnaht 21 erzeugt, welche sich entlang des Umfangs 22 des Verbunds erstreckt. Um eine feste Schweißverbindung zu erzielen ist die Schweißnaht 21 länger als der Umfang 22 ausge- bildet, so dass sich die Schweißnaht 21 im Anfangspunkt 23 nach einer vollständigen Drehung des Verbunds um 360 Grad mit sich selbst überdeckt. Der Bereich, in welchem sich die Schweißnaht 21 überdeckt, wird als Überlappungsbereich 17 bezeichnet. Der Schweißverzug ist üblicherweise in Richtung dieses Überlappungsbereichs 17 gerichtet. Um einen solchen Schweißverzug in Rich- tung des Überlappungsbereichs 17 zu reduzieren, ist eine in Figur 4c illustrierte Steuerung des Schweißstrahls 14 denkbar, wobei die Strahlungsleistung 24 des Schweißstrahls 14 im Überlappungsbereich 17 reduziert wird. In einer alternativen Ausführungsform ist denkbar, in einem dem Überlappungsbereich 17 relativ zur Drehachse 16 gegenüberliegenden Teilbereich 18 eine erhöhte Strahlungs- leistung 24' während der ersten Drehung des Verbunds einzubringen, wie dies in
Figur 4b illustriert ist. Der Teilbereich 18 beginnt bei einer Drehung von 180 Grad. Die erhöhte Strahlungsleistung 24' wirkt hierbei dem Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs 17 kompensatorisch entgegen. In einer weiteren Ausführungsform, dargestellt in Figur 4a, ist denkbar, dass in weiteren Drehungen des Verbunds, d.h. beispielsweise in einer Drehung zwischen 360 und 720 Grad, lediglich der Teilbereich 18 mit einer zusätzlichen Strahlungsdosis 24" bestrahlt wird. Durch diese zusätzliche Strahlungsdosis 24", welche im Wesentlichen in einem Bereich ab 540 Grad abgestrahlt wird, wird ebenfalls eine Kompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs er- zielt.
In Figuren 4a, 4b, 4c sind schematische Darstellungen der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 von Schweißverfahren gemäß einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der unterschiedliche Verlauf zur Strahlungsleistung in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 wurde bereits anhand der Figur 3 beschrieben, wobei in den Figuren 4a, 4c und 4b auf der Abszisse jeweils der Drehwinkel 25 in Grad und auf der Ordinate jeweils die Strahlungsleistung 24 bzw. die äquivalente Strahlungstemperatur aufgetragen ist. Ein Drehwinkel 25 von Null Grad entspricht dabei dem Anfangspunkt 23. Der in Figur 4a illustrierte Strahlungsverlauf umfasst eine gleichmäßige Strahlungsleistung 24 während der ersten Drehung (von 0 bis 360 Grad), wobei die Strahlungsleistung 24 im Überlappungsbereich 17 (zwischen 360 und ca. 400 Grad) auf Null reduziert wird und wobei zur Kompensation der Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17 während zweiten Drehungen (beispielsweise von 360 bis 900 Grad) außerhalb des Überlappungsund Teilbereich 17, 18 eine Strahlungsleistung 24 von null eingestellt wird und im Teilbereich 18 bzw. um den Teilbereich 18 herum (ca. zwischen 500 und 600 Grad) eine zusätzliche Strahlungsdosis 24" deponiert wird. Die Strahlungsleistung 24 der zusätzlichen Strahlungsdosis 24" ist vorzugsweise kleiner, als die während der ersten Drehung gleichmäßig eingestrahlte Strahlungsleistung 24. Der in Figur 4b illustrierte Strahlungsverlauf zeigt eine während der ersten Drehung insgesamt geringere Strahlungsleistung, welche lediglich im Teilbereich 18 kurzzeitig erhöht wird. Diese kurzzeitig erhöhte Strahlungsleistung 24' führt zu einer Kompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17. In Figur 4a ist eine verringerte Strahlungsleistung 24 dargestellt, so dass der Schweißverzug in Richtung des Überlappungsbereichs 17 insgesamt reduziert ist. Durch diese unterschiedlichen Verläufe der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit des Drehwinkels 25 ist je nach gewünschtem Schweißverzug eine teilweise oder exakte Kompensation oder eine Überkompensation des Schweißverzugs in Richtung des Überlappungsbereichs 17 einstellbar, so dass die Fehlstellung durch eine entsprechende Wahl der Strahlungsleistung 24 und/oder der Drehbewegung in gewünschter Weise während des Schweißverfahrens zu korrigieren ist.
In Figur 5 ist eine schematische Darstellung der Strahlungsleistung 24 in Abhängigkeit der Zeit 31 des Schweißverfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Strahlungsleistung 24 und die Strahlungszeit werden bei dem erfindungsgemäßen Schweißverfahrens, illustriert durch die Linie 30, hierbei in Abhängigkeit der Zeit 31 bzw. des Drehwinkels 25 geregelt. Die resultierende Pulslänge in Zeiteinheiten hängt von der im Prozess eingesetzten Drehgeschwindigkeit ab und erstreckt sich beispielsweise über 500 Grad. Zum Vergleich zeigt Figur 5 mit der Linie 32 ferner den Verlauf der Schweißleistung 24 in Abhängigkeit der Zeit 31 bei einem konventionellen Schweißprozess.

Claims

Ansprüche
Schweißverfahren, insbesondere Laserschweißverfahren, zum Verbinden eines ersten Werkstücks (10) mit einem zweiten Werkstück (1 1 ), wobei in einem ersten Verfahrensschritt (1 ) das erste und das zweite Werkstück (10, 1 1 ) miteinander in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Verfahrensschritt
(2) ein gewünschter Schweißverzug ermittelt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (3) das erste und das zweite Werkstück (10, 1 1 ) in Abhängigkeit des Schweißverzugs miteinander verschweißt werden, und/oder dass in einem dritten Verfahrensschritt (3) das erste und das zweite Werkstück (10, 1 1 ) um eine Drehachse (16) mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht werden und das erste und das zweite Werkstück (10, 1 1 ) in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit miteinander verschweißt werden.
Schweißverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt
(3) eine Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück (10, 1 1 ) detektiert wird, wobei der Schweißverzug in Abhängigkeit der Fehlstellung und insbesondere zur Kompensation der Fehlstellung ermittelt wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt der Schweißstrahl in Abhängigkeit des Schweißverzugs und/oder der Drehgeschwindigkeit eingestellt wird, wobei die Fokussierung, die Strahlzeit und/oder die Richtung des Schweißstrahls (14) relativ zum ersten und/oder zweiten Werkstück (10, 1 1 ) eingestellt werden.
4. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt ein entsprechende Drehwinkel in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißstrahl derart in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Bauteils eingestellt wird, dass eine im Wesentlichen gleichmäßige Energiedeposition im ersten und zweiten Bauteil erzielt wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt (3) nach einem vollständigen Rundlauf des ersten und zweiten Werkstücks (10, 1 1 ) ein Überlappungsbereich (17) erzeugt wird, wobei sich die Schweißnaht (21 ) im Überlappungsbereich (17) mit sich selbst überdeckt und wobei im dritten Verfahrensschritt (3) die Größe des Überlappungsbereichs (17) vorzugsweise in Abhängigkeit des Schweißverzugs eingestellt wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt (3) in einem dem Überlappungsbereich (17) bezüglich einer Drehung um 180 Grad gegenüberliegenden Teilbereich (18) eine erhöhte Strahlungsleistung (24') eingestellt wird und/oder eine zusätzliche Strahlungsdosis (24") eingebracht wird.
Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt die Strahlungsleistung (24') in Abhängigkeit der Zeit und/oder der Drehbewegung derart geregelt wird, dass die Strahlungsleistung (24') eine Pulsform aufweist, wobei die Pulslänge vorzugsweise einer Drehung des ersten und zweiten Werkstücks (10, 1 1 ) zwischen 600 bis 900 Grad entspricht.
Schweißvorrichtung mit einem Schweißkopf zur Erzeugung eines Schweißstrahls (14) und einer Halterung (12) für ein miteinander zu verschweißendes erstes und zweites Werkstück (10, 1 1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißvorrichtung eine Detektionseinheit zur Ermittlung einer Fehlstellung zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstück (10, 1 1 ) und/oder eine Steuerung einer Antriebsvorrichtung der Halterung (12) zum gemeinsamen Bewegen des ersten und zweiten Werkstücks (10, 1 1 ) vorgesehen ist.
Verbundteil aus einem ersten und einem zweiten Werkstück (10, 1 1 ) hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder hergestellt mit einer Schweißvorrichtung gemäß Anspruch 9.
EP11758212.2A 2010-09-30 2011-09-21 SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL Withdrawn EP2621663A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010041720A DE102010041720A1 (de) 2010-09-30 2010-09-30 Schweißverfahren, Schweißvorrichtung und Verbundteil
PCT/EP2011/066422 WO2012041747A1 (de) 2010-09-30 2011-09-21 SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2621663A1 true EP2621663A1 (de) 2013-08-07

Family

ID=44654124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11758212.2A Withdrawn EP2621663A1 (de) 2010-09-30 2011-09-21 SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9522441B2 (de)
EP (1) EP2621663A1 (de)
JP (1) JP6066911B2 (de)
CN (1) CN103228397B (de)
DE (1) DE102010041720A1 (de)
WO (1) WO2012041747A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009001986A1 (de) * 2009-03-30 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Schweißverfahren, Schweißvorrichtung und Verbundteil
CN102922235B (zh) * 2012-10-31 2015-03-11 宁波培源电器制造有限公司 六角轴整体制造方法
CN104117771B (zh) * 2014-08-04 2016-01-27 哈尔滨工业大学 一种能够减小对接焊缝角变形的装置及方法
JP6571924B2 (ja) * 2014-10-31 2019-09-04 三菱重工業株式会社 歪修正方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1333652A (en) 1971-01-04 1973-10-10 Grimma Masch App Veb Measuring and adjusting apparatus for misalignment between sheet-metal parts
US4270496A (en) * 1978-12-26 1981-06-02 Eaton Corporation Welded article and method of making same
JP2513075B2 (ja) * 1990-10-15 1996-07-03 三菱電機株式会社 光学機器のレ―ザ溶接方法
JP2001052778A (ja) 1999-08-06 2001-02-23 Hitachi Chem Co Ltd 異方導電性接着フィルムおよびその製造方法
JP3528746B2 (ja) * 2000-03-07 2004-05-24 株式会社デンソー 組み合わせ部材の溶接方法および製造方法並びにバルブ構造の製造方法
US7006958B2 (en) 2000-07-21 2006-02-28 Caterpillar Inc. Method for controlling distortion of a material during a weld process
JP2003066267A (ja) 2001-08-24 2003-03-05 Hitachi Ltd ファイバコリメータ、その製法、その製造装置、その製作用の制御プログラム、及びコリメータアレイ
JP3892747B2 (ja) * 2002-03-14 2007-03-14 富士通株式会社 レーザ溶接装置及び部品溶接方法
DE60305912T2 (de) * 2003-08-05 2007-02-01 Lasag Ag Verfahren zur Herstellung einer medizinischen Nadel
JP4157080B2 (ja) 2003-09-25 2008-09-24 Ｈｏｙａ株式会社 モールドプレス成形装置及び光学素子の製造方法
JP4438661B2 (ja) 2005-03-28 2010-03-24 富士通株式会社 溶接装置および部材把持機構
DE102006015383B4 (de) 2006-04-03 2016-12-15 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Laserverschweißung eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück
JP4889470B2 (ja) 2006-12-15 2012-03-07 三菱電機株式会社 製品組立方法
DE102007059262B4 (de) 2007-12-10 2015-04-30 Robert Bosch Gmbh Laserumfangsschweißverfahren sowie Kraftstoff-Einspritzventil
DE102008010976A1 (de) * 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Richten eines langgestreckten Bauteils
DE102008040785B4 (de) 2008-07-28 2018-02-01 Robert Bosch Gmbh Laserschweißverfahren
DE102009001986A1 (de) * 2009-03-30 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Schweißverfahren, Schweißvorrichtung und Verbundteil

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2012041747A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103228397B (zh) 2017-05-10
JP6066911B2 (ja) 2017-01-25
WO2012041747A1 (de) 2012-04-05
DE102010041720A1 (de) 2012-04-05
CN103228397A (zh) 2013-07-31
US9522441B2 (en) 2016-12-20
US20130256283A1 (en) 2013-10-03
JP2013539720A (ja) 2013-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010112266A1 (de) Schweissverfahren mit schweissen in abhängigkeit eines ermittelten schweissverzugs; schweissvorrichtung mit detektionseinheit zur ermittelung einer fehlstellung der werkstücke; verbundteil
EP2160266B1 (de) Verfahren zum Verbinden dickwandiger metallischer Werkstücke mittels Schweissen
DE102014117157B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Fügen von Werkstücken an einem Überlappungsstoß
EP2142333B1 (de) Vorrichtung zum bearbeiten einer oberfläche eines werkstücks mittels laserstrahlung
EP2691206B1 (de) Verfahren zur laserstrahlbearbeitung eines werkstücks
EP3256285A1 (de) Bestrahlungseinrichtung, bearbeitungsmaschine und verfahren zum herstellen einer schicht bzw. eines teilbereichs einer schicht eines dreidimensionalen bauteils
EP3041637A1 (de) Verfahren zur bearbeitung eines werkstücks mittels eines laserstrahls, laserwerkzeug, lasermaschine, maschinensteuerung
EP2310163A1 (de) Verfahren zum exzentrischen ausrichten eines laserschneidstrahls zu einer düsenachse und zum schrägschneiden; entsprechende laserbearbeitungskopf und laserbearbeitungsmaschine
EP3166747A1 (de) Verfahren zur herstellung einer werkstückfläche an einem stabförmigen werkstück
DE102014203025A1 (de) Verfahren zum Laserstrahlschweißen und Schweißkopf
EP0748268B1 (de) Verfahren zum vorbereiten der fügebereiche beschichteter werkstücke zum schweissen mit laserstrahlung und überlappstoss zum schweissen beschichteter werkstücke
WO2012041747A1 (de) SCHWEIßVERFAHREN, SCHWEIßVORRICHTUNG UND VERBUNDTEIL
EP0169564A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Biegen länglicher Werkstücke, insbesondere Rohre
EP3186031B1 (de) Verfahren zum einstechen in metallische werkstücke mittels eines laserstrahls sowie zugehörige laserbearbeitungsmaschine und computerprogrammprodukt
DE102012017130A1 (de) Laser-Rohreinschweißen
DE102004041847A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung zylindrischer Innenflächen
EP1629931B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserstrahl-Schweissen zum Fügen von Blechen, mit einem durch einen den Laserplasma erfassenden Sensor steuerbaren Spalt zwischen den Blechen
DE19608074A1 (de) Verfahren zum Schweißen von relativbewegten Werkstücken
DE10110692B4 (de) Schweißverfahren für zusammengesetzte Bauteile
EP3797890A1 (de) Verfahren zur herstellung dünnwandiger hohlprofile kleiner durchmesser aus ne-metallen
DE10020327A1 (de) Vorrichtung zur Bearbeitung von Werkstücken, Schweißverfahren zum Erzeugen einer in sich geschlossenen Schweißnaht und Verfahren zum Härten metallischer Werkstücke
EP3487657A1 (de) Verfahren zum erzeugen von schrägen vorsprüngen oder aussparungen an einer schnittflanke eines plattenförmigen werkstücks und zugehöriges computerprogrammprodukt
DE102008040785B4 (de) Laserschweißverfahren
EP3117950A1 (de) Optische einrichtung zur umformung von laserstrahlung
DE102020105505A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen zweier beschichteter Werkstücke

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130502

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20171222

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20191012