WO2000024543A1 - Welding method using a laser beam method in combination with two mig methods and device for carrying out said method - Google Patents

Welding method using a laser beam method in combination with two mig methods and device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2000024543A1
WO2000024543A1 PCT/EP1999/008051 EP9908051W WO0024543A1 WO 2000024543 A1 WO2000024543 A1 WO 2000024543A1 EP 9908051 W EP9908051 W EP 9908051W WO 0024543 A1 WO0024543 A1 WO 0024543A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
msg
axis
laser beam
welding
burner
Prior art date
Application number
PCT/EP1999/008051
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Dilthey
Uwe Reisgen
Armin Wieschemann
Original Assignee
Ulrich Dilthey
Uwe Reisgen
Armin Wieschemann
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 Ulrich Dilthey, Uwe Reisgen, Armin Wieschemann filed Critical Ulrich Dilthey
Publication of WO2000024543A1 publication Critical patent/WO2000024543A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K28/00Welding or cutting not covered by any of the preceding groups, e.g. electrolytic welding
    • B23K28/02Combined welding or cutting procedures or apparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/346Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding
    • B23K26/348Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in combination with welding or cutting covered by groups B23K5/00 - B23K25/00, e.g. in combination with resistance welding in combination with arc heating, e.g. TIG [tungsten inert gas], MIG [metal inert gas] or plasma welding

Definitions

  • the present invention relates to a welding method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 6.
  • wire is fed to the process via a separate wire feed, which wire is melted by the laser beam directly or in the weld pool on the workpiece surface.
  • This procedure uses a significant proportion of the precious laser energy to melt the supplied wire.
  • the disclosure there also suggests the combination of the laser head with an arc welding device in connection with a protective gas atmosphere.
  • this idea is based on the focusing of the laser beam and the arc in the common point of action. thats why
  • ERSATZBUVTT (RULE 26) the laser head is fixed to a common welding head together with the arc welding device.
  • a further variant with a second welding filler device is disclosed, which can also be understood as a pure cold wire feed.
  • the energy required for melting the cold wire supplied must be diverted from the energy flow of the laser beam or the first arc and is therefore no longer available for generating the plasma.
  • this document also discloses a plurality of welding accessories which are attached to a common welding head in the form of an arc or plasma welding torch with or without an inert gas supply and are moved together with the latter.
  • the welding head together with any two MSG processes, forms a single rigid unit that is maintained during operation.
  • the advantage of the invention is that the arc pressure, which acts on the jointly formed plasma, can be controlled or regulated multidimensionally according to time and place.
  • the regulation can be done individually for each MSG process.
  • the arc pressure is proportional to the current strength of the respective MSG process.
  • the arc pressure can be varied via the at least two MSG torches in the sense of a welding process that is almost independent of the sheet thickness and gap width.
  • the three processes must be so close together locally that even a single weld pool is formed with the formation of a single plasma. Nevertheless, the arc parameters of the two MSG processes are independent of one another and thus allow the multidimensional influencing of plasma and molten pool.
  • the influencing takes place essentially contactlessly solely via the arc pressure, which can be varied according to location and time.
  • the invention is therefore essentially based on the management of the MSG processes independently of one another. However, it is a hybrid process with multi-dimensionally variably adjustable arc printing.
  • the burner arrangement can also be spatially small.
  • the coupled hybrid process according to this invention allows the welding speed and the welding depth to be increased under the conditions that occur with large gap widths - present on thick sheets.
  • a keyhole depth that is less than the arc penetration is therefore essential for this fundamental consideration.
  • the welding speed increases with the welding depth, since a large part of the laser energy that is coupled in is no longer absorbed in the melt as before, but rather serves to melt the solid phase.
  • the energy supply via the two MSG processes is significantly greater than via just a single MSG process, so that the amount of additional melt supplied to the melt pool per unit time can be increased. This results in the better bridging of large gap widths even with thick sheets.
  • the weld metal in the area of the seam root needs edges that abut against each other since the laser does not carry its own melted material.
  • a sufficient amount of molten material is made available to the laser via the MSG processes, so that on the one hand even thick sheets can be welded through to the opposite surface, while at the same time one up to from the common process zone the opposite side of the continuous weld seam grows.
  • the laser energy is not used to melt the supplied wire, but rather for through-welding and thus for the even root connection of the weld seam on the opposite seam side.
  • Both MSG processes are operated independently of each other. In principle, the procedures can not be synchronized; the mutual sources are regulated separately.
  • the MSG burners e.g. positioned perpendicular to the welding direction, the largest gap bridging can be achieved. If the burners are set piercing and leading to the laser beam, the oxide skin, e.g. when welding aluminum is relevant, break up in order to also be able to bridge large gap widths.
  • the weld pool Due to the leading or trailing arrangement of the MSG burners, the weld pool is stretched both in the welding direction and transversely to the welding direction, so that in addition to reduced pore formation, large gap widths can also be bridged.
  • the total amount of wire required can be divided in terms of unequal feed speeds for the two MSG torches. This measure can be advantageous, for example, for connecting sheets of different thicknesses.
  • melt can also be influenced metallurgically via various wire materials.
  • the method according to the invention is based on the coupling of the laser beam with at least two MSG burners.
  • the method thus offers not only the known advantages that result from the combination of a laser beam with a MSG burner, but also an additional degree of freedom, which is also expressed in a spatially variable influence on the common process zone.
  • the invention does indeed require greater mechanical expenditure through the use of further MSG burners. This effort is offset by the following advantages: - Bridging significantly larger gap widths compared to the laser MSG process with its own MSG burner and compared to the laser beam process with additional wire;
  • the achievable melting performance of two thin wires is greater than in the case of a single thick wire with a comparable cross-sectional area, since the larger surface area with two thin electrodes, better energy coupling at the electrode-side arc starting point is guaranteed. For this reason, when using the laser beam process with two MSG torches, a higher welding speed can be achieved with reduced heat input.
  • wire speeds of 20m / min. or more necessary, e.g. with larger sheet thicknesses with appropriate joint preparation you are usually within the limits of the performance of individual power sources. This is especially true at wire speeds of well over 20m / min. to.
  • wire speeds of 40m / min can be achieved. achieve, which greatly expands the range of applications and offers an alternative solution for a variety of welding tasks by the invention.
  • another advantage is the increase in the sheet thickness that can be fully welded in one layer by the second arc process, which is to be adjusted afterwards and which then contributes to filling up the joint with its filler material .
  • Fig. . 1 shows a first exemplary embodiment of the invention with two trailing MSG burners
  • Fig. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention with a leading and a trailing MSG burner Fig.4
  • a device for performing the method Fig.4a View of Fig.4 from the line IVa-IVa Fig.5 Representation of the economic aspects of the method according to the invention
  • Fig.6a-c Cross-sectional images of the welds with different weld preparations
  • Fig.l shows a welding process using a laser beam process together with two MSG processes.
  • a Y seam according to FIG. 6b is shown in the view along the line I-I.
  • the feed speed is directed to the left.
  • the laser beam is focused precisely in the vertical leg of the Y and ensures a common melting zone in the area of the joint edge of the two sheets.
  • two MSG processes run after the preceding laser beam. The two MSG processes are shown in the illustration.
  • Fig.l one behind the other and are guided with respect to their respective arrangements for the laser beam and their respective settings and process parameters in their positioning to each other on the one hand variable and independent and on the other hand as individual components of the overall process so coupled into the welding process that the two arcs together with the laser beam generate common plasma.
  • the laser beam is aligned so that it practically reaches to the lower end of the vertical bar of the "Y". Therefore, the seam root of the jointly generated welding bead is just melted by the laser beam.
  • a very narrow, non-welded zone 4 is formed between the lower end of the seam root 2 and the underside 3 of the sheet 1 to be welded. What is essential is a distance a between the process zones of the two MSG processes and the process zone of the laser beam, which is so small that all three processes together produce a common plasma with a common weld pool.
  • the laser does not carry its own material, it is advisable with this Y-seam to guide the laser onto the mutually abutting edges of the closely adjacent sheets 1, 1 '.
  • the two MSG processes can influence the weld pool three-dimensionally via their respective relevant arc pressure.
  • the energy transport between the laser beam source and the material takes place exclusively through the almost coherent radiation.
  • the arc transfers the heat of welding through a high electrical current that flows to the workpiece via an electrically conductive plasma state, also known as an arc column.
  • Laser radiation is suitable for different processing methods of different materials.
  • the low input of energy into the material at high processing speeds is characteristic.
  • laser beam welding leads to a comparatively narrow, heat-affected zone with a large ratio of weld depth to seam width.
  • Laser beam welding is therefore characterized by a deep welding effect, while the gap bridgeability that can be achieved is small due to the small beam diameter.
  • the electrical efficiency in this method is generally below 10%. In many cases, however, this is offset by the high welding speed due to concentrated heat input.
  • the arc welding process results in lower processing speeds due to the much lower energy density; the focal spot of the arc on the surface of the material is correspondingly larger than that of the laser beam.
  • the seams are wider than in laser beam welding, so that the energy introduced and the gap bridging capacity are greater with a comparable weld depth.
  • Arc technology therefore offers the advantage of high energy efficiency with low investment costs.
  • the seam which can only be produced using an arc welding process, is characterized by a low ratio of seam height to seam width. The arc welding process alone allows only low welding speeds in connection with the high thermal load on the component.
  • the laser beam C0 2 -, Nb: JAG, diode laser etc.
  • arc MSG
  • the possibility according to the invention of variable settings and positioning of the two MSG processes and the laser beam process can therefore achieve synergy effects which at least partially compensate for the disadvantages of the respective other methods.
  • the invention also makes use of the knowledge that in the coupled process according to this invention the Arc supplies heat to the weld metal in the upper vicinity in addition to the laser beam, which gives the weld seam a cup-shaped shape.
  • the mutual influencing of the processes can have different strengths and characteristics depending on the arc or laser process used and the process parameters.
  • the thermal load on the component can be kept low.
  • the laser or arc character can predominate.
  • the arc welding process can significantly increase the gap bridging ability. This results in the possibility of significantly increasing the tolerance range for edge preparation.
  • the energy input of the arc into the processing volume also allows the cooling conditions to be controlled. Via the ionized plasma, the laser beam facilitates the ignition of the arc, stabilizes the arc welding process and energy deposition in the material depth. A greater welding depth or speed is therefore achieved by improving the energy coupling. It is thus possible to increase performance and energy efficiency without having to forego the advantages of using filler material, so that e.g. the structural structure can be influenced metallurgically.
  • the thermal load on the component is reduced by a significant reduction in the path energy compared to all known welding processes in which filler metal is used. Therefore, the thermally induced component distortion and possibly the internal stresses in the component after welding are significantly reduced.
  • the effort for the component preparation by mechanical processing of the edge geometry trie, by tensioning and stapling, as well as for the subsequent thermal straightening operation is significantly reduced.
  • weldable sheet thicknesses for butt joints with a gap (I, Y, V seam etc.) or for fillet welds with a gap (HV, HY, DHY seam, etc. .) is canceled or significantly shifted upwards by the laser power and the intensified weld pool of the two MSG processes. Since with the addition of more filler material via the further MSG process, additional energy is also supplied to the common weld pool and the common plasma, the weldable sheet thickness can be higher.
  • the gap bridging ability depends on the size of the weld pool.
  • larger melt pool volumes can therefore be realized, so that the known problems such as seam collapse, seam sag, penetration notches or pore lines are avoided even with large gaps to be bridged.
  • This also applies to fillet welds where the gap bridging ability is limited by the maximum permissible weld pool size depending on the sheet thickness.
  • the welding speed can be increased both for butt welds and for fillet welds, since this is limited by the permissible arc power for the same laser power. As a result of the arc power of the additional MSG process, the welding speed can therefore be increased.
  • FIG. 3 shows an embodiment with a leading MSG process 5, a trailing MSG process 6 and a laser beam process 7. It is also important here that the two arcs of each MSG process generate a common plasma together with the laser beam, and that the arc pressure of the two MSG processes is variable and independent of one another based on the respective settings and the process parameters and the positioning of the MSG torches.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of a processing head for a laser beam process and two MSG burners.
  • the two MSG burners are adjusted to each other and to the laser beam using a total of ten axes.
  • Two axes, a vertical rotatory axis ® and a vertical translatory axis serve to position the MSG torch together in relation to the laser beam.
  • the ® axis it is possible, for example, to use the ® axis to arrange one MSG burner in the leading function and the other MSG burner in the trailing function to the laser beam.
  • the distance between the wire tip and the focal point can be varied within the range required for the method.
  • a rotation of the axis ® from this position by 90 degrees leads to an arrangement of the MSG torch perpendicular to the welding direction and thus enables welding with two leading or trailing MSG torches, depending on the welding direction.
  • the vertical axis ® With the vertical axis ® it is initially possible to roughly position both MSG burners relative to the focal point of the laser beam according to the focal length used. With four of each of the remaining eight axes, the individual MSG burners can be adjusted exactly to each other and to the laser beam.
  • the axis ® represents the vertical inclined axis for translatory adjustment of the first MSG burner along its longitudinal axis. This also applies analogously to the axis ⁇ with respect to the second MSG burner.
  • the axes ® and ⁇ provide two rotary axes. These arc-shaped axes are used for rotary adjustment of the first MSG burner so that the fulcrum coincides with the focal point of the laser.
  • the axis ⁇ lies horizontally and is used for the rotary adjustment of the first MSG burner, the pivot point penetrating the adjustment arch of the axis ® vertically. This also applies to the axes ® and ® for the second MSG burner.
  • the axes ( D and ® are provided for translational adjustment of the first and second MSG burner.
  • the rotatory axes ® and ® are used to adjust the first and second MSG torches along a vertical arc that is centered at the focal point of the laser beam.
  • the fulcrum of the adjustment therefore coincides with the focal point of the laser. It is therefore possible to vary the entry angle of the MSG arcs into the workpiece or their inclination to the (vertical) laser beam via these axes.
  • the MSG torch can be moved further from the focal point of the, depending on the position of the axis ® to the side or in the welding direction Guide the laser away or bring it closer to it.
  • the pivot points of the axes ⁇ and ® penetrate the adjustment arch of the axis ® vertically.
  • the first and the second MSG torch can also be translationally moved further away from the focal point of the laser or closer to it, again depending on the position of the axis ® laterally or in the welding direction .
  • the adjustable axes are e.g. with setting or
  • Locking screws with fine thread possibly micrometer screws.
  • the processing head thus allows both welding torches to be positioned in a reproducible manner in almost any arrangement with respect to the laser beam.
  • Each wire of each MSG burner is connected to its own power source, which can be controlled separately, and is guided by its own wire feed system to the common processing head.
  • the arcs create a common plasma and a common weld pool with the laser beam at a small distance.
  • the adjustment range of the MSG burner to the laser beam is so large that separate melting baths are also created in order to use this device to carry out the conventional laser MSG process without a common melting bath and without a common plasma.
  • the process according to this invention allows welding through even with large sheet thicknesses to the opposite achieve overlying sheet metal surface, the seam width on the sheet metal side where the welding torches sit goblet-shaped increases towards the outside, while the respective laser beam leads to welding through to the seam root, which also has a good connection to the adjacent sheet metal zones there.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a welding method using a laser beam method in combination with two MIG methods. The aim of the invention is to provide a method and a corresponding device with which large gap widths in thick metal sheets (1) can be bridged. To this end, the two MIG methods are variably and independently carried out with respect to their respective position to the laser beam (7) and their respective adjustments and process parameters and their position in relation to each other. At the same time, components of the entire method are introduced into the welding method in such a manner that the two light arcs interact with the laser beam (7) to produce a common plasma.

Description

Schweißverfahren unter Ausführung eines Laserstrahlprozesses zusammen mit zwei MSG-Prozessen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Welding process using a laser beam process together with two MSG processes and device for carrying out the process
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schweißverfahren nach Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Oberbegriff von Anspruch 6.The present invention relates to a welding method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for carrying out the method according to the preamble of claim 6.
Aus der DE-Ul-296 06 375 ist ein derartiges Schweißver- fahren bekannt. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird dem Prozeß über eine separate Drahtzuführung Draht zugeführt, der vom Laserstrahl direkt oder im Schmelzbad auf der Werkstückoberfläche aufgeschmolzen wird.Such a welding method is known from DE-Ul-296 06 375. In a first exemplary embodiment, wire is fed to the process via a separate wire feed, which wire is melted by the laser beam directly or in the weld pool on the workpiece surface.
Diese Vorgehensweise verwendet einen wesentlichen Anteil der kostbaren Laserenergie zum Aufschmelzen des zugeführten Drahtes .This procedure uses a significant proportion of the precious laser energy to melt the supplied wire.
Dies führt zu einem Verlust an möglicher Vorschubge- schwindigkeit .This leads to a loss of possible feed speed.
Zwar schlägt die dortige Offenbarung auch die Kombination des Laserkopfes mit einer Lichtbogen-Schweißeinrichtung in Verbindung mit einer Schutzgasatmosphäre vor. Diesem Ge- danken liegt allerdings die Fokussierung des Laserstrahls und des Lichtbogens im gemeinsamen Wirkpunkt zugrunde. Daher istThe disclosure there also suggests the combination of the laser head with an arc welding device in connection with a protective gas atmosphere. However, this idea is based on the focusing of the laser beam and the arc in the common point of action. thats why
ERSATZBUVTT (REGEL 26) der Laserkopf zusammen mit der Lichtbogen-Schweißeinrichtung an einem gemeinsamen Schweißkopf fixiert .ERSATZBUVTT (RULE 26) the laser head is fixed to a common welding head together with the arc welding device.
Ferner wird eine weitere Variante mit einer zweiten Schweißzusatzvorrichtung offenbart, die auch als reine Kaltdrahtzufuhr verstanden werden kann. Auch in diesem Fall muß nämlich die zum Aufschmelzen des zugeführten Kaltdraht notwendige Energie aus dem Energiefluß des Laserstrahls bzw. des ersten Lichtbogens abgezweigt werden und steht somit nicht mehr zur Erzeugung des Plasmas zur Verfügung.Furthermore, a further variant with a second welding filler device is disclosed, which can also be understood as a pure cold wire feed. In this case, too, the energy required for melting the cold wire supplied must be diverted from the energy flow of the laser beam or the first arc and is therefore no longer available for generating the plasma.
Darüber hinaus offenbart diese Schrift auch mehrere Schweißzusatzvorrichtungen, die in Form eines Lichtbogenoder Plasma-Schweißbrenners mit oder ohne Schutzgaszuführung an einem gemeinsamen Schweißkopf angebracht und zusammen mit diesem bewegt werden.In addition, this document also discloses a plurality of welding accessories which are attached to a common welding head in the form of an arc or plasma welding torch with or without an inert gas supply and are moved together with the latter.
Hier bildet der Schweißkopf zusammen mit den ggf. zwei MSG-Prozessen eine einzige starre Einheit, die während des Betriebes beibehalten wird.Here, the welding head, together with any two MSG processes, forms a single rigid unit that is maintained during operation.
Dies trifft auch für ein Schweißverfahren gemäß der JP 60-106 688 A zu, da auch dort die Positionen der unterschiedlichen Wolfram-Elektroden zueinander nicht veränderbar sind.This also applies to a welding process according to JP 60-106 688 A, since the positions of the different tungsten electrodes relative to one another cannot be changed there either.
Darüber hinaus geht die Offenbarung dieser Druckschrift noch von der falschen Vorstellung aus, daß die Eindringtiefe des Lasers durch die vor und hinter dem Laserstrahl ent- stehenden Lichtbögen zunimmt.In addition, the disclosure of this document is based on the wrong idea that the depth of penetration of the laser increases due to the arcs arising in front of and behind the laser beam.
Ferner ist aus der US-PS 4,507,514 ein kombiniertes Verfahren aus Laserschweißen und MIG bekannt. Das dort offenbarte Verfahren basiert auf der unrichtigen Annahme, daß sich die Einbrenntiefen des Lasers zu der Einbrenntiefe des MIG- Lichtbogens aufaddieren lassen. Da allerdings innerhalb des Schmelzbades Wechselwirkungen zwischen den Energieströmen entstehen, die zumindest zur teilweisen Absorption von Energie führen, dürfte sich diese Annahme nicht realisieren lassen. Auch bei diesem Verfahren bleibt allerdings die Relativeinstellung zwischen dem Laserstrahl und dem elektrischen Lichtbogen, einmal eingestellt, stets erhalten.Furthermore, a combined method of laser welding and MIG is known from US Pat. No. 4,507,514. The method disclosed there is based on the incorrect assumption that the burn-in depths of the laser can be added to the burn-in depth of the MIG arc. However, since there are interactions between the energy flows within the melting bath arise that lead to at least partial absorption of energy, this assumption should not be possible. With this method, however, the relative setting between the laser beam and the electric arc, once set, is always retained.
Bei allen diesen bekannten Verfahren ist daher die Überbrückung größerer Spaltweiten insbesondere bei dicken Blechen problematisch, da entweder die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an benötigtem Schweißdraht zu gering oder wie im Falle der JP 60-106 688 A garnicht möglich ist oder weil die für die Erzeugung eines entsprechend groß dimensionierten Schmelzbades notwendige Energie nicht bereitgestellt werden kann bzw. weil die Vorgänge innerhalb des Plasma- bzw. Schmelzbades ohne Möglichkeiten sind, einzugreifen.In all of these known methods, the bridging of larger gap widths is problematic, particularly in the case of thick sheets, since either the amount of welding wire required per unit of time is too small or, as in the case of JP 60-106 688 A, is not possible at all or because it is necessary to generate a the necessary large-sized melt pool cannot provide the necessary energy or because the processes within the plasma or melt pool are without possibilities to intervene.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher auch große Spaltweiten an dicken Blechen überbrückt werden können.It is therefore an object of the present invention to eliminate the above disadvantages and to provide a method and an associated device with which even large gap widths on thick sheets can be bridged.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6.This object is achieved by the invention with the features of claim 1 and claim 6.
Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß sich der Lichtbogendruck, der auf das gemeinsam ausgebildete Plasma wirkt, nach Zeit und Ort mehrdimensional steuern bzw. regeln läßt. Die Regelung kann für jeden MSG-Prozeß für sich erfolgen.The advantage of the invention is that the arc pressure, which acts on the jointly formed plasma, can be controlled or regulated multidimensionally according to time and place. The regulation can be done individually for each MSG process.
Erf indungsgemäß kommt es daher zu einem kontrollierten Einsatz des Lichtbogendruckes zur Steigerung unter anderem der Schweißgeschwindigkeit , der überbrückbaren Spaltweite und der Einschweißtiefe sowie zur Steuerung der Streckenenergie . Dabei wird davon ausgegangen, daß der Lichtbogendruck proportional zur Stromstärke des jeweiligen MSG-Verfahrens ist .According to the invention, there is therefore a controlled use of the arc pressure to increase, among other things, the welding speed, the gap width that can be bridged and the welding depth, and to control the path energy. It is assumed that the arc pressure is proportional to the current strength of the respective MSG process.
Da die beiden MSG-Brenner aus unterschiedlichen Richtungen auf das gemeinsame Plasma einwirken, läßt sich der Lichtbogendruck über die zumindest zwei MSG-Brenner im Sinne eines nahezu blechdicken- und spaltweitenunabhängigen Schweißprozesses variieren.Since the two MSG torches act on the common plasma from different directions, the arc pressure can be varied via the at least two MSG torches in the sense of a welding process that is almost independent of the sheet thickness and gap width.
Damit wird allerdings der Lichtbogendruck über die variabel einstellbare Stromstärke einerseits und über die jeweils einem der MSG-Brenner zugeordneten geometrischen Gegebenheiten die entscheidende Einflußgröße für den Gesamtprozeß.However, this means that the arc pressure via the variably adjustable amperage on the one hand and via the geometrical conditions assigned to one of the MSG torches is the decisive influencing variable for the overall process.
Dabei arbeiten alle drei Prozesse in einer einzigen Prozeßzone .All three processes work in a single process zone.
Zu diesem Zweck müssen die drei Verfahren örtlich so eng beieinander liegen, daß unter Ausbildung eines einzigen Plasmas auch nur ein einziges Schmelzbad entsteht. Trotzdem sind die Lichtbogenparameter der beiden MSG-Verfahren voneinander unabhängig und lassen auf diese Weise die mehrdimensionale Beeinflussung von Plasma und Schmelzbad zu.For this purpose, the three processes must be so close together locally that even a single weld pool is formed with the formation of a single plasma. Nevertheless, the arc parameters of the two MSG processes are independent of one another and thus allow the multidimensional influencing of plasma and molten pool.
Dabei erfolgt die Beeinflussung im wesentlichen berührungslos allein über den Lichtbogendruck, der nach Ort und Zeit variierbar ist. Wesentlich beruht die Erfindung daher auf der Führung der MSG-Prozesse unabhängig voneinander. Es handelt sich allerdings um einen Hybridprozeß mit mehrdimensional variabel einstellbarem Lichtbogendruck.The influencing takes place essentially contactlessly solely via the arc pressure, which can be varied according to location and time. The invention is therefore essentially based on the management of the MSG processes independently of one another. However, it is a hybrid process with multi-dimensionally variably adjustable arc printing.
Hinsichtlich der geometrischen Anordnung der beiden MSG- Verfahren wäre auch die Tendenz der einzelnen Lichtbögen zu berücksichtigen, sich aufgrund der elektrischen Felder zum Laserstrahl hinzuneigen. Angesichts der gemeinsamen Prozeßzone kann zudem die Brenneranordnung räumlich klein sein.With regard to the geometrical arrangement of the two MSG processes, the tendency of the individual arcs to incline towards the laser beam due to the electric fields would also have to be taken into account. In view of the common process zone, the burner arrangement can also be spatially small.
Da im folgenden davon ausgegangen wird, daß der Lichtbo- geneinbrand bei entsprechend vorgegebenen Prozeßparametern tiefer als die sogenannte Keyhole-Tiefe ist, läßt sich durch den gekoppelten Hybridprozeß nach dieser Erfindung die Schweißgeschwindigkeit und zugleich die Einschweißtiefe auch unter den Voraussetzungen steigern, die bei großen Spaltwei- ten an dicken Blechen vorliegen.Since it is assumed in the following that the arc penetration is deeper than the so-called keyhole depth given corresponding process parameters, the coupled hybrid process according to this invention allows the welding speed and the welding depth to be increased under the conditions that occur with large gap widths - present on thick sheets.
Wesentlich für diese grundsätzliche Überlegung ist also eine Keyhole-Tiefe, die geringer ist als der Lichtbogeneinbrand.A keyhole depth that is less than the arc penetration is therefore essential for this fundamental consideration.
Es kommt daher auf die geometrische Anordnung der MSG- Brenner einerseits und andererseits auf die jeweils zugeführte Energie an, die dem gemeinsamen Plasma über die MSG-Brenner aufgeprägt wird.It is therefore a question of the geometrical arrangement of the MSG burners, on the one hand, and, on the other hand, of the energy supplied in each case, which is applied to the common plasma via the MSG burners.
Erst hierdurch läßt sich der Lichtbogeneinbrand so einstellen, daß er reproduzierbar tiefer als die Keyhole-Tiefe geht .This is the only way to set the arc penetration so that it reproducibly goes deeper than the keyhole depth.
Durch diese Maßnahme nimmt mit der Einschweißtiefe auch die Schweißgeschwindigkeit zu, da ein großer Teil der eingekoppelten Laserenergie nicht mehr - wie bisher - in der Schmelze absorbiert wird, sondern der Erschmelzung der festen Phase dient .As a result of this measure, the welding speed increases with the welding depth, since a large part of the laser energy that is coupled in is no longer absorbed in the melt as before, but rather serves to melt the solid phase.
Zugleich wird die Energiezufuhr über die beiden MSG-Prozesse deutlich größer als über lediglich einen einzigen MSG- Prozeß, so daß die dem Schmelzbad pro Zeiteinheit zugeführte Menge an zusätzlicher Schmelze gesteigert werden kann. Hier- aus resultiert die bessere Überbrückbarkeit großer Spaltweiten auch bei dicken Blechen. Dabei muß davon ausgegangen werden, daß das Schweißgut im Bereich der Nahtwurzel gegeneinander stoßende Kanten benötigt, da der Laser kein eigenes aufgeschmolzenes Material mitführt. Infolge der gemeinsamen Prozeßzone mit gemeinsamem Plasma wird dem Laser über die MSG-Prozesse eine ausreichenden Menge an a fgeschmolzenem Material zur Verfügung gestellt, so daß einerseits auch dicke Bleche bis auf die gegenüberliegende Oberfläche durchgeschweißt werden können, während aus der gemeinsamen Prozeßzone zugleich eine bis auf die gegenüberliegende Seite durchgehende gemeinsame Schweißnaht erwächst.At the same time, the energy supply via the two MSG processes is significantly greater than via just a single MSG process, so that the amount of additional melt supplied to the melt pool per unit time can be increased. This results in the better bridging of large gap widths even with thick sheets. It must be assumed that the weld metal in the area of the seam root needs edges that abut against each other since the laser does not carry its own melted material. As a result of the common process zone with common plasma, a sufficient amount of molten material is made available to the laser via the MSG processes, so that on the one hand even thick sheets can be welded through to the opposite surface, while at the same time one up to from the common process zone the opposite side of the continuous weld seam grows.
Da andererseits bei einem Schmelzbad der größte Teil der Laserenergie zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des Dampfka- nals benötigt wird, steht dieser Anteil der Laserenergie ohne die zusätzlichen Energieströme, die über die beiden MSG-Prozesse in die gemeinsame Prozeßzone eingekoppelt werden, nicht mehr zur Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit zur Verfügung. Der erhöhte Absorptionsgrad der Laserenergie in der Schmelze wird durch die überproportionale Energiezufuhr infolge des zweiten MSG-Prozesses prinzipiell kompensiert.On the other hand, since most of the laser energy is needed to generate and maintain the steam channel in a melt pool, this portion of the laser energy can no longer be used to increase the energy without the additional energy flows that are coupled into the common process zone via the two MSG processes Welding speed available. The increased degree of absorption of the laser energy in the melt is principally compensated for by the disproportionate supply of energy as a result of the second MSG process.
Dabei wird die Laserenergie allerdings nicht zum Aufschmelzen des jeweils zugeführten Drahtes sondern für die Durchschweißung und somit für die gleichmäßige Wurzelanbindung der Schweißnaht an der gegenüberliegenden Nahtseite verwendet .However, the laser energy is not used to melt the supplied wire, but rather for through-welding and thus for the even root connection of the weld seam on the opposite seam side.
Dabei werden beide MSG-Prozesse voneinander unabhängig betrieben. Eine Synchronisation der Verfahren kann prinzipiell unterbleiben, die beiderseitigen Quellen werden getrennt geregelt.Both MSG processes are operated independently of each other. In principle, the procedures can not be synchronized; the mutual sources are regulated separately.
Abhängig von den jeweils beteiligten Materialien und Blechdicken lassen sich auch verschiedene Lichtbogenarten, verschiedene Drahtdurchmesser, verschiedene Drahtmaterialien und unterschiedliche Anstellungen der MSG-Brenner bezüglich der Schweißrichtung einsetzen.Depending on the materials and sheet thickness involved, different types of arcs, different wire diameters and different wire materials can also be used and use different positions of the MSG torch with regard to the welding direction.
Werden die MSG-Brenner z.B. senkrecht zur Schweißrichtung angestellt, so lassen sich größte Spaltüberbrückungen erzielen. Werden die Brenner stechend und vorlaufend zum Laserstrahl angestellt, läßt sich die Oxydhaut, die z.B. bei dem Verschweißen von Aluminium von Relevanz ist, aufbrechen um ebenfalls große Spaltweiten überbrücken zu können.Are the MSG burners e.g. positioned perpendicular to the welding direction, the largest gap bridging can be achieved. If the burners are set piercing and leading to the laser beam, the oxide skin, e.g. when welding aluminum is relevant, break up in order to also be able to bridge large gap widths.
Durch vorlaufende bzw. nachlaufende Anordnung der MSG- Brenner wird das Schmelzbad bedarfsweise sowohl in Schweißrichtung als auch quer zur Schweißrichtung gestreckt, so daß neben verringerter Porenbildung ebenfalls große Spaltweiten überbrückt werden können.Due to the leading or trailing arrangement of the MSG burners, the weld pool is stretched both in the welding direction and transversely to the welding direction, so that in addition to reduced pore formation, large gap widths can also be bridged.
Ergänzend kann auch die Aufteilung der gesamten benötigten Drahtmenge im Sinne ungleich großer Zufuhrgeschwindigkeiten der beiden MSG-Brenner erfolgen. Diese Maßnahme kann beispielsweise für die Verbindung von Blechen unterschiedlicher Dicken vorteilhaft sein.In addition, the total amount of wire required can be divided in terms of unequal feed speeds for the two MSG torches. This measure can be advantageous, for example, for connecting sheets of different thicknesses.
Ferner läßt sich die Schmelze über verschiedene Drahtmaterialien auch metallurgisch beeinflussen.Furthermore, the melt can also be influenced metallurgically via various wire materials.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Kopplung des Laserstrahls mit mindestens zwei MSG-Brennern. Damit bietet das Verfahren nicht nur die bekannten Vorteile, die sich aus der Kombination eines Laserstrahls mit einem MSG-Brenner ergeben sondern darüber hinaus einen zusätzlichen Freiheitε- grad, der sich auch in einem räumlich variablen Einfluß auf die gemeinsame Prozeßzone äußert.The method according to the invention is based on the coupling of the laser beam with at least two MSG burners. The method thus offers not only the known advantages that result from the combination of a laser beam with a MSG burner, but also an additional degree of freedom, which is also expressed in a spatially variable influence on the common process zone.
Zwar verlangt die Erfindung nach einem größeren maschi- nellen Aufwand durch den Einsatz weiterer MSG-Brenner. Diesem Aufwand stehen jedoch die folgenden Vorteile gegenüber: - Überbrückung deutlich größerer Spaltweiten gegenüber dem Laser-MSG-Prozeß mit eigenem MSG-Brenner und gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit Zusatzdraht;The invention does indeed require greater mechanical expenditure through the use of further MSG burners. This effort is offset by the following advantages: - Bridging significantly larger gap widths compared to the laser MSG process with its own MSG burner and compared to the laser beam process with additional wire;
- deutliche Erhöhung der Schweißgeschwindigkeit sowie Vergrößerung der Einschweißtiefe gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit und ohne Zusatzwerkstoff bei gleicher Ausgangsleistung PL sowie gegenüber dem Laser- MSG-Prozeß mit einem MSG-Brenner sowie gegenüber MSG- Lichtbogen-Prozessen mit und ohne Zweidrahttechnik;- Significant increase in the welding speed and increase in the welding depth compared to the laser beam process with and without filler material with the same output power P L and compared to the laser MSG process with a MSG torch and compared to MSG arc processes with and without two-wire technology;
- deutliche Reduzierung der Wärmeeinbringung - hierdurch Minimierung der thermischen Belastung des Bauteils durch reduzierte Streckenenergie gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit Zusatzwerkstoff sowie gegenüber dem Laser-MSG-Prozeß mit einem MSG-Brenner sowie gegenüber allen konventionellen Lichtbogenprozessen;- Significant reduction in heat input - this minimizes the thermal load on the component due to reduced path energy compared to the laser beam process with filler material and compared to the laser MSG process with an MSG torch and with all conventional arc processes;
- deutliche Erhöhung der Abschmelzleistung gegenüber dem Laserstrahlprozeß mit Zusatzwerkstoff, dem Laser-MSG- Prozeß mit einem MSG-Brenner sowie gegenüber allen konventionellen Lichtbogenprozessen, wenn keine Badsicherung vorgesehen ist;- Significant increase in the melting rate compared to the laser beam process with filler material, the laser MSG process with an MSG burner and compared to all conventional arc processes if no bath protection is provided;
- bessere Beherrschbarkeit der Schmelze und gezielte Beeinflussung der Nahtausbildung durch variable Anordnung und Einstellung der Einezelprozesse.- Better controllability of the melt and targeted influencing of the seam formation through variable arrangement and adjustment of the individual processes.
Von Bedeutung sind neben der erhöhten Prozeßstabilität und Energieeinkopplung weitere, die Trennung der Lichtbogenprozesse betreffende Vorteile, wie z.B. die Aufteilung des benötigten Zusatzwerkstoffes auf zwei MSG-Prozesse. Zum einen wird hierdurch eine Streckung bzw. Verlängerung des unter Umständen sehr breiten Schmelzbades erreicht, wodurch ein Durchsacken der Schmelze verhindert und die Möglichkeit eröffnet wird, größere Spaltweiten zu überbrücken. Zum anderen lassen sich durch gezielte Einstellungen aller drei Schweiß- prozesse, und hierzu zählt insbesondere die Abstimmung des vor- und nachlaufenden MSG-Prozesses , Blechverbindungen mit hohen Geschwindigkeiten bei unterschiedlichen StoßgeometrienIn addition to the increased process stability and energy coupling, other advantages relating to the separation of the arc processes are important, such as the division of the required filler material into two MSG processes. On the one hand, this causes the melt bath, which may be very wide, to be stretched or elongated, which prevents the melt from sagging and opens up the possibility of bridging larger gap widths. On the other hand, through targeted settings of all three welding processes, and this includes in particular the coordination of the leading and trailing MSG process, sheet metal connections at high speeds with different joint geometries
(Kehlnaht, Stumpfnaht, etc.) und Fugenvorbereitungen in einer Lage und Badsicherung fehlerfrei fügen.(Fillet weld, butt weld, etc.) and joint preparation in one layer and secure the bath without any defects.
Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Erkenntnis, daß im Vergleich zum Laser-MSG-Prozeß mit einem MSG-Brenner bei gleicher Stromstärke die erzielbare Ab- Schmelzleistung zweier dünner Drähte größer als bei einem einzelnen dicken Draht mit vergleichbarer Querschnittsfläche ist, da die größere Mantelfläche bei zwei dünnen Elektroden eine bessere Energieeinkopplung am elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunkt gewährleistet. Aus diesem Grund läßt sich beim Einsatz des Laserstrahlprozesses mit zwei MSG-Brennern eine größere Schweißgeschwindigkeit bei gleichzeitig reduzierter Wärmeeinbringung erzielen.It is essential for the method according to the invention that, in comparison to the laser MSG process with an MSG burner at the same current strength, the achievable melting performance of two thin wires is greater than in the case of a single thick wire with a comparable cross-sectional area, since the larger surface area with two thin electrodes, better energy coupling at the electrode-side arc starting point is guaranteed. For this reason, when using the laser beam process with two MSG torches, a higher welding speed can be achieved with reduced heat input.
Sind Drahtgeschwindigkeiten von 20m/min. oder mehr not- wendig, wie es z.B. bei größeren Blechdicken mit entsprechender Fugenvorbereitung der Fall ist, bewegt man sich in der Regel im Grenzbereich der Leistungsfähigkeit einzelner Stromquellen. Dies trifft insbesondere bei Drahtgeschwindigkeiten von weit über 20m/min. zu. Durch den Einsatz einer zweiten Stromquelle lassen sich Drahtgeschwindigkeiten von 40m/min. erzielen, wodurch das Einsatzspektrum stark erweitert wird und sich für eine Vielzahl von Schweißaufgaben ein alternativer Lösungsweg durch die Erfindung anbietet. Im Vergleich zum Laser-MSG-Prozeß mit einem MSG-Brenner liegt ein weiterer Vorteil in der Erhöhung der in einer Lage vollständig ver- schweißbaren Blechdicke durch den zweiten Lichtbogenprozeß, der nachlaufend eingestellt werden soll und der dann mit seinem Zusatzwerkstoffanteil zum Auffüllen der Fuge beiträgt.Are wire speeds of 20m / min. or more necessary, e.g. with larger sheet thicknesses with appropriate joint preparation, you are usually within the limits of the performance of individual power sources. This is especially true at wire speeds of well over 20m / min. to. By using a second power source, wire speeds of 40m / min can be achieved. achieve, which greatly expands the range of applications and offers an alternative solution for a variety of welding tasks by the invention. Compared to the laser MSG process with a MSG torch, another advantage is the increase in the sheet thickness that can be fully welded in one layer by the second arc process, which is to be adjusted afterwards and which then contributes to filling up the joint with its filler material .
Weiterhin ist zu erwarten, daß das erfindungsgemäße Verfahren neben den Einsatzmöglichkeiten beim Verschweißen von Stahl auch bei anderen Werkstoffen, wie z.B. Aluminium und dessen Legierungen anwendbar ist.Furthermore, it is to be expected that the method according to the invention, in addition to the possible uses in the welding of Steel can also be used with other materials, such as aluminum and its alloys.
Maßgeblich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Anordnung der einzelnen Schweißbrenner an einem vorzugsweise gemeinsamen Bearbeitungskopf und dieser muß die absolut freie Positionierung der MSG-Brenner zueinander und die freie Positionierung der Fokussiereinheit des Laserstrahls so ermöglichen, daß je nach Anwendungsfall vari- able Abstände zwischen den Lichtbögen und dem Brennfleck des Laserstrahls eingestellt werden können. Dabei muß der Bearbeitungskopf die folgenden Randbedingungen berücksichtigen:Decisive for the implementation of the method according to the invention is the arrangement of the individual welding torches on a preferably common machining head and this must allow the absolutely free positioning of the MSG torches relative to one another and the free positioning of the focusing unit of the laser beam in such a way that, depending on the application, there are variable distances between them the arcs and the focal spot of the laser beam can be adjusted. The processing head must take the following boundary conditions into account:
- individuelle Einstellbarkeit der Einzelprozesse - freie Positionierung der Prozesse zueinander- Individual adjustability of the individual processes - Free positioning of the processes to each other
- modularer Aufbau- modular construction
- kompakte Abmessungen, gute Zugänglichkeit- compact dimensions, good accessibility
- Drehpunkte der MSG-Brenner im Arbeitspunkt des Laserstrahls (optional) - Optikschutz durch Crossjet zum Wegblasen der Schweißdämpfe, Spritzer etc.- Pivots of the MSG torch in the working point of the laser beam (optional) - Optical protection by Crossjet for blowing away the welding fumes, splashes, etc.
- Schutz des Bearbeitungskopfes durch Spritzerblech- Protection of the machining head by splash plate
- Prozeßgaszufuhr über Brennerdüsen und/oder Prozeßgasdüse - Reproduzierbarkeit durch skalierte Achseneinstellung- Process gas supply via burner nozzles and / or process gas nozzle - Reproducibility through scaled axis setting
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
Es zeigen :Show it :
Fig . . 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei nachlaufenden MSG-BrennernFig. . 1 shows a first exemplary embodiment of the invention with two trailing MSG burners
Fig . . 2 Darstellung der Fig.l aus Sicht der Linie II-IIFig. . 2 representation of Fig.l from the perspective of line II-II
Fig . 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem vorlaufenden und einem nachlaufenden MSG-Brenner Fig.4 Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren Fig.4a Ansicht der Fig.4 aus Sicht der Linie IVa-IVa Fig.5 Darstellung der wirtschaftlichen Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahren Fig.6a-c Querschnittsbilder der Schweißnähte bei unterschiedlichen SchweißnahtvorbereitungenFig. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention with a leading and a trailing MSG burner Fig.4 A device for performing the method Fig.4a View of Fig.4 from the line IVa-IVa Fig.5 Representation of the economic aspects of the method according to the invention Fig.6a-c Cross-sectional images of the welds with different weld preparations
Fig.l zeigt ein Schweißverfahren unter Ausführung eines Laserstrahlprozesses zusammen mit zwei MSG-Prozessen. Dargestellt ist eine Y-Naht gemäß Fig.6b in der Ansicht entlang der Linie I-I. Die Vorschubgeschwindigkeit ist nach links gerichtet. Der Laserstrahl ist genau im Vertikalschenkel des Y fokussiert und sorgt im Bereich der gemeinsamen Stoßkante der beiden Bleche für eine gemeinsame Schmelzzone. Wie man anhand Fig.2 erkennt, laufen zwei MSG-Prozesse dem vorauslaufenden Laserstrahl hinterher. Die beiden MSG-Prozesse liegen in der Darstellung gem. Fig.l hintereinander und sind hinsichtlich ihrer jeweiligen Anordnungen zum Laserstrahl sowie ihrer jeweiligen Einstellungen und Prozeßparameter in ihrer Positionierung zueinander einerseits variabel und voneinander unabhängig geführt und andererseits als einzelne Bestandteile des Gesamtprozesses so in das Schweißverfahren eingekoppelt, daß die beiden Lichtbögen zusammen mit dem Laserstrahl ein gemeinsames Plasma erzeugen.Fig.l shows a welding process using a laser beam process together with two MSG processes. A Y seam according to FIG. 6b is shown in the view along the line I-I. The feed speed is directed to the left. The laser beam is focused precisely in the vertical leg of the Y and ensures a common melting zone in the area of the joint edge of the two sheets. As can be seen from Fig. 2, two MSG processes run after the preceding laser beam. The two MSG processes are shown in the illustration. Fig.l one behind the other and are guided with respect to their respective arrangements for the laser beam and their respective settings and process parameters in their positioning to each other on the one hand variable and independent and on the other hand as individual components of the overall process so coupled into the welding process that the two arcs together with the laser beam generate common plasma.
Dabei ist der Laserstrahl so ausgerichtet, daß er praktisch bis an das untere Ende des Vertikalsteges des "Y" • reicht. Daher wird die Nahtwurzel der gemeinsam erzeugten Schweißraupe gerade eben noch vom Laserstrahl aufgeschmolzen. Es soll jedoch ausdrücklich von der Erfindung mit umfaßt werden, wenn zwischen dem unteren Ende der Nahtwurzel 2 und der Unterseite 3 des zu verschweißenden Blechs 1 eine sehr schma- le nichtverschweißte Zone 4 ausgebildet ist. Wesentlich ist ein Abstand a zwischen den Prozeßzonen der beiden MSG-Prozesse und der Prozeßzone des Laserstrahls, der so klein ist, daß alle drei Prozesse zusammen ein gemeinsames Plasma mit gemeinsamem Schmelzbad erzeugen.The laser beam is aligned so that it practically reaches to the lower end of the vertical bar of the "Y". Therefore, the seam root of the jointly generated welding bead is just melted by the laser beam. However, it is to be expressly included in the invention if a very narrow, non-welded zone 4 is formed between the lower end of the seam root 2 and the underside 3 of the sheet 1 to be welded. What is essential is a distance a between the process zones of the two MSG processes and the process zone of the laser beam, which is so small that all three processes together produce a common plasma with a common weld pool.
Da der Laser kein eigenes Material mitführt, bietet es sich bei dieser Y-Naht an, den Laser auf die gegeneinander stoßenden Kanten der dicht benachbarten Bleche 1,1' zu führen. Da allerdings zwischen den beiden MSG-Prozessen und dem Laserstrahlprozeß eine gemeinsame Prozeßzone besteht, in welcher der Lichtbogendruck maßgeblich den zeitlichen Verlauf der Schmelzbadparameter beeinflußt, können die beiden MSG- Prozesse über ihren jeweils maßgeblichen Lichtbogendruck das Schmelzbad dreidimensional beeinflussen.Since the laser does not carry its own material, it is advisable with this Y-seam to guide the laser onto the mutually abutting edges of the closely adjacent sheets 1, 1 '. However, since there is a common process zone between the two MSG processes and the laser beam process, in which the arc pressure significantly influences the time course of the melt pool parameters, the two MSG processes can influence the weld pool three-dimensionally via their respective relevant arc pressure.
Dabei ist berücksichtigt, daß beim Laserstrahlschweißen der Energietransport zwischen Laserstrahlquelle und Werkstoff ausschließlich durch die nahezu kohärente Strahlung erfolgt. Der Lichtbogen hingegen überträgt die Schweißwärme durch ei- nen hohen elektrischen Strom, der über einen elektrisch leitfähigen Plasmazustand, auch Lichtbogensäule genannt, zum Werkstück fließt.It is taken into account that in laser beam welding the energy transport between the laser beam source and the material takes place exclusively through the almost coherent radiation. The arc, on the other hand, transfers the heat of welding through a high electrical current that flows to the workpiece via an electrically conductive plasma state, also known as an arc column.
Die Laserstrahlung eignet sich für unterschiedliche Be- arbeitungsverfahren verschiedener Werkstoffe. Charakteristisch ist die geringe Einbringung von Energie in den Werkstoff bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten. In Konsequenz führt dies beim Laserstrahlschweißen zu einer vergleichbar schmalen wärmebeeinflußten Zone mit einem großen Verhältnis von Einschweißtiefe zu Nahtbreite. Das Laserstrahlschweißen zeichnet sich daher durch einen Tiefschweißetfekt aus, während die erzielbare Spaltüberbrückbarkeit aufgrund des kleinen Strahldurchmessers gering ist. Hierdurch liegt der elektrische Wirkungsgrad bei diesem Verfahren in der Regel unter 10%. Dies wird jedoch in vielen Fällen durch die hohe Schweißgeschwindigkeit aufgrund konzentrierter Wärmeeinbringung aufgewogen. Beim Lichtbogenschweißprozeß hingegen kommt es aufgrund der wesentlich kleineren Energiedichte zu geringeren Bearbei- tungsgeschwindigkeiten; der Brennfleck des Lichtbogens an der Oberfläche des Werkstoffes ist entsprechend größer als beim Laserstrahl. Infolgedessen sind die Nähte breiter als beim Laserstrahlschweißen, so daß bei einer vergleichbaren Schweißnahttiefe die eingebrachte Energie und die Spaltüber- brückbarkeit größer ist. Die Lichtbogentechnologie bietet da- her den Vorteil eines hohen energetischen Wirkungsgrades bei gleichzeitig niedrigen Investitionskosten. Da allerdings die Einschweißtiefe begrenzt ist, zeichnet sich die Naht, die allein über ein Lichtbogenschweißverfahren herstellbar ist, durch ein niedriges Verhältnis von Nahthöhe zu Nahtbreite aus. Allein das Lichtbogenschweißverfahren läßt nur niedrige Schweißgeschwindigkeiten in Verbindung mit der hohen thermischen Belastung des Bauteils zu.Laser radiation is suitable for different processing methods of different materials. The low input of energy into the material at high processing speeds is characteristic. As a consequence, laser beam welding leads to a comparatively narrow, heat-affected zone with a large ratio of weld depth to seam width. Laser beam welding is therefore characterized by a deep welding effect, while the gap bridgeability that can be achieved is small due to the small beam diameter. As a result, the electrical efficiency in this method is generally below 10%. In many cases, however, this is offset by the high welding speed due to concentrated heat input. In contrast, the arc welding process results in lower processing speeds due to the much lower energy density; the focal spot of the arc on the surface of the material is correspondingly larger than that of the laser beam. As a result, the seams are wider than in laser beam welding, so that the energy introduced and the gap bridging capacity are greater with a comparable weld depth. Arc technology therefore offers the advantage of high energy efficiency with low investment costs. However, since the welding depth is limited, the seam, which can only be produced using an arc welding process, is characterized by a low ratio of seam height to seam width. The arc welding process alone allows only low welding speeds in connection with the high thermal load on the component.
Da mit der Entwicklung moderner Lichtbogenquellen auch eine Vielzahl von steuerungstechnischen Möglichkeiten entstanden sind, konnten durch die zeitgleiche Anwendung von Lichtbogenschweißprozessen mit Laserschweißprozessen synerge- tische Effekte erzielt werden, welche zu einer Erhöhung der Freiheitsgrade während des Schweißprozesses führte.Since the development of modern arc sources has also resulted in a multitude of control technology options, the simultaneous use of arc welding processes with laser welding processes has produced synergistic effects, which has led to an increase in the degree of freedom during the welding process.
Bei der hier vorliegenden Verfahrenskopplung wirken Laserstrahl (C02-, Nb: JAG, Diodenlaser etc.) und Lichtbogen (MSG) zeitgleich in einer Wechselwirkungszone von Plasma und Schmelze und beeinflussen bzw. unterstützen sich gegenseitig. Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der variablen Einstellungen und Positionierungen der beiden MSG-Prozesse und des Laserstrahlprozesses können daher Synergieeffekte erzielt werden, welche zumindest teilweise zur Kompensation der Nachteile der jeweiligen anderen Verfahren führen.In the present process coupling, the laser beam (C0 2 -, Nb: JAG, diode laser etc.) and arc (MSG) act simultaneously in an interaction zone of plasma and melt and influence or support each other. The possibility according to the invention of variable settings and positioning of the two MSG processes and the laser beam process can therefore achieve synergy effects which at least partially compensate for the disadvantages of the respective other methods.
Dabei macht sich die Erfindung auch die Erkenntnis zunutze, daß beim gekoppelten Prozeß nach dieser Erfindung der Lichtbogen dem Schweißgut im oberen Nahbereich zusätzlich zum Laserstrahl Wärme zuführt, wodurch die Schweißnaht eine kelchförmige Gestalt erhält. Die wechselseitige Beeinflussung der Prozesse kann je nach eingesetztem Lichtbogen- oder Laserverfahren und den Prozeßparametern unterschiedliche Stärke und Ausprägung haben. Dabei kann die Wärmebelastung des Bauteils gering gehalten werden. Je nach dem gewählten Verhältnis der Leistungsbeiträge kann der Laser- oder der Lichtbogencharakter überwiegen.The invention also makes use of the knowledge that in the coupled process according to this invention the Arc supplies heat to the weld metal in the upper vicinity in addition to the laser beam, which gives the weld seam a cup-shaped shape. The mutual influencing of the processes can have different strengths and characteristics depending on the arc or laser process used and the process parameters. The thermal load on the component can be kept low. Depending on the selected ratio of the power contributions, the laser or arc character can predominate.
Durch die variable und voneinander unabhängige Einstellung der Prozeßparameter und der Positionierung der MSG-Prozesse kann daher das Lichtbogenschweißverfahren die Spalt- überbrückbarkeit erheblich erhöhen. Hieraus resultiert die Möglichkeit, den Toleranzbereich bei der Kantenvorbereitung erheblich zu vergrößern. Darüber hinaus erlaubt der Energieeintrag des Lichtbogens in das Bearbeitungsvolumen auch eine Steuerung der Abkühlungsbedingungen. Der Laserstrahl bewirkt über das ionisierte Plasma eine erleichterte Zündung des Lichtbogens, eine Stabilisierung des Lichtbogenschweißprozesses sowie die Energiedeponierung in der Materialtiefe. Über die Verbesserung der Energieeinkopplung wird daher eine größere Schweißtiefe bzw. -geschwindigkeit erreicht. Es ist somit möglich, Leistungsfähigkeit und energetischen Wirkungs- grad zu steigern, ohne auf die Vorteile des Einsatzes von Zusatzwerkstoff verzichten zu müssen, so daß z.B. die Gefügestruktur metallurgisch beeinflußt werden kann.Due to the variable and independent setting of the process parameters and the positioning of the MSG processes, the arc welding process can significantly increase the gap bridging ability. This results in the possibility of significantly increasing the tolerance range for edge preparation. In addition, the energy input of the arc into the processing volume also allows the cooling conditions to be controlled. Via the ionized plasma, the laser beam facilitates the ignition of the arc, stabilizes the arc welding process and energy deposition in the material depth. A greater welding depth or speed is therefore achieved by improving the energy coupling. It is thus possible to increase performance and energy efficiency without having to forego the advantages of using filler material, so that e.g. the structural structure can be influenced metallurgically.
Weiterhin wird durch eine deutliche Verringerung der Streckenenergie gegenüber allen bekannten Schweißverfahren, in denen Zusatzwerkstoff zum Einsatz kommt, die thermische Belastung des Bauteils reduziert. Daher ist bzw. sind der thermisch bedingte Bauteilverzug und ggf. die Eigenspannungen im Bauteil nach dem Schweißen deutlich gemindert. Darüber hinaus kann durch den größeren Toleranzbereich hinsichtlich der Güte der Kantenvorbereitung der Aufwand für die Bauteilvorbereitung durch mechanische Bearbeitung der Kantengeome- trie, durch Spannen und Heften als auch für den nachfolgenden Arbeitsgang des thermischen Richtens gesenkt werden.Furthermore, the thermal load on the component is reduced by a significant reduction in the path energy compared to all known welding processes in which filler metal is used. Therefore, the thermally induced component distortion and possibly the internal stresses in the component after welding are significantly reduced. In addition, due to the larger tolerance range with regard to the quality of the edge preparation, the effort for the component preparation by mechanical processing of the edge geometry trie, by tensioning and stapling, as well as for the subsequent thermal straightening operation.
Dies gilt insbesondere bei großen Blechstücken und hohen Schweißgeschwindigkeiten, da hierdurch die Begrenzung der verschweißbaren Blechdicken bei Stumpfstoßen mit Spalt (I-, Y- , V-Naht etc.) oder bei Kehlnähten mit Spalt (HV-, HY- , DHY-Naht etc.) durch die Laserleistung und das intensivierte Schmelzbad der beiden MSG-Prozesse aufgehoben bzw. deutlich nach oben verlagert wird. Da mit der Zufuhr von mehr Zusatzwerkstoff über den weiteren MSG-Prozeß auch zusätzliche Energie dem gemeinsamen Schmelzbad und dem gemeinsamen Plasma zugeführt wird, kann die verschweißbare Blechdicke höher werden.This applies in particular to large pieces of sheet metal and high welding speeds, since this limits the weldable sheet thicknesses for butt joints with a gap (I, Y, V seam etc.) or for fillet welds with a gap (HV, HY, DHY seam, etc. .) is canceled or significantly shifted upwards by the laser power and the intensified weld pool of the two MSG processes. Since with the addition of more filler material via the further MSG process, additional energy is also supplied to the common weld pool and the common plasma, the weldable sheet thickness can be higher.
Weiterhin ist im Falle von Stumpfstoßen (I-, V-, Y-Naht) die Spaltüberbrückbarkeit von der Schmelzbadgröße abhängig. Infolge der vergrößerten Schmelzbaddimensionen können daher größere Schmelzbadvolumina realisiert werden, so daß die be- kannten Probleme wie Nahteinfall, Nahtdurchhang, Einbrandkerben oder Porenzeilen auch bei großen zu überbrückenden Spalten vermieden werden. Dies gilt auch Kehlnähten, bei welchen die Spaltüberbrückbarkeit durch die blechdickenabhängige, maximal zulässige Schmelzbadgröße beschränkt ist.Furthermore, in the case of butt joints (I, V, Y seam), the gap bridging ability depends on the size of the weld pool. As a result of the enlarged melt pool dimensions, larger melt pool volumes can therefore be realized, so that the known problems such as seam collapse, seam sag, penetration notches or pore lines are avoided even with large gaps to be bridged. This also applies to fillet welds where the gap bridging ability is limited by the maximum permissible weld pool size depending on the sheet thickness.
Ferner kann sowohl bei Stumpfnähten als auch bei Kehlnähten die Schweißgeschwindigkeit erhöht werden, da diese bei gleicher Laserleistung durch die zulässige Lichtbogenleistung begrenzt ist. Infolge der Lichtbogenleistung des zusätzlichen MSG-Prozesses kann daher die Schweißgeschwindigkeit angehoben werden .Furthermore, the welding speed can be increased both for butt welds and for fillet welds, since this is limited by the permissible arc power for the same laser power. As a result of the arc power of the additional MSG process, the welding speed can therefore be increased.
Da ferner die Materialzufuhrrate ohne Anhebung der Drahtvorschubgeschwindigkeit VD infolge des zweiten MSG-Pro- zesses zunimmt, werden die Folgen zu hoher Drahtgeschwindigkeit, wie z.B. Nahteinfall, Einbrandkerben oder Nahtdurchhang zuverlässig vermieden. Ergänzend hierzu zeigt Fig.3 ein Ausführungsbeispiel mit einem vorlaufenden MSG-Prozeß 5, einem nachlaufenden MSG-Prozeß 6 und einem Laserstrahlprozeß 7. Wesentlich ist auch hier, daß die beiden Lichtbögen jedes MSG-Prozesses zusammen mit dem Laserstrahl ein gemeinsames Plasma erzeugen, und daß der Lichtbogendruck der beiden MSG-Prozesse aufgrund der jeweiligen Einstellungen und der Prozeßparameter und der Positionierung der MSG-Brenner zueinander variabel und voneinan- der unabhängig geführt wird.Furthermore, since the material feed rate increases without increasing the wire feed speed V D as a result of the second MSG process, the consequences of excessive wire speed, such as seam sinking, penetration notches or seam sag, are reliably avoided. 3 shows an embodiment with a leading MSG process 5, a trailing MSG process 6 and a laser beam process 7. It is also important here that the two arcs of each MSG process generate a common plasma together with the laser beam, and that the arc pressure of the two MSG processes is variable and independent of one another based on the respective settings and the process parameters and the positioning of the MSG torches.
Zugleich sind jedoch alle Komponenten des Gesamtprozesses in das Schweißverfahren so eingekoppelt, daß die beiden Lichtbögen zusammen mit dem Laserstrahl ein gemeinsames Plas- ma erzeugen.At the same time, however, all components of the overall process are coupled into the welding process in such a way that the two arcs together with the laser beam generate a common plasma.
Fig.4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Bearbeitungskopfes für einen Laserstrahlprozeß und zwei MSG- Brenner .4 shows a preferred embodiment of a processing head for a laser beam process and two MSG burners.
Die Einstellung der beiden MSG-Brenner zueinander sowie zum Laserstrahl erfolgt über insgesamt zehn Achsen. Zwei Achsen, eine vertikale rotatorische Achse ® und eine vertikale translatorische Achse dienen zur gemeinsamen Positionie- rung der MSG-Brenner zum Laserstrahl. Auf diese Weise ist es z.B. möglich, mit der Achse ® einen MSG-Brenner in vorlaufender und den anderen MSG-Brenner in nachlaufender Funktion zum Laserstrahl anzuordnen. In dieser Anordnung läßt sich der Abstand zwischen der Drahtspitze und dem Fokuspunkt innerhalb der für das Verfahren benötigten Bereich variieren. Eine Drehung der Achse ® aus dieser Position um 90 Grad führt zu einer Anordnung der MSG-Brenner senkrecht zur Schweißrichtung und ermöglicht so das Schweißen mit zwei vor- oder nachlaufenden MSG-Brennern, je nach Schweißrichtung. Mit der ver- tikalen Achse ® ist zunächst eine grobe Positionierung beider MSG-Brenner relativ zum Fokuspunkt des Laserstrahls entsprechend der eingesetzten Brennweite möglich. Mit jeweils vier der verbleibenden acht Achsen lassen sich die einzelnen MSG-Brenner exakt zueinander sowie zum Laserstrahl einstellen. Dabei stellt die Achse ® die zur Ver- tikalen geneigte Achse zur translatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners entlang dessen Längsachse dar. Dies gilt sinngemäß auch für die Achse © bezüglich des zweiten MSG- Brenners. Mit den Achsen ® und © werden zwei rotatorische Achsen bereitgestellt. Diese kreisbogenförmigen Achsen dienen zur rotatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners so, daß der Drehpunkt mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammenfällt. Die Achse © liegt horizontal und dient der rotatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners, wobei der Drehpunkt den Verstellbogen der Achse ® senkrecht durchstößt. Sinngemäß gilt dies auch bezüglich der Achsen ® und ® für den zweiten MSG-Brenner.The two MSG burners are adjusted to each other and to the laser beam using a total of ten axes. Two axes, a vertical rotatory axis ® and a vertical translatory axis serve to position the MSG torch together in relation to the laser beam. In this way it is possible, for example, to use the ® axis to arrange one MSG burner in the leading function and the other MSG burner in the trailing function to the laser beam. In this arrangement, the distance between the wire tip and the focal point can be varied within the range required for the method. A rotation of the axis ® from this position by 90 degrees leads to an arrangement of the MSG torch perpendicular to the welding direction and thus enables welding with two leading or trailing MSG torches, depending on the welding direction. With the vertical axis ® it is initially possible to roughly position both MSG burners relative to the focal point of the laser beam according to the focal length used. With four of each of the remaining eight axes, the individual MSG burners can be adjusted exactly to each other and to the laser beam. The axis ® represents the vertical inclined axis for translatory adjustment of the first MSG burner along its longitudinal axis. This also applies analogously to the axis © with respect to the second MSG burner. The axes ® and © provide two rotary axes. These arc-shaped axes are used for rotary adjustment of the first MSG burner so that the fulcrum coincides with the focal point of the laser. The axis © lies horizontally and is used for the rotary adjustment of the first MSG burner, the pivot point penetrating the adjustment arch of the axis ® vertically. This also applies to the axes ® and ® for the second MSG burner.
Zusätzlich sind die Achsen (D und ® vorgesehen zur translatorischen Verstellung des ersten bzw. zweiten MSG- Brenners.In addition, the axes ( D and ® are provided for translational adjustment of the first and second MSG burner.
Über entsprechende Skalierungen ist für alle Achsen eine reproduzierbare Einstellung gewährleistet.Corresponding scaling ensures a reproducible setting for all axes.
Dabei dienen die rotatorischen Achsen ® bzw. ® der Verstellung des ersten bzw. zweiten MSG-Brenners entlang eines vertikalen Kreisbogens, der seinen Mittelpunkt im Fokuspunkt des Laserstrahls hat. Daher fällt der Drehpunkt der Verstellung mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammen. Über diese Achsen ist es also möglich, den Eintrittswinkel der MSG- Lichtbögen in das Werkstück bzw. deren Neigung zum (vertikalen) Laserstrahl zu variieren.The rotatory axes ® and ® are used to adjust the first and second MSG torches along a vertical arc that is centered at the focal point of the laser beam. The fulcrum of the adjustment therefore coincides with the focal point of the laser. It is therefore possible to vary the entry angle of the MSG arcs into the workpiece or their inclination to the (vertical) laser beam via these axes.
Mit den horizontalen Achsen © bzw. ® zur rotatorischen Verstellung des ersten bzw. zweiten MSG-Brenners lassen sich die MSG-Brenner, je nach Stellung der Achse ® seitlich bzw. in Schweißrichtung vor oder zurück, weiter vom Fokuspunkt des Lasers wegführen oder näher an diesen heranführen. Die Drehpunkte der Achsen © und ® durchstoßen den Verstellbogen der Achse ® senkrecht.With the horizontal axes © or ® for rotary adjustment of the first or second MSG torch, the MSG torch can be moved further from the focal point of the, depending on the position of the axis ® to the side or in the welding direction Guide the laser away or bring it closer to it. The pivot points of the axes © and ® penetrate the adjustment arch of the axis ® vertically.
Mit den beiden horizontalen Achsen ® bzw. ® lassen sich der erste bzw. der zweite MSG-Brenner außerdem, wiederum je nach Stellung der Achse ® seitlich bzw. in Schweißrichtung vor oder zurück, translatorisch weiter vom Fokuspunkt des Lasers wegführen oder näher an diesen heranführen.With the two horizontal axes ® and ®, the first and the second MSG torch can also be translationally moved further away from the focal point of the laser or closer to it, again depending on the position of the axis ® laterally or in the welding direction .
Die einstellbaren Achsen sind z.B. mit Einstell- bzw.The adjustable axes are e.g. with setting or
Feststellschrauben mit Feingewinde, ggf. Mikrometerschrauben ausgeführt. Selbstverständlich ist es auch möglich anstelle manueller Antriebe aufwendigere numerisch gesteuerte Schritt- motoren oder dergleichen zu verwenden.Locking screws with fine thread, possibly micrometer screws. Of course, it is also possible to use more complex numerically controlled stepper motors or the like instead of manual drives.
Der Bearbeitungskopf erlaubt es somit, in reproduzierbarer Weise beide Schweißbrenner in nahezu beliebiger Anordnung zum Laserstrahl zu positionieren. Jeder Draht jedes MSG-Bren- ners ist an eine eigene Stromquelle angeschlossen, die separat ansteuerbar ist und wird von einem eigenen Drahtvorschubsystem zum gemeinsamen Bearbeitungskopf geführt. Die Lichtbögen erzeugen mit dem Laserstrahl bei kleinem Abstand ein gemeinsames Plasma und ein gemeinsames Schmelzbad. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, den Verstellbereich der MSG- Brenner zum Laserstrahl so groß zu ermöglichen, daß auch getrennte Schmelzbäder entstehen, um mit dieser Vorrichtung das herkömmliche Laser-MSG-Verfahren ohne gemeinsames Schmelzbad und ohne gemeinsames Plasma ausführen.The processing head thus allows both welding torches to be positioned in a reproducible manner in almost any arrangement with respect to the laser beam. Each wire of each MSG burner is connected to its own power source, which can be controlled separately, and is guided by its own wire feed system to the common processing head. The arcs create a common plasma and a common weld pool with the laser beam at a small distance. In addition, it can be provided that the adjustment range of the MSG burner to the laser beam is so large that separate melting baths are also created in order to use this device to carry out the conventional laser MSG process without a common melting bath and without a common plasma.
Die Fig.6a-c zeigen unterschiedliche Schweißnahtvorbereitungen.6a-c show different weld preparations.
Unabhängig von der jeweiligen Schweißnahtvorbereitung läßt sich durch das Verfahren nach dieser Erfindung auch bei großen Blechdicken eine Durchschweißung bis auf die gegen- überliegende Blechoberfläche erzielen, wobei die Nahtbreite auf derjenigen Blechseite, wo die Schweißbrenner sitzen kelchförmig nach außen zunimmt während der jeweilige Laserstrahl zu einer Durchschweißung bis zur Nahtwurzel führt, die auch dort eine gute Anbindung an die benachbarten Blechzonen hat. Regardless of the respective weld preparation, the process according to this invention allows welding through even with large sheet thicknesses to the opposite achieve overlying sheet metal surface, the seam width on the sheet metal side where the welding torches sit goblet-shaped increases towards the outside, while the respective laser beam leads to welding through to the seam root, which also has a good connection to the adjacent sheet metal zones there.
BezugszeichenlisteReference list
Blech ' Blech Naht Unterseite Zone vorlaufender MSG-Brenner nachlaufender MSG-Brenner ' nachlaufender MSG-Brenner Laserstrahl Nahtwurzel Abstand Sheet metal 'sheet seam underside zone leading MSG burner trailing MSG burner' trailing MSG burner laser beam seam root distance

Claims

Patentansprüche claims
. Schweißverfahren unter Aus führung eines Laser- strahlprozesses zusammen mit zwei MSG-Prozessen , dadurch gekennzeichnet . daß die beiden MSG- Prozesse hinsichtlich ihrer j eweiligen Anordnungen zum Laserstrahl sowie ihrer j ewei ligen Einstellungen und Prozeßparameter und ihrer Positionierung zueinander einerseits variabel und voneinander unabhängig geführt werden und andererseits als einzelne Komponenten des Gesamtprozesses so in das Schweißverfahren eingekoppelt sind, daß die beiden Lichtbögen zusammen mit dem Laserstrahl ein gemein- sames Plasma erzeugen.. Welding process under execution of a laser beam process together with two MSG processes, characterized. that the two MSG processes with regard to their respective arrangements for the laser beam as well as their respective settings and process parameters and their positioning with respect to one another are performed variably and independently of one another and, on the other hand, are coupled into the welding process as individual components of the overall process in such a way that the two arcs generate a common plasma together with the laser beam.
2 . Schweißverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein MSG-Prozeß vor- und mindestens ein MSG-Prozeß nachläuft .2nd Welding method according to claim 1, characterized in that at least one MSG process precedes and at least one MSG process runs.
3. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle MSG-Prozesse vorlaufen.3. Welding method according to claim 1, characterized in that all MSG processes are running.
4. Schweißverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß alle MSG-Prozesse nachlaufen.4. Welding method according to claim 1, characterized in that all MSG processes run.
5. Schweißverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der MSG-Prozesse durch einen Plasma-MSG- Prozeß ersetzt werden kann. 5. Welding method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the MSG processes can be replaced by a plasma MSG process.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Bearbeitungskopf mit einer Laserstrahleinheit und mit mindestens zwei neben der La- serstrahleinheit so angeordneten MSG-Brennern, daß die Bearbeitungszonen der Laserstrahleinheit und der MSG-Brenner im wesentlichen zusammenfallen.6. Device for carrying out the method according to any one of the preceding claims, characterized by a processing head with a laser beam unit and with at least two MSG burners arranged next to the laser beam unit so that the processing zones of the laser beam unit and the MSG burner essentially coincide.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- net, daß zwei MSG-Brenner vorgesehen sind.7. The device according to claim 6, characterized in that two MSG burners are provided.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die MSG-Brenner in mindestens einer der nachfolgenden Achsen verstellbar gelagert sind:8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the MSG burners are adjustably mounted in at least one of the following axes:
Achse ®: vertikale Achse zur rotatorischen Verstellung und gemeinsamen Positionierung der MSG-Brenner zum Laserstrahl;Axis ®: vertical axis for rotary adjustment and joint positioning of the MSG torch to the laser beam;
Achse ® : vertikale Achse zur translatorischen Verstellung und gemeinsamen Positionierung der MSG-Brenner zum Laserstrahl;Axis ®: vertical axis for translatory adjustment and joint positioning of the MSG torch to the laser beam;
- Achse ® : zur Vertikalen geneigte Achse zur translatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners entlang dessen Längsachse;- Axis ®: axis inclined to the vertical for translational adjustment of the first MSG burner along its longitudinal axis;
Achse ©: zur Vertikalen geneigte Achse zur translatorischen Verstellung des zweitenAxis ©: axis inclined to the vertical for translatory adjustment of the second
MSG-Brenners entlang dessen Längsachse;MSG burner along its longitudinal axis;
Achse ® : kreisbogenförmige Achse zur rotatorischen Verstellung des ersten MSG-Bren- ners, wobei der Drehpunkt mit dem Fokus- punkt des Lasers zusammenfällt; Achse ®: kreisbogenförmige Achse zur rotatorischen Verstellung des zweiten MSG-Brenners, wobei der Drehpunkt mit dem Fokuspunkt des Lasers zusammenfällt;Axis ®: Arc-shaped axis for the rotary adjustment of the first MSG burner, the fulcrum coinciding with the focal point of the laser; Axis ®: Arc-shaped axis for rotary adjustment of the second MSG burner, the fulcrum coinciding with the focal point of the laser;
Achse ©: horizontale Achse zur rotatorischen Verstellung des ersten MSG-Brenners, wobei der Drehpunkt den Verstellbogen der Achse ® senkrecht durchstößt;Axis ©: horizontal axis for rotary adjustment of the first MSG burner, the pivot point penetrating the adjustment arch of the axis ® vertically;
Achse ®: horizontale Achse zur rotatorischen Verstellung des zweiten MSG-Brenners, wobei der Drehpunkt den Verstellbogen der Achse ® senkrecht durchstößt;Axis ®: horizontal axis for rotary adjustment of the second MSG burner, the pivot point penetrating the adjustment arc of the axis ® vertically;
Achse ® : horizontale Achse zur translatori- schen Verstellung des ersten MSG-Brenners;Axis ®: horizontal axis for translational adjustment of the first MSG burner;
Achse ® : horizontale Achse zur translato- rischen Verstellung des zweiten MSG-Brenners .Axis ®: horizontal axis for translatory adjustment of the second MSG burner.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die MSG-Brenner in allen Achsen verstell- bar gelagert sind.9. The device according to claim 8, characterized in that the MSG burners are mounted adjustable in all axes.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Achsen eine Skalierung aufweisen.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that all axes have a scaling.
11 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , daß die Prozeßgaszufuhr über die MSG-Brenner und/ oder mindestens eine Prozeßgasdüse erfolgt . 11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the process gas is supplied via the MSG burner and / or at least one process gas nozzle.
2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Optik Crossjets vorgesehen sind. 2. Device according to one of the preceding claims, characterized in that crossjets are provided to protect the optics.
PCT/EP1999/008051 1998-10-24 1999-10-25 Welding method using a laser beam method in combination with two mig methods and device for carrying out said method WO2000024543A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19849117.4 1998-10-24
DE19849117A DE19849117B4 (en) 1998-10-24 1998-10-24 Welding process by performing a laser beam process together with two MSG processes and apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2000024543A1 true WO2000024543A1 (en) 2000-05-04

Family

ID=7885546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1999/008051 WO2000024543A1 (en) 1998-10-24 1999-10-25 Welding method using a laser beam method in combination with two mig methods and device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19849117B4 (en)
WO (1) WO2000024543A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1084789A2 (en) * 1999-09-16 2001-03-21 Linde Gas Aktiengesellschaft Process and device for hybrid welding under protective gas
WO2002040211A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-23 Fronius International Gmbh Device for a laser-hybrid welding process
EP1691949A1 (en) 2003-12-10 2006-08-23 VIETZ GmbH Orbital welding device for pipeline construction
DE102007022863B4 (en) * 2007-05-15 2010-07-22 Meyer Werft Gmbh Process for the non-detachable joining of components made of heat-meltable, metallic material
CN102699546A (en) * 2012-06-05 2012-10-03 天津大学 Laser double-consumable-electrode single-arc bypass-coupling hybrid welding system and method

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2809647B1 (en) * 2000-05-31 2002-08-30 Air Liquide HYBRID LASER-ARC WELDING PROCESS WITH APPROPRIATE GAS MIXTURE
FR2813031B1 (en) * 2000-08-21 2003-01-24 Air Liquide HYBRID LASER-ARC WELDING PROCESS AND INSTALLATION USING A POWER DIODE LASER
DE10113471B4 (en) * 2001-03-19 2005-02-17 Highyag Lasertechnologie Gmbh Method for hybrid welding by means of a laser double focus
DE10151257B4 (en) * 2001-10-17 2005-12-22 Kuka Schweissanlagen Gmbh Method for connecting body parts and framing station
FR2874850B1 (en) * 2004-09-07 2006-11-24 Air Liquide LASER-MIG HYBRID WELDING PROCESS WITH HIGH WIRE SPEED
FR2875426A1 (en) * 2004-09-23 2006-03-24 Air Liquide Hybrid laser-Metal in Gas welding with a elevated welding and filler wire supply speeds and a high welding current, notably for carbon and stainless tubes in offshore and onshore applications
FR2886562B1 (en) * 2005-06-02 2008-12-19 Serimer Dasa Soc Par Actions S WELDING METHOD, ESPECIALLY TUBULAR PIECES SUCH AS METALLIC CONDUITS END-TO-END TO FORM PIPELINE-TYPE METAL PIPES
FR2886563B1 (en) * 2005-06-02 2008-12-19 Serimer Dasa Soc Par Actions S PROCESS FOR MACHINING METAL CONDUITS FOR FORMING PIPELINE TYPE PIPELINE
DE102006021911B4 (en) * 2006-05-11 2009-12-31 Zf Friedrichshafen Ag Hybrid welding process, weld and machine part
DE102007005533A1 (en) * 2007-02-03 2008-08-07 Volkswagen Ag Device for joining workpieces by welding comprises two processing units each having a drive, a voltage source for a wire and a gas feed
ES2455221T3 (en) * 2009-02-25 2014-04-15 Aeg Svs Schweisstechnik Gmbh Spinning device of an electrode tip cutter for spot welding
US8729424B2 (en) 2010-02-18 2014-05-20 The Esab Group, Inc. Hybrid welding with multiple heat sources
DE102010028745B4 (en) 2010-05-07 2015-04-30 SCHWEIßTECHNISCHE LEHR- UND VERSUCHSANSTALT HALLE GMBH Method for mechanized welding of pipes using a combination of laser MSG hybrid and MSG technology

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4507540A (en) * 1982-10-06 1985-03-26 Agency Of Industrial Science & Technology Welding method combining laser welding and MIG welding
JPS60106688A (en) * 1983-11-16 1985-06-12 Hitachi Ltd Laser working device
WO1996009135A1 (en) * 1994-09-23 1996-03-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for welding workpieces
DE29606375U1 (en) * 1996-04-04 1997-08-28 Kuka Schweissanlagen Gmbh Device for welding and / or cutting

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19500512A1 (en) * 1994-09-23 1996-04-11 Fraunhofer Ges Forschung Process for welding workpieces
DE19608074C2 (en) * 1996-03-02 2000-06-15 Fraunhofer Ges Forschung Process for welding relatively moving workpieces

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4507540A (en) * 1982-10-06 1985-03-26 Agency Of Industrial Science & Technology Welding method combining laser welding and MIG welding
JPS60106688A (en) * 1983-11-16 1985-06-12 Hitachi Ltd Laser working device
WO1996009135A1 (en) * 1994-09-23 1996-03-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Process for welding workpieces
DE29606375U1 (en) * 1996-04-04 1997-08-28 Kuka Schweissanlagen Gmbh Device for welding and / or cutting

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 256 (M - 421) 15 October 1985 (1985-10-15) *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1084789A2 (en) * 1999-09-16 2001-03-21 Linde Gas Aktiengesellschaft Process and device for hybrid welding under protective gas
EP1084789A3 (en) * 1999-09-16 2003-04-16 Linde AG Process and device for hybrid welding under protective gas
WO2002040211A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-23 Fronius International Gmbh Device for a laser-hybrid welding process
US6844521B2 (en) 2000-11-16 2005-01-18 Fronius International Gmbh Device for a laser-hybrid welding process
EP1609556A1 (en) * 2000-11-16 2005-12-28 Fronius International GmbH Modular hybrid laser welding head
CN100496857C (en) * 2000-11-16 2009-06-10 弗罗纽斯国际有限公司 Device for laser-hybrid welding process
EP1691949A1 (en) 2003-12-10 2006-08-23 VIETZ GmbH Orbital welding device for pipeline construction
DE102007022863B4 (en) * 2007-05-15 2010-07-22 Meyer Werft Gmbh Process for the non-detachable joining of components made of heat-meltable, metallic material
US8378260B2 (en) 2007-05-15 2013-02-19 Meyer Werft Gmbh Method and device for permanently connecting components of heat-meltable, metallic materials
CN102699546A (en) * 2012-06-05 2012-10-03 天津大学 Laser double-consumable-electrode single-arc bypass-coupling hybrid welding system and method

Also Published As

Publication number Publication date
DE19849117A1 (en) 2000-05-18
DE19849117B4 (en) 2008-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2000024543A1 (en) Welding method using a laser beam method in combination with two mig methods and device for carrying out said method
DE60131935T2 (en) A laser beam machining head and a laser machining apparatus having such a laser beam machining head
DE202013012051U1 (en) System for starting and using a combined flux-cored wire feed and high-intensity energy source for welding
DE3905684A1 (en) Build-up welding process
EP1084789A2 (en) Process and device for hybrid welding under protective gas
DE2722372C2 (en) welding machine
EP1832377B1 (en) Device and method for welding a workpiece
DE19608074C2 (en) Process for welding relatively moving workpieces
DE1066676B (en)
EP0667204B1 (en) Method and apparatus to longitudinally weld tubes with flat steels
DE102005042361B4 (en) Method for the thermal joining of components, in particular by laser soldering and / or laser welding, and apparatus for carrying out such a method
EP1350590B1 (en) Method and device for keyhole laser welding in combination with heating beam and filler material
EP1570939B1 (en) Submerged arc welding process
DE10131883B4 (en) Method for welding metal components
DE2720793C3 (en) Method and device for performing thermochemical quick starts
EP1193023B1 (en) Welding Method
WO2021175555A1 (en) Method for laser welding two coated workpieces
EP1176218B1 (en) Process for smoothing energy beam welded weld beads
EP3205435B1 (en) Welding method and device for joining overlapping sheets
DE10304954A1 (en) To weld together materials of different characteristics, e.g. for vehicle bodywork, a molten bath is formed in the lower melting point material followed by an arc to form a solder bond
DE10128793B4 (en) Method for processing a workpiece with a laser beam
DE60015528T2 (en) METHOD AND APPARATUS FOR AUTOMATIC MULTIPLE PLASMA WELDING
WO2020070195A1 (en) Method and clamping device for producing a weld seam at a butt joint between two workpieces by means of a laser beam
EP0889769A1 (en) Process for joining of workpieces with laser beam
DE102013015367A1 (en) Method for arc joining of materials with reduced energy input

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase