EP3154739A2 - Fügeverfahren - Google Patents

Fügeverfahren

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Publication number
EP3154739A2
EP3154739A2 EP15733332.9A EP15733332A EP3154739A2 EP 3154739 A2 EP3154739 A2 EP 3154739A2 EP 15733332 A EP15733332 A EP 15733332A EP 3154739 A2 EP3154739 A2 EP 3154739A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpieces
film
joint
workpiece
joined
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Withdrawn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
EP15733332.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Behr
Dietrich Faidel
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.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich 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 Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP3154739A2 publication Critical patent/EP3154739A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B23K26/206—Laser sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/009—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a non-absorbing, e.g. transparent, reflective or refractive, layer on the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass
    • B23K37/04—Auxiliary devices or processes, not specially adapted for a procedure covered by only one of the other main groups of this subclass for holding or positioning work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/08—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of welds or the like
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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/14—Titanium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a joining method.
  • the laser beam welding method is known as a joining method in which the energy is supplied to the workpieces or components to be joined via a laser.
  • the process is used to weld components that must be joined with high welding speed, narrow and slim welds and low thermal distortion.
  • the laser welding or laser beam welding is usually carried out without feeding a filler material.
  • non-positive clamping or fixing devices are used for fixing the components.
  • a pressure-sensitive adhesive was additionally inserted between the two sheets.
  • the method consists of a combination of pressure-sensitive adhesive tape assembly between the two sheets arranged in the lap joint and a subsequent laser beam welding in addition to the pressure-sensitive adhesive tapes.
  • the tape was first glued to the surface of a component. Then, the second component was arranged in overlap on the first component and fixed by the present between the components adhesive film. The welding took place afterwards. Due to the immediate adhesion of the double-sided adhesive tapes, the sheets are geometrically fixed.
  • An object of the invention is therefore to provide a method with the workpieces such.
  • B. metallic or non-metallic films gap-free in a simple manner can be joined together.
  • a laser beam welding method is to be provided, with which thin foils or sheets can be joined without gaps to themselves or to other workpieces. It should be dispensed with costly and time-consuming clamping devices - and methods, especially when three-dimensional geometries are to be created.
  • the method for gap-free joining of two workpieces is characterized by the steps: a. the workpieces to be joined are brought into contact with each other, so that a joint is formed, b. the joint is geometrically fixed by a film, c. the workpieces are joined together.
  • a joint is formed by bringing two workpieces into contact with each other until they overlap or are in the form of an I joint.
  • I-jointed workpieces may, but need not be in direct physical contact with each other. Contacting each other in this sense means that the workpieces are brought into contact with each other close enough to ensure that a joint is formed between the workpieces and a joining process with a chance of success can be used to join the workpieces.
  • the movie can be continued after step c. be removed from the surface of the workpieces.
  • workpiece further includes in particular but not exclusively metallic foils and sheets, and non-metallic workpieces, provided that they are joined with a joining method according to the invention.
  • bringing workpieces into contact with each other optionally means that the joint consists of two Ends a single mechanically flexible workpiece, such.
  • B. a film can be formed. In the case of a thin film, this may be for the purposes of the invention z. B. are rolled up into a tube, so that two ends of the same film abut each other (I-push) or overlap. As a result, the joint is formed and fixed from two surfaces of a single workpiece.
  • step a. and step b. be interchanged.
  • step b. before step a. takes place the surface forming a joint of a first workpiece is first fixed and then at least a second workpiece brought into contact with the first workpiece and fixed with the film. It is conceivable and, of course, also feasible to first weld one of the workpieces peripherally on the surface with a film and then to perform step a. perform. The film is then first overlapped on one of the workpieces, and then the second work piece is brought into contact with the first work piece and fixed with the free part of the adhesive film. Other workpieces can be brought in this way in multi-layer impact with each other. There are therefore different approaches to bring the workpieces into contact with each other.
  • the workpieces are brought into overlapping contact with each other. Then, a workpiece overlaps the other workpiece preferably marginally, so that virtually a workpiece at the edge of the upper workpiece and a workpiece forms the corresponding lower.
  • the film is arranged on the surface of the workpieces and fixes the joint geometrically, so that the workpieces remain in their intended form during the joining process.
  • the joint is fixed in the overlap area, ie on the surface of the workpieces, with the film. There is no film between the workpieces, as in the prior art, but only on the surface of the workpieces.
  • this ensures a particularly simple fixation of the workpieces to be joined to one another.
  • This measure has the particularly advantageous effect that a gap-free joining method can be used and, if appropriate, the film can also be removed again.
  • the material of one of the two workpieces is no longer available as useful area for later applications.
  • the workpieces are brought into abutment with each other in contact and formed there the joint (I-shock). Then the entire material of both workpieces is available as usable area for later applications.
  • the joint formed between the workpieces is formed in the joint of the workpieces in contact with each other, so over the faces of the workpieces, z. B. sheets.
  • the workpieces can be z. B. in the same plane to each other. Then they lie virtually flat next to each other and the film is arranged on the surface of the workpieces for geometrically fixing the joint.
  • the workpieces can also be angled to each other, then they are z. B. at a right angle to each other.
  • any pipe cross-sections can be made, for. B. square tubes, round tubes and so on.
  • impact means that the surfaces to be joined of the workpiece (s) only come into contact with one another at their end faces. There are then no overlap of two or more workpieces. In this case, there are no lower or upper surface of a workpiece between at least two of the joined workpieces, but both workpieces to be joined are either flat in the same plane or angled towards each other. In this case, too, there is advantageously a gap-free joining method, since the film for fixing is present only on the surface of the workpieces, but not between the workpieces.
  • Another embodiment relates to the formation of a tube. This is either in the overlap area or on impact from a single mechanically flexible workpiece, such. B. formed a metallic foil.
  • the fixation of the joint with a film is therefore possible in various ways.
  • film is advantageously saved as a fixing agent while maintaining the geometric shape of the joint.
  • this measure has the advantageous effect of freeing up the choice of the joining method and of being able to use other joining methods in addition to laser beam welding methods.
  • Some films are known to have insulating properties, e.g. B. Scotch tape ®. Then some joining methods may not be performed on the fixed areas of the joint, for. B. should there no electron beam welding can be applied.
  • Adhesive film or adhesive film (transpaLaserstrahlsch spabacter the rent, insulating) entire joint, possibly the entire joint is fixed further joining methods, such.
  • Adhesive film or adhesive film (transpa laser beam welding process on the rent, insulating) entire joint;
  • the joint is only partially fixed electron beam welding, microplasma welding, arc welding, etc. at the non-fixed points of the joint
  • Adhesive film or adhesive film (non-electron beam welding, microplas transparent, insulating) welding, arc welding to the entire joint is fixed to the entire joint
  • Adhesive film or adhesion film (non-electron beam welding, microplas transparent, insulating) welding, arc welding to the joint is only partially fixed to the entire joint;
  • non-transparent films according to the last two lines in the table are locally removed by the process heat of the joining process, for. B. by evaporation.
  • the joint is fixed by means of a transparent adhesive film.
  • a transparent adhesive film such as As Tesafilm
  • Tesafilm the properties of a laser beam is not affected.
  • the laser beam first penetrates the Tesafilm ® or other optically transparent films uninfluenced and joins the workpieces at the joint without gaps.
  • the laser can be used particularly advantageously in combination with the adhesive film fixing since the optically clear, transparent film or the film is penetrated by the laser radiation without being influenced.
  • Adhesive films require tensioning over the corner by redirecting the force. They are only loadable on train. Transparent films on the role as DeCeFix ® can also be used.
  • Laser beam are to be added, were added by means of transparent adhesive film or adhesive film for processing by means of joining processes such as primarily laser beam welding, since the laser beam penetrates the optically transparent film and melts the workpieces.
  • Non-transparent adhesive and adhesion films have also been used with electron beam and micro-plasma welding, possibly also with an arc welding process, in order to add workpieces according to the invention.
  • laser beam welding methods can not be used.
  • films were joined together as workpieces with the method according to the invention, in which a film is vaporized during the joining process before the jet or the arc or the plasma melts the workpieces underneath. This means that all films and joining methods can be freely combined with each other.
  • a combination of laser beam welding is applied with a superficially with adhesive film or adhesive film fixed joint.
  • the laser beam first passes through the transparent film and then hits the joint. Again, there is no film between the workpieces, so that a gap-free joining is made.
  • metal-free and non-metallic films and sheets of 0.005 mm to 5 mm thickness have already been joined together without any gaps by the method according to the invention.
  • the workpieces can have any thickness, that is, from 0.005, 0.006, 0.007, ... 4.997, 4.998, 4.999 to about 5 mm.
  • the dimensions of the width and height of the sheets and films are not subject to any restrictions per se.
  • the fixation and clamping problems customary in the prior art have been dispensed with in the case of large-area workpieces, so that positive-locking fixing can be provided for the first time as an alternative to conventional clamping technology.
  • the method according to the invention can be used in particular in prototype construction with variable component geometries.
  • the workpieces can also be arranged on substrates and fixed with film, in which the substrate transmits its shape to the workpieces.
  • Workpieces produced by the method according to the invention consist in particular of a film in which the film is present in a gap-free manner with itself, e.g. B. thin tubes. These are z. B. usable as a scintillation tube.
  • the workpieces according to the invention are, in particular, a small tube in which the ends of the film are overlapping or butt-jointed (I-butt).
  • the length can z. B. between 10-50 mm with a diameter of 1- 10mm.
  • the tubes according to the invention thus consist in particular of a thin-walled, in particular metallic, aluminum or beryllium foil which has a thickness of between 0.005 and 5 mm.
  • the workpieces or the film can have any thickness of 0.005, 0.006, 0.007, ... 4.997, 4.998, 4.999 to about 5 mm and assume any intermediate value. With respect to the dimensions of the width and height of the sheets and foils, these in turn are not subject to any restrictions per se.
  • the film is then without gaps before joining itself.
  • Figure 1 Stoßfix mich two different thick workpieces at right angles to each other.
  • Figure 2 Stoßfixtechnik two equally thick workpieces in the same plane.
  • Figure 3 Stoßfix réelle two workpieces from a single film for pipe production.
  • Figure 4 Gölappfixtician two workpieces from a single film for pipe production.
  • Figure 5 over-corner joining three sheets.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of the joining method according to the invention. Shown is the cross section through a hollow body 14 on one of its flanks.
  • the hollow body consists of 3 mm thick sheet metal.
  • the workpiece 13 is arranged as a thin film and geometrically the joint 16 with film 12 has been fixed over-corner.
  • the thin film 13 is 0.5 mm thick.
  • the base of the hollow body or the film is 2.6 x 2.9 m.
  • the film and the hollow body are the workpieces to be joined.
  • FIG. 1 shows the so-called corner joint, with which the two workpieces 13 and 14 have been brought into contact with each other.
  • Hollow body 14 has the following dimensions: width x height x depth 2600 x 3 x 2900 mm.
  • the two workpieces 13 and 14 are connected to each other at the joint over-corner with the film 12 over the entire joint.
  • the joint 16 is arranged, which is correspondingly geometrically fixed with the transparent adhesive film 12 over its entire length.
  • the sheet 14 may be referred to as a bottom sheet and the sheet 13 as a top sheet.
  • the two workpieces are fixed at right angles to each other.
  • the workpieces are joined by a laser beam method or an electron beam method, a plasma or an arc-based welding method, here represented by reference numeral 11.
  • a very thin film 13 is mechanically fixed over the film at right angles with the thicker sheet 14.
  • the free ends or sides of the sheets 13, 14th may also be fixed in this way or mechanically fixed with hold-downs.
  • the adhesive film 12 is only partially at the joining point, here the corner joint on workpiece 13 and 14, respectively.
  • the indicated in cross section Figure 1 to the two workpieces 13 and 14 is then fixed over its length by a plurality of short adhesive strips 12 together.
  • the joining method is identical to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 2 shows a cross section of an exemplary embodiment of the so-called I-joint.
  • the two thin sheets 23, 24 are arranged on a steel sheet 25 made of copper as a substrate. At the point where the two plates 23, 24 collide, the joint is present as a so-called I-shock.
  • the joint 26 has been fixed with a transparent adhesive film 22 over the entire length.
  • the unfixed regions of the sheets 23, 24 may also be present fixed with foil of a foil or mechanically fixed with hold-downs.
  • a laser beam method an electron beam method or a plasma arc-assisted joining method can be used as a joining method.
  • the adhesive film 22 is not arranged on the entire longitudinal side of the I-shock but only sequentially. In this case, in the non-adhesive film 22 fixed areas of the joint, a further joining process, such as an electron beam, plasma or arc-based welding method can be applied.
  • FIG. 3 shows a cross section through a thin film 33, 34 that has been rolled up on a shaping substrate 35.
  • the film was wound on a support cylinder 35 of sufficient stability to support the workpieces of steel, or of non-metallic or other metallic material.
  • the two ends 33, 34 form the workpieces to be joined, and are arranged on the I-joint to each other. There is no overlapping area.
  • the two ends 33, 34 are also not in direct physical contact with each other or are arranged directly to each other so that they just touch.
  • the joint 36 which is formed is fixed by means of a transparent adhesive film 32, or generally speaking, a fixing film.
  • a carrier tube 35 is also to be used.
  • a laser beam welding method or an electron beam welding method, or a plasma arc welding method is preferably used.
  • the through-welding over the entire film thickness is only possible if a groove below the joint is present in the support tube 35. Groove and joint are identical in this embodiment and designated by reference numeral 36. Otherwise, there is a weld, that is, a connection of the film to the support tube.
  • FIG. 4 shows, like FIG. 3, an exemplary embodiment for producing thin tubes, in which, unlike FIG. 3, the free ends 43, 44 are arranged in overlap. This means that the free end 43 of the film overlaps the free end 44 at the joint 46.
  • This joint 46 is characterized by a fixing or Adhesive film 42, which is transparent, mechanically fixed over its entire longitudinal side.
  • the joining method preferably consists of a laser beam welding method, or an electron beam method, a plasma arc-assisted welding method.
  • the thin sheet or the film 43, 44 is wound on the carrier tube or carrier cylinder 45 as indicated above, so that the flanks 43, 44 to be welded overlap.
  • the through-welding of the upper part 43 of the film in the lower film 42, takes place at the overlap or at the throat (special case: fillet weld at the lap joint).
  • thin-walled tubes were already made from 0.015 mm to 0.005 mm thick aluminum or beryllium foil. These tubes have been successfully tested as a scintillation chamber in accelerators.
  • Sixth Embodiment Figure 5 shows in cross-section a three-sheet connection of the sheets 53, 54 and 58.
  • the material is made of chrome-nickel steel.
  • the sheets are fixed over the corner over the film 52.
  • the round clamp is the joint 56 again.
  • the laser 51 is moved across the joint according to the dotted line as an I-seam on the multi-sheet joint and inserts the sheets together accordingly. However, the laser can also be moved perpendicularly to produce an end seam.
  • Such compounds are referred to as a multi-sheet compound of at least 2 sheets in one setting.
  • the sheets typically have a thickness of 0.1 to 2 mm and they are usually joined together in up to four layers.
  • reference numerals 16, 26, 36 and 46, 56 respectively indicate the location of the joint.

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Abstract

Ein Verfahren zum spaltfreien Fügen zweier Werkstücke wird bereitgestellt. Es sieht die nachfolgenden Schritte vor: a. die zu fügenden Werkstücke werden miteinander in Kontakt gebracht, so dass eine Fügestelle gebildet wird, b. die Fügestelle wird durch einen Film geometrisch fixiert, c. die Werkstücke werden spaltfrei gefügt, wobei der Schritt a. und der Schritt b. miteinander vertauscht sein können.

Description

B e s c h r e i b u n g Fügeverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Fügeverfahren. Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist das Laserstrahlschweißverfahren als ein Fügeverfahren bekannt, bei dem die Energiezuführung in die zu fügenden Werkstücke bzw. Bauteile über einen Laser erfolgt. Das Verfahren wird zum Verschweißen von Bauteilen eingesetzt, die mit hoher Schweißgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweißnahtform und mit geringem thermischem Verzug gefügt werden müssen. Das Laserschweißen oder Laserstrahlschweißen wird in der Regel ohne Zuführung eines Zusatzwerkstoffes ausgeführt. Für die Fixierung der Bauteile werden kraftschlüssige Spann- oder Fixiervorrichtungen verwendet. Es gibt sogenannte Universalspannvorrichtungen und bauteilange- passte Spanntechniken, die im Prototypenbau angewendet werden. Diese sind teuer und aufwändig.
Nach dem Stand der Technik versucht man bei dünnwandigen Bauteilen die durch- gängig spaltfreie Fixierung der zu verschweißenden Teile miteinander mit mechanischen Spannvorrichtungen wie Niederhaltern, Niederhalteschienen und dergleichen mehr oder auch mittels einer Unterdruckspannvorrichtung, z. B. mittels Ansaugen der Bauteile, auf eine Spannfläche, zu erreichen. Nachteilig ist es dabei, dass stets ein Mindestabstand zwischen den Spannelementen und der Fügezone eingehalten wer- den muss, um die Fügezone für den Fügeprozess zugänglich zu halten.
Ferner ist es nachteilig, dass diese bauteilgeometrieabhängigen oder verstellbaren mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch wirkenden Spannvorrichtungen einen hohen technischen Aufwand in der Fertigung erfordern und sehr kostspielig sind, insbesondere beim Fügen komplexer dreidimensionaler Konturen, denn hierfür müs- sen sehr aufwendige und kostspielige Fixiervorrichtungen hergestellt werden. Das Verschweißen von metallischen Folien und nichtmetallischen, schweißbaren Werkstoffen auf dickwandige Bauteile oder auch miteinander, verursacht somit nachteilig einen erheblichen Aufwand bei der Bauteilfixierung. Dieser Aufwand wird noch größer, wenn 2- oder 3-dimensional gekrümmte Flächen zu fügen sind. Aus Reisgen et al. ist ein Hybrid-Laserstrahlschweißverfahren bekannt (Uwe Reisgen, Klaus Dilger, Simon Olschok, Nikolaus Wagner, 2009. Application of pressure- sensitive adhesive Systems in laser-beam-welding of lap joints. 28. International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO). Orlando, FL, USA.). Bei dieser Form des Schweißens wurde zusätzlich ein Haftklebstoff zwischen den beiden Blechen eingesetzt. Das Verfahren besteht dabei aus einer Kombination von Haftklebebandmontage zwischen den zwei im Überlappstoß angeordneten Blechen und einem anschließenden Laserstrahlschweißen neben den Haftklebebändern. Das Band wurde dabei zunächst auf die Oberfläche eines Bauteiles geklebt. Sodann wurde das zweite Bauteil im Überlapp auf das erste Bauteil angeordnet und durch die zwischen den Bauteilen vorliegende Klebfolie fixiert. Das Schweißen erfolgte im Nachgang. Durch die Soforthaftung der doppelseitigen Klebebänder werden die Bleche geometrisch fixiert. Durch die geeignete Wahl der Klebebanddicke wird ein definierter Spalt zwischen den Blechen eingestellt, der eine zuverlässige Entgasung von Zinkdampf durch den Klebestreifen hindurch erlaubt. Nachteilig ist es auch mit dieser Technologie nicht möglich flexibel Bauteilflächen miteinander zu fixieren und spaltfrei zu fügen.
Aufgabe der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Werkstücke wie z. B. metallische oder nichtmetallische Folien spaltfrei auf einfache Weise miteinander gefügt werden können. Es soll insbesondere ein Laserstrahlschweißverfahren bereitgestellt werden, mit dem dünne Folien oder Bleche mit sich selbst oder mit anderen Werkstücken spaltfrei gefügt werden können. Dabei soll auf kostenträchtige und zeitintensive Spannvorrichtungen - und Verfahren verzichtet werden, insbesondere wenn dreidimensionale Geometrien erschaffen werden sollen.
Lösung der Aufgabe Die Aufgabe wird gelöst mit dem Verfahren nach Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen hierzu.
Beschreibung der Erfindung
Das Verfahren zum spaltfreien Fügen zweier Werkstücke, ist gekennzeichnet durch die Schritte: a. die zu fügenden Werkstücke werden miteinander in Kontakt gebracht, so dass eine Fügestelle gebildet wird, b. die Fügestelle wird durch einen Film geometrisch fixiert, c. die Werkstücke werden miteinander gefügt.
Eine Fügestelle wird durch das Heranführen und in Kontaktbringen zweier Werkstü- cke zueinander gebildet, bis diese überlappen oder als I-Stoß vorliegen. Als I-Stoß vorliegende Werkstücke können, müssen aber nicht in unmittelbaren physischen Kontakt miteinander stehen. Miteinander in Kontakt bringen bedeutet in diesem Sinne, dass die Werkstücke nahe genug miteinander in Kontakt gebracht werden, um zu gewährleisten, dass zwischen den Werkstücken eine Fügestelle gebildet wird und ein Fügeverfahren mit Aussicht auf Erfolg zum Verbinden der Werkstücke angewendet werden kann.
Der Film kann im Nachgang zu Schritt c. von der Oberfläche der Werkstücke entfernt werden. Es werden mindestens zwei miteinander zu verbindende Werkstücke, wie z. B. Bleche, Folien und dergleichen mehr gefügt.
Der Begriff„Werkstück" umfasst ferner insbesondere aber nicht ausschließlich metallische Folien und Bleche, und nichtmetallische Werkstücke, sofern diese mit einem erfindungsgemäßen Fügeverfahren gefügt werden. Der Begriff„Werkstücke miteinander in Kontakt bringen" bezeichnet im Sinne der Erfindung optional, dass die Fügestelle aus zwei Enden eines einzigen mechanisch flexibel handhabbaren Werkstückes, wie z. B. einer Folie gebildet werden kann. Im Falle einer dünnen Folie kann diese im Sinne der Erfindung z. B. zu einem Rohr aufgerollt werden, so dass zwei Enden ein und derselben Folie aneinander stoßen (I-Stoß) oder überlappen. Dadurch wird die Fügestelle aus zwei Flächen eines einzigen Werkstückes gebildet und fixiert.
Erfindungsgemäß wird die Fügestelle zwischen den beiden Werkstücken an deren jeweiligen Oberflächen fixiert. Es liegt erfindungsgemäß kein Film, bzw. Fixierungsmittel zwischen den Werkstücken angeordnet vor, wie im Stand der Technik. Optional kann der Schritt a. und der Schritt b. miteinander vertauscht sein.
Sofern der Schritt b. vor dem Schritt a. erfolgt, wird die eine Fügestelle ausbildende Fläche eines ersten Werkstückes zunächst fixiert und sodann mindestens ein zweites Werkstück mit dem ersten Werkstück in Kontakt gebracht und mit dem Film fixiert. Es ist hierfür denkbar und selbstverständlich auch ausführbar, zunächst eines der Werk- stücke randständig an der Oberfläche mit einem Film zu versehep und sodann den Schritt a. durchzuführen. Der Film wird dann zunächst auf eines der Werkstücke überlappend befestigt und sodann das zweite Werkstück mit dem ersten Werkstück in Kontakt gebracht und mit dem freien Teil des Klebfilms fixiert. Weitere Werkstücke können auf diese Weise im Mehrlagenstoß miteinander in Kontakt gebracht werden. Es gibt demnach verschiedene Ansätze die Werkstücke miteinander in Kontakt zu bringen.
Die Werkstücke werden überlappend miteinander in Kontakt gebracht. Dann überlappt ein Werkstück das andere Werkstück vorzugsweise randständig, so dass quasi ein Werkstück am Rand das obere Werkstück bildet und ein Werkstück das entsprechende untere. Der Film ist auf der Oberfläche der Werkstücke angeordnet und fixiert die Fügestelle geometrisch, so dass während des Fügeverfahrens die Werkstücke in ihrer zugedachten Form verbleiben. Die Fügestelle wird im Überlappungsbereich, das heißt auf der Oberfläche der Werkstücke, mit dem Film fixiert. Es liegt kein Film zwischen den Werkstücken vor, wie im Stand der Technik, sondern nur auf der Oberfläche der Werkstücke.
Vorteilhaft wird dadurch eine besonders einfache Fixierung der zu fügenden Werkstücke zueinander gewährleistet. Es liegt vorteilhaft kein Film bzw. Fixierungsmittel zwischen den Werkstücken vor, so dass es sich hierbei um ein spaltfreies Fügeverfahren handelt. Diese Maßnahme bewirkt besonders vorteilhaft, dass ein spaltfreies Fügeverfahren angewendet werden kann und der Film gegebenenfalls auch wieder entfernt werden kann. Je nach der Breite des Überlappungsbereichs steht das Material eines der beiden Werkstücke nicht mehr als Nutzfläche für spätere Anwendungen zur Verfügung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden daher die Werkstücke auf Stoß miteinander in Kontakt gebracht und dort die Fügestelle gebildet (I-Stoß). Dann steht das gesamte Material beider Werkstücke als Nutzfläche für spätere Anwendungen zur Verfügung. Die gebildete Fügestelle zwischen den Werkstücken wird im Stoß der miteinander in Kontakt liegenden Werkstücke gebildet, also über den Stirnseiten der Werkstücke, z. B. Bleche. Die Werkstücke können dabei z. B. in derselben Ebene zueinander angeordnet vorliegen. Dann liegen sie quasi plan nebeneinander und der Film ist auf der Oberfläche der Werkstücke zur geometrischen Fixierung der Fügestelle angeordnet. Die Werkstücke können aber auch zueinander angewinkelt vorliegen, dann liegen sie z. B. in einem rechten Winkel zueinander vor. Selbstverständlich sind andere Geometrien im Rahmen der verwendeten Werkstücke möglich, sofern der fixierende Film eine ausreichende Haftkraft aufweist. Es können beispielweise beliebige Rohrquerschnitte hergestellt werden, z. B. Vierkantrohre, Rundrohre und so weiter. Auf Stoß bedeutet dabei, dass die zu fügenden Flächen des oder der Werkstücke nur an deren Stirnseiten miteinander in Kontakt treten. Es gibt dann keinen Überlapp zweier oder mehrerer Werkstücke. In diesem Fall gibt es zwischen mindestens zwei der gefügten Werkstücke auch keine untere bzw. obere Fläche eines Werkstücks, sondern beide zu fügenden Werkstücke liegen entweder plan in derselben Ebene oder abgewinkelt zueinander vor. Auch in diesem Fall liegt vorteil- haft ein spaltfreies Fügeverfahren vor, da der Film zur Fixierung nur auf der Oberfläche der Werkstücke angeordnet vorliegt, nicht aber zwischen den Werkstücken.
Es ist auch möglich, mindestens zwei Werkstücke, wie z. B. Bleche parallel zueinander in Kontakt zu bringen und quasi Über-Eck mit dem Film zu fixieren.
Eine weitere Ausführungsform betrifft die Ausbildung eines Rohres. Dieses wird entweder im Überlappungsbereich oder auf Stoß aus einem einzigen mechanisch flexibel handhabbaren Werkstück, wie z. B. einer metallischen Folie gebildet.
Die Fixierung der Fügestelle mit einem Film ist demnach auf verschiedene Weise möglich. So ist es vorteilhaft möglich, die Werkstücke im Bereich der Fügestelle nur teilweise das heißt sequentiell mit mindestens einem kurzen Filmstück zu fixieren. Hierdurch wird vorteilhaft unter Einhaltung der geometrischen Form der Fügestelle Film als Fixiermittel eingespart. Ferner wird durch diese Maßnahme vorteilhaft bewirkt, dass man bei der Wahl des Fügeverfahrens frei ist und neben Laserstrahlschweißverfahren auch andere Fügeverfahren anwenden kann. Einige Filme weisen bekanntermaßen isolierende Eigenschaft auf, z. B. Tesafilm®. Dann können an den fixierten Bereichen der Fügestelle gegebenenfalls einige Fügeverfahren nicht ausgeführt werden, z. B. sollte dort kein Elektronenstrahlschweißen angewendet werden können. Dennoch haben Versuche auch für diese Fälle gezeigt, dass die kinetische Energie der Elektronen ausreichend zu sein scheint um das Fügeverfahren mit Erfolg anzuwenden. Eine Übersicht über die Filme, die Art und Weise der Fixierung - teilweise oder vollständige Fixierung - sowie der angewendeten Fügeverfahren gibt die Tabelle an. Diese sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern werden auszugsweise als besonders relevante Verfahren angegeben. Film / Fixierung Fügeverfahren
Klebefilm oder Adhäsionsfilm (transpaLaserstrahlschweißverfahren an der rent, isolierend) gesamten Fügestelle, gegebenenfalls die gesamte Fügestelle wird fixiert weitere Fügeverfahren, wie z. B. Elektro- nenstrahlschweißen
Klebefilm oder Adhäsionsfilm (transpaLaserstrahlschweißverfahren an der rent, isolierend) gesamten Fügestelle;
die Fügestelle wird nur teilweise fixiert Elektronenstrahlschweißen, Mikroplas- maschweißen, Lichtbogenschweißen etc. an den nicht fixierten Stellen der Fügestelle
Klebefilm oder Adhäsionsfilm (nichtElektronenstrahlschweißen, Mikroplas- transparent, isolierend) maschweißen, Lichtbogenschweißen an die gesamte Fügestelle wird fixiert der gesamten Fügestelle
Klebefilm oder Adhäsionsfilm (nichtElektronenstrahlschweißen, Mikroplas- transparent, isolierend) maschweißen, Lichtbogenschweißen an die Fügestelle wird nur teilweise fixiert der gesamten Fügestelle;
Laserstrahlschweißverfahren an nicht fixierten Stellen der Fügestelle
Es ist möglich, an Stelle eines transparenten und isolierenden Klebefilms, wie z. B. Tesafilm®, vorteilhaft einen Adhäsionsfilm zu verwenden. Dieser gibt entsprechend der Tabelle Vorteile für einige Fügeverfahren an.
Es ist auch möglich, dass insbesondere die nicht-transparenten Filme gemäß der beiden letzten Zeilen in der Tabelle durch die Prozesswärme des Fügeverfahrens lokal entfernt werden, z. B. durch eine Verdampfung.
Besonders vorteilhaft wird die Fügestelle aber mittels eines transparenten Klebefilms fixiert. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass ein transparenter Klebefilm, wie z. B. Tesafilm , die Eigenschaften eines Laserstrahls nicht beeinträchtigt. Der Laserstrahl durchdringt erst den Tesafilm® oder andere optisch durchsichtige Filme unbeeinflusst und fügt die Werkstücke an der Fügestelle spaltfrei miteinander.
Der Laser kann besonders vorteilhaft in Kombination mit der Klebefilmfixierung ein- gesetzt werden, da die optisch klare, durchsichtige Folie bzw. der Film von der Laserstrahlung unbeeinflusst durchdrungen wird. Die Energieeinbringung durch
Schweißung erfolgt dabei nur auf den optisch undurchsichtigen unter dem Fixierfilm liegenden Flächen der zu fügenden Werkstoffe. Bei niedriger Streckenenergie bleibt der Film nahezu unbeeinflusst auch nach dem Fügen auf der Bauteiloberfläche. Bei erhöhter Wärmeeinbringung verdampft die Folie vorteilhaft bei Überschreiten der materialabhängigen Verdampfungstemperatur durch die entstehende Schweißprozesswärme. Ein Adhäsionsfilm kann nach dem Fügen sehr leicht entfernt werden, hat aber eine geringere lokale Fixierkraft.
Haftfilme benötigen das Spannen über Eck durch Umleiten der Kraft. Sie sind nur auf Zug belastbar. Transparente Filme auf der Rolle, wie DeCeFix® können ebenfalls verwendet werden.
Ein Klebefilm hingegen fixiert unmittelbar an der Fügestelle, muss aber gegebenenfalls mittels eines Lösemittels anschließend wieder entfernt werden, wenn die zu verschweißenden Bauteile sehr dünnwandig und damit instabil sind. Im Ergebnis gelingt besonders vorteilhaft eine Fixierung von Werkstücken auch der allerdünnsten zum Zeitpunkt der Patentanmeldung vorliegenden Bleche und Folien. So wurden bereits metallische Folien und Bleche von nur 0,005 mm bis zu 5 mm Dicke miteinander gefügt. Die Werkstücke können z. B. aus Aluminium oder Beryllium oder Titan bestehen. Andere Metalle sind ebenfalls möglich. Auch nichtmetallische Werkstoffe, wie z. B. Kunststoffe, die beispielweise mittels
Laserstrahl zu fügen sind, wurden mithilfe von durchsichtigem Klebefilm oder Adhäsionsfilm zur Bearbeitung mittels Fügeprozessen wie vornehmlich Laserstrahlschweißen bereits gefügt, da hier der Laserstrahl den optisch durchsichtigen Film durchdringt und die Werkstücke aufschmilzt. Es wurden auch nicht durchsichtige Klebe- und Adhäsionsfilme bereits mit Elektronenstrahl- und Mikroplasmaschweißen gegebenenfalls auch mit einem Lichtbogenschweißverfahren verwendet, um Werkstücke erfindungsgemäß zu fügen. Im Bereich der elektrischen Isolation durch einen Film, der nicht mehr optisch durchsichtig sein muss, können Laserstrahlschweißverfahren nicht angewendet werden. Auf der anderen Seite wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Folien als Werkstücke miteinander gefügt, bei denen während des Fügeverfahrens ein Film verdampft wird bevor der Strahl bzw. der Lichtbogen bzw. das Plasma die darunterliegenden Werkstücke aufschmilzt. Das heißt, dass alle Filme und Fügeverfahren miteinander frei kombinierbar sind.
Insbesondere bei dickeren Werkstücken mit mindestens 500 m Dicke, ist gewährleistet, dass die Fügezone ausreichend erwärmt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Kombination aus Laserstrahlschweißverfahren mit einer oberflächig mit Klebefilm oder Adhäsions- film fixierten Fügestelle angewendet. Der Laserstrahl durchtritt dabei zuerst den transparenten Film und trifft dann auf die Fügestelle. Wiederum befindet sich kein Film zwischen den Werkstücken, so dass ein spaltfreies Fügen vorgenommen wird.
Besonders vorteilhaft sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits spaltfrei metallische und nicht metallische Folien und Bleche von 0,005 mm bis 5 mm Dicke miteinander gefügt worden. Selbstverständlich können die Werkstücke dabei jede Dicke, das heißt von 0,005, 0,006, 0,007, ... 4,997, 4,998, 4,999 bis etwa 5 mm aufweisen. In Bezug auf die Abmessungen der Breite und Höhe der Bleche und Folien sind diese per se keinen Einschränkungen unterworfen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wurde dabei auf die im Stand der Technik übli- che Fixier- und Spannproblematik bei großflächigen Werkstücken verzichtet, so dass ein kraftschlüssiges Fixieren als Alternative zur herkömmlichen Spanntechnik erstmalig bereitgestellt werden kann.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere im Prototypenbau bei veränderlichen Bauteilgeometrien angewendet werden kann. Ferner können die Werkstücke auch auf Substraten angeordnet werden und mit Film fixiert werden, bei denen das Substrat seine Form auf die Werkstücke überträgt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstücke bestehen insbesondere aus einer Folie, bei der die Folie spaltfrei mit sich selbst gefügt vorliegt, z. B. dünne Rohre. Diese sind z. B. als Szintillationsröhrchen verwendbar.
Das erfindungsgemäße Werkstücke ist insbesondere ein Röhrchen, bei dem die Enden der Folie überlappend oder auf Stoß (I-Stoß) miteinander gefügt vorliegen. Die Länge kann z. B. zwischen 10-50 mm betragen bei einem Durchmesser von 1- 10mm. Die erfindungsgemäßen Rohre bestehen somit insbesondere aus einer dünnwandigen, insbesondere metallischen Aluminium- oder Berylliumfolie, die eine Dicke zwischen 0,005 bis 5 mm aufweist. Die Werkstücke bzw. die Folie kann dabei jede Dicke von 0,005, 0,006, 0,007, ... 4,997, 4,998, 4,999 bis etwa 5 mm aufweisen und jeden Zwischenwert annehmen. In Bezug auf die Abmessungen der Breite und Höhe der Bleche und Folien sind diese wiederum per se keinen Einschränkungen unterworfen. Die Folie liegt dann spaltfrei mit sich selbst gefügt vor.
Ausführungsbeispiele
Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass es hierdurch zu einer Beschränkung der Erfindung kommen soll.
Es zeigen:
Figur 1 : Stoßfixierung zweier unterschiedlich dicker Werkstücke im rechten Winkel zueinander.
Figur 2: Stoßfixierung zweier gleich dicker Werkstücke in derselben Ebene. Figur 3: Stoßfixierung zweier Werkstücke aus einer einzigen Folie zur Rohrfertigung. Figur 4: Überlappfixierung zweier Werkstücke aus einer einzigen Folie zur Rohrfertigung.
Figur 5: Über-Eck-Fügen dreier Bleche.
Erstes Ausführungsbeispiel: Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel zu dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren. Dargestellt ist der Querschnitt durch einen Hohlkörper 14 an einer seiner Flanken. Der Hohlkörper besteht aus 3 mm dickem Blech. Auf diesem ist das Werkstück 13 als eine dünne Folie angeordnet und geometrisch die Fügestelle 16 mit Film 12 Über-Eck fixiert worden. Die dünne Folie 13 ist 0,5 mm dick. Die Grundfläche des Hohlkörpers bzw. der Folie beträgt 2,6 x 2,9 m. Die Folie und der Hohlkörper sind die zu fügenden Werkstücke.
Die beiden Werkstücke mit den Bezugszeichen 14 und 13 werden in einem ersten Schritt miteinander in Kontakt gebracht. Figur 1 zeigt dabei den sogenannten Eckstoß, mit dem die beiden Werkstücke 13 und 14 miteinander in Kontakt gebracht worden sind. Bei Werkstück 13 handelt es sich um eine dünne Folie mit den nachfolgenden Abmessungen: Breite x Höhe x Tiefe =2600 x 0,5 x 2900 mm. Hohlkörper 14 weist folgende Abmessungen auf: Breite x Höhe x Tiefe 2600 x 3 x 2900 mm. Die beiden Werkstücke 13 und 14 sind am Stoß Über-Eck mit dem Film 12 über die gesamte Fügestelle hinweg miteinander verbunden. An dem Stoß der beiden Werkstü- cke 13 und 14 ist die Fügestelle 16 angeordnet, die entsprechend mit dem transparenten Klebefilm 12 über seine ganze Länge hinweg geometrisch fixiert vorliegt. Das Blech 14 kann als ein Unterblech und das Blech 13 als ein Oberblech bezeichnet werden. Die beiden Werkstücke liegen im rechten Winkel zueinander fixiert vor.
Die Werkstücke werden mit einem Laserstrahlverfahren oder einem Elektronen- strahlverfahren, einem Plasma- oder einem Lichtbogen gestützten Schweißverfahren, hier mit Bezugszeichen 11 dargestellt, gefügt.
Im Ergebnis wird eine sehr dünne Folie 13 im rechten Winkel mit dem dickeren Blech 14 mechanisch über den Film fixiert. Die freien Enden bzw. Seiten der Bleche 13, 14 können ebenfalls auf diese Weise fixiert vorliegen oder mechanisch mit Niederhaltern fixiert sein.
Zweites Ausführungsbeispiel:
In einer ersten Variante zu Figur 1 wird der Klebefilm 12 nur teilweise an der Füge- stelle, hier den Eckstoß an Werkstück 13 und 14, angeordnet. Die im Querschnitt angezeigte Figur 1 zu den beiden Werkstücken 13 und 14 ist dann über ihre Länge durch eine Mehrzahl an kurzen Klebsteifen 12 miteinander fixiert. Das Fügeverfahren ist im Übrigen identisch zum ersten Ausführungsbeispiel.
Drittes Ausführungsbeispiel: Figur 2 zeigt im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel zum sogenanntem I-Stoß. Die beiden dünnen Bleche 23, 24 sind identisch. Sie weisen folgende Abmessungen auf: Breite x Höhe x Tiefe = 2000 x 0,5 x 1500 mm. Die beiden dünnen Bleche 23, 24 sind auf einem Stahlblech 25 aus Kupfer als Substrat angeordnet. An derjenigen Stelle, an der die beiden Bleche 23, 24 zusammenstoßen liegt die Fügestelle als sogenannter I-Stoß vor. Die Fügestelle 26 ist mit einem transparenten Klebefilm 22 über die gesamte Länge hinweg fixiert worden. Optional können die nicht fixierten Bereiche der Bleche 23, 24 auch mit Folie einer Folie oder mechanisch mit Niederhaltern fixiert vorliegen. Als Fügeverfahren kann wiederum ein Laserstrahlverfahren, ein Elektronenstrahlverfahren oder aber ein Plasma- bzw. Lichtbogen gestütztes Fügeverfahren angewendet werden.
Viertes Ausführungsbeispiel:
Als eine Variante dieses Ausführungsbeispiels ist der Klebefilm 22 nicht an der gesamten Längsseite des I-Stoßes angeordnet sondern nur sequentiell. In diesem Fall kann in den nicht durch Klebefilm 22 fixierten Bereichen der Fügestelle auch ein weiterer Fügeprozess, wie beispielsweise ein Elektronenstrahl, Plasma- oder Lichtbogen gestütztes Schweißverfahren angewendet werden. Fünftes Ausführungsbeispiel:
Die Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine dünne Folie 33, 34, die auf einem formgebenden Substrat 35 aufgerollt wurde. Die dünne Folie weist folgende Abmessungen in Planebene auf: Breite x Höhe (bzw. Dicke) x Tiefe = 300 x 0,01 x 53 mm. Die Folie wurde auf einen Trägerzylinder 35 ausreichender Stabilität zum Tragen der Werkstücke aus Stahl, oder aus nicht-metallischem oder anderem metallischen Material aufgewickelt. Die beiden Enden 33, 34 bilden die zu fügenden Werkstücke aus, und sind am I-Stoß zueinander angeordnet. Es gibt keinen überlappenden Bereich. Die beiden Enden 33, 34 liegen auch nicht in unmittelbaren physischen Kontakt mit- einander vor oder sind unmittelbar zueinander angeordnet, so dass sie sich gerade berühren. Die Fügestelle 36, die dabei entsteht, wird über einen transparenten Klebefilm 32, bzw. im Allgemeinen gesprochen, einer Fixierfolie, fixiert. An Stelle eines Trägerzylinders ist ein Trägerrohr 35 ebenfalls zu verwenden. Die zu fügenden Werkstücke 33 und 34, die also hier aus einer einzigen Folie gebildet wurden, stoßen vorzugsweise stirnseitig fugenlos aneinander. Diese Form wird als sogenannter I- Stoß bezeichnet.
Als Fügeverfahren wird vorzugsweise ein Laserstrahl-Schweißverfahren, oder ein Elektronenstrahl-Schweißverfahren oder ein Plasma- bzw. Lichtbogen gestütztes Schweißverfahren angewendet. Die Durchschweißung über die gesamte Foliendicke ist dabei nur möglich, wenn im Trägerrohr 35 eine Nut unterhalb der Fügestelle vorhanden ist. Nut und Fügestelle sind in diesem Ausführungsbeispiel identisch und mit Bezugszeichen 36 bezeichnet. Ansonsten erfolgt eine Einschweißung, das heißt ein Verbinden der Folie mit dem Trägerrohr.
Im Ergebnis liegt ein sehr dünnes Rohr, vorzugsweise aus Aluminiumfolie oder Beryl- liumfolie vor. Dieses kann angewendet werden, z. B. als Szintilationskammer für Teilchenbeschleuniger.
Figur 4 zeigt, wie die Figur 3, ein Ausführungsbeispiel zur Fertigung von dünnen Röhrchen, bei denen im Unterschied zur Figur 3 die freien Enden 43, 44 im Überlapp angeordnet sind. Dies bedeutet, dass das freie Ende 43 der Folie das freie Ende 44 an der Fügestelle 46 überlappt. Diese Fügestelle 46 wird durch eine Fixierfolie bzw. Klebefolie 42, welche transparent ist, über ihre gesamte Längsseite hinweg mechanisch fixiert.
Das Fügeverfahren besteht vorzugsweise aus einem Laserstrahl-Schweißverfahren, oder einem Elektronenstrahlverfahren, einem Plasma- bzw. Lichtbogen gestützten Schweißverfahren.
Das dünne Blech bzw. die Folie 43, 44 wird dabei auf dem Trägerrohr oder Trägerzylinder 45 wie oben angegeben aufgewickelt, so dass sich die zu verschweißenden Flanken 43, 44 überlappen. Die Durchschweißung des oberen Teils 43 der Folie in die untere Folie 42, erfolgt am Überlapp oder an der Kehle (Sonderfall: Kehlnaht am Überlappstoß).
Auf diese Weise wurden bereits dünnwandige Rohre aus 0,015 mm bis 0,005 mm dicker Aluminium- oder Berylliumfolie hergestellt. Diese Röhrchen wurden erfolgreich als Szinitillationskammer in Beschleunigern getestet.
Sechstes Ausführungsbeispiel Figur 5 zeigt im Querschnitt eine Drei-Blech-Verbindung aus den Blechen 53, 54 und 58. Die drei Bleche weisen folgende Abmessungen auf: Breite x Höhe x Tiefe = 1200 x 0,5 x 1200 mm. Das Material besteht aus Chrom-Nickel-Stahl.
Die Bleche sind Über-Eck über den Film 52 fixiert. Die Rundklammer gibt die Fügestelle 56 wieder. Der Laser 51 wird entsprechend der gepunkteten Linie als eine I- Naht am Mehrblechstoß über die Fügestelle hinweg bewegt und fügt die Bleche entsprechend miteinander. Der Laser kann aber auch zur Erzeugung einer Stirnflächennaht senkrecht hierzu bewegt werden.
Derartige Verbindungen werden als Mehrblechverbindung aus mindestens 2 Blechen in einer Aufspannung bezeichnet. Die Bleche haben typischerweise eine Dicke von 0,1 bis 2 mm und sie werden meist in bis zu vier Lagen miteinander gefügt. In den Figuren 1-5 gibt das Bezugszeichen 16, 26, 36 und 46, 56 demnach jeweils den Ort der Fügestelle an.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Fügen zweier Werkstücke mit den Schritten: a. die zu fügenden Werkstücke (13, 14; 23, 24; 33, 34; 43, 44) werden miteinander in Kontakt gebracht, so dass eine Fügestelle (16; 26; 36; 46) gebildet wird, b. die Fügestelle wird durch einen Film (12; 22; 32; 42) geometrisch fixiert, c. die Werkstücke werden spaltfrei miteinander gefügt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Werkstücke (43, 44) überlappend miteinander in Kontakt gebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Werkstücke (13, 14; 23, 24; 33, 34) auf Stoß miteinander in Kontakt gebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Fügestelle (16; 26; 36; 46) nur teilweise mit Film fixiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
die Wahl eines transparenten Films (12; 22; 32; 42).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Klebefilm oder ein Adhäsionsfilm zur geometrischen Fixierung der Fügestelle gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
die Wahl eines Laserstrahlschweißverfahrens als Fügeverfahren.
8. Verfahren nach vorherigem Anspruch,
gekennzeichnet dadurch , dass
der Laserstrahl (11 ; 21 ; 31 ; 41) zunächst einen transparenten Klebefilm (12; 22; 32; 42) durchdringt und dann auf die Fügestelle (16; 26; 36; 46) trifft.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
Werkstücke, vorzugsweise Folien und / oder Bleche von 0,005 mm bis 5 mm Dicke gefügt werden.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass
eine Folie, vorzugsweise eine metallische Folie, insbesondere aus Aluminium, Beryllium oder Titan als ein Werkstück gewählt wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass
zwei Enden eines dünnen Bleches oder einer Folie ein erstes und ein zweites Werkstück ausbilden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt b. vor dem Schritt a. durchgeführt wird, indem der Film auf den für die Bildung der Fügestelle vorgesehenen Abschnitt eines ersten Werkstücks angeordnet wird, und sodann mit dem zweiten Werkstück kontaktiert und fixiert wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Schritt a. die Werkstücke auf einem formgebenden Substrat (25; 35; 45) angeordnet werden, und bei der die geometrische Form des Substrats sich auf die an das Substrat anschmiegenden Werkstücke überträgt.
14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
gekennzeichnet durch
eine Zylinderform des Substrats zur Herstellung eines Rohres.
15. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gefügten Werkstücke vom Substrat gelöst werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Energieeintrag in die Fügestelle vorgenommen wird, durch den die Werkstücke mit dem Substrat unlösbar gefügt werden.
17. Werkstück, bestehend aus einer Folie, bei der die Folie spaltfrei mit sich selbst gefügt vorliegt.
18. Werkstück nach vorherigem Anspruch,
gekennzeichnet durch
ein Rohr, bei dem die Enden der Folie überlappend oder auf Stoß miteinander gefügt vorliegen.
19. Szintillationsrohr aus dünnwandiger, metallischer Folie mit einer Dicke von 0,005 bis 5 mm, die spaltfrei mit sich selbst gefügt vorliegt.
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