WO2001012378A1 - Verbindungsbereich zweier beschichteter metallbleche - Google Patents

Verbindungsbereich zweier beschichteter metallbleche Download PDF

Info

Publication number
WO2001012378A1
WO2001012378A1 PCT/EP2000/006491 EP0006491W WO0112378A1 WO 2001012378 A1 WO2001012378 A1 WO 2001012378A1 EP 0006491 W EP0006491 W EP 0006491W WO 0112378 A1 WO0112378 A1 WO 0112378A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flange
metal sheet
metal
metal sheets
welding
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/006491
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Dreher
Günther HILLER
Thomas Kretschmer
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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 Daimlerchrysler Ag filed Critical Daimlerchrysler Ag
Publication of WO2001012378A1 publication Critical patent/WO2001012378A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K33/00—Specially-profiled edge portions of workpieces for making soldering or welding connections; Filling the seams formed thereby
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/244—Overlap seam welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34—Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • B23K2101/35—Surface treated articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26

Definitions

  • the invention relates to a connection area of two coated metal sheets for connection with the aid of laser beam welding and a method for laser beam welding of two coated metal sheets.
  • Laser beam welding represents an advantageous joining method for joining metal sheets - especially with regard to the strength of the weld seam and weight savings when designing the joint area - and is therefore increasingly used in the automotive industry for welding body panels and structural components.
  • problems arise with laser beam welding if the metal sheets to be welded are coated with a corrosion-protecting material whose melting point is significantly lower than that of the metal sheet: in this case, the coating material evaporates during laser beam welding, the escaping vapors enter the molten pool that has become liquid and lead to it a porous and / or contaminated weld that cannot reliably meet the strength requirements placed on it.
  • the coating In order to achieve a pore-free weld with good seam quality, the coating must therefore be removed locally before the welding, or free spaces must be provided in the joining area of the metal sheets, into which the gaseous coating materials can escape.
  • EP 1 78 394 A2 which forms the genus, to first fix two metal sheets to be welded to one another in an overlap, otherwise protruding from one another, with the aid of clamping devices in the vicinity of the weld seam and then to weld them along the clamping devices.
  • the mutual protrusion of the two sheets outside of the overlap area creates a free space between the sheets, which is in flow connection with the external environment and the escape of the coating vapors allowed.
  • the free space and thus the distance between the two sheets increases rapidly as the distance from the clamping devices increases.
  • EP 337 1 82 A2 it is proposed to provide the two metal sheets to be welded together with bead-shaped curvatures in the connection area along the weld seam, so that the two sheets collide with different radii of curvature; this creates free spaces on both sides of the weld seam which can absorb the escaping coating vapors.
  • the closely adjacent convex and concave curvatures required for this purpose can only be achieved on very thin sheets for manufacturing reasons.
  • the invention is therefore based on the object of designing the connection area of two coated metal sheets in such a way that the metal sheets - regardless of fluctuations in the part geometry - can be connected in this connection area in a simple, inexpensive and suitable for large series with the aid of laser beam welding. Furthermore, the invention is based on the object of proposing a simple method which is suitable for large-scale production for producing a high-quality, reproducible laser weld seam when lap welding of coated metal sheets.
  • connection area of the coated metal sheets is designed such that one of the sheets has a flange which, in the assembled position of the two metal sheets, projects in a wedge shape against the second metal sheet before welding.
  • a wedge-shaped free space is thus formed between the flange and the second metal sheet.
  • connection area ensures a high tolerance of the welding process to fluctuations in the component geometries: with the aid of the clamping device, the flange that overlaps the second metal sheet in a wedge shape can be fixed on the second metal sheet in such a way that a gap of a defined overall height is created between the sheets.
  • the height of this gap in turn is of crucial importance for the quality of the weld seam, because on the one hand the sheets to be connected must be as close as possible to one another to ensure a good connection of the sheets by means of the welding laser, but on the other hand sufficient space must be provided for the vapors to escape ,
  • the height of this gap can be varied simply and quickly by increasing the holding force or by moving the clamping means (see claim 6). In this way, fluctuations in the geometry of the metal sheets to be joined can be balanced out and a constant quality of the laser weld seam can be ensured.
  • the two metal sheets - without taking into account the fluctuations in the component geometry - can be fixed to one another in a predetermined geometry with the aid of the clamping device.
  • the different gap heights occurring between the two sheets due to the component tolerances can be compensated for by a lateral displacement of the laser welding path so that the distance between the sheets in the laser direction is as small as possible and a good welding result is achieved (see claim 7).
  • connection area of the two metal sheets in the form of a flange that projects in a wedge shape from the opposite sheet and with the help a clamping device is fixed relative to this sheet thus ensures the production of reproducible high-quality welds in large-scale use: fluctuations in the component geometry can be quickly and easily compensated for by adjusting the position or clamping force of the clamping device and / or the position of the laser weld seam.
  • the space between the sheets corresponds to a gap, the height of which varies slightly and continuously across the width of the bottle.
  • the welding laser therefore hits areas in which the sheets to be welded are at a similarly small distance as along the ideal path.
  • the welding method according to the invention is thus stable against fluctuations in the laser guidance and does not require any complex, highly precise path control in order to ensure a good, reproducible welding result. Due to its insensitivity both to component fluctuations and to the positioning of the welding laser, the method is therefore well suited for reproducible, cost-effective laser welding of coated metal sheets in large-scale batches.
  • connection area of the two sheets results if the wedge angle of the flange in relation to the second sheet before tensioning is between 5 ° and 10 °, if the two sheets in the connection area are therefore only slightly inclined towards one another (see claim 5). : Then, after fixing with the clamping device in the connection area, on the one hand there is a sufficiently large free space for absorbing the welding fumes; on the other hand, the distance between the sheets varies only slightly in the connection area, so that there is a high tolerance to fluctuations in the laser guidance.
  • the flange is approximately flat.
  • the connection area is designed such that in the assembled position of the two sheets, the flange shoulder of the first sheet rests on the second sheet and protrudes from there in a wedge shape from the second sheet (see claim 2).
  • the protruding flange edge is pressed onto the second sheet by the clamping device, whereby the sheet's internal tension creates an arcuate gap for absorbing the welding fumes, the height and width of which can be easily and quickly varied by moving the clamping device.
  • the flange is shaped such that in the assembled position of the two sheets, the flange edge of the first sheet rests on the second sheet and protrudes from there in a wedge shape from the second sheet (see claim 3).
  • connection area is produced when the flange has a curvature running parallel to the flange shoulder, so that a concave cavity is formed between the flange and the second metal sheet in the assembled position (see claim 4).
  • the width and height of this cavity is determined on the one hand by the curvature of the flange, but on the other hand can be modified by the action of the clamping means on the flange edge, so that a very precise and stable adjustment of the gap geometry is possible.
  • 1 is a view of two metal sheets to be welded together along a flange ...
  • Fig. 1 a in the assembled position, wherein the flange approach of a metal sheet touches the second metal sheet;
  • Fig. 1 b ... during the fixing of the second metal sheet with the aid of clamping means;
  • Fig. 2a in the assembled position, the flange edge of the one metal sheet touching the second metal sheet; Fig. 2b ... during the welding of the two metal sheets;
  • Fig. 3 is a view of two metal sheets to be welded together along a flange ... Fig. 3a ... in the assembled position, wherein both flange approach and flange edge as well as the one metal sheet touches the second metal sheet;
  • FIG. 4 is a view of two metal sheets to be welded together along two flanges ... Fig. 4a ... in the assembled position, the two flange approaches touching each other;
  • Figure 1 a shows two metal sheets 1 and 2, which are to be joined to a composite workpiece by means of laser beam welding.
  • the first metal sheet 1 is provided with a flange 3 which, in the assembled position of the two metal sheets 1 and 2, projects from the second metal sheet 2 at a wedge angle 4, while the flange shoulder 5 is in contact with the second metal sheet 2.
  • the flange 3 of the first metal sheet 1 overlaps the second metal sheet 2 in a connection area 6 in which the two metal sheets 1, 2 are to be connected by laser welding.
  • the flange 3 has an approximately constant width 7 over its entire length, so that the flange edge 8 runs approximately parallel to the flange extension 5.
  • the two metal sheets 1, 2 are fixed to one another in the assembled position.
  • the flange edge 8 of the flange 3 on the first metal sheet 1 is pressed with the aid of clamping means 9 onto a contact area 10 on the second metal sheet 2 opposite the flange edge 8, so that the flange edge 8 and contact area 10 together between the clamping means 9 and one of the second metal sheet 9 in the contact area 10 supporting support 1 1 are firmly clamped.
  • the internal stress of the metallic material of the first metal sheet 1 creates a free space 1 2 between the flange 3 and the second metal sheet 2, which corresponds to a flat tube 13 closed on both sides.
  • the firmly clamped metal sheets 1, 2 are - as shown in Figure 1 c - connected to each other with the aid of a welding laser 14.
  • the laser beam 1 5 is guided on the flange 3 along a spatial welding path 1 6, which is located between the flange edge 8 and the flange shoulder 5 and runs approximately parallel to the flange shoulder 5.
  • the material of the two metal sheets 1, 2 is locally melted by the laser beam 1 5. If the metal sheets 1, 2 are provided with a low-melting coating, this produces coating vapors which are conducted away from the melting zone 17 through the space 1 2 between the flange 3 and the second metal sheet 2.
  • the free space 12 therefore ensures a controlled escape of the welding vapors from the melting zone 17, prevents evaporation by the melt on the upper side 1 8 of the flange 3 or the lower side 19 of the second metal sheet 2 and thus prevents the formation of holes and cavities in the Melting zone 1 7.
  • the metal sheets 1, 2 are body sheets, the thicknesses 20, 21 of which are between about 0.5 mm and about 3 mm.
  • the width 22 of the connecting area 6 is between 8 mm and 15 mm, so that there is sufficient space on the flange 3 both for the clamping means 9 and for the welding track 16.
  • the distance 23 between the flange 3 and the second metal sheet 2 at the location of the weld path 1 6 should not exceed the amount of 0.1-0.2 mm, depending on the laser power selected.
  • the maximum height 24 of the free space 1 2 between the flange 3 and the second metal sheet 2 should be at least 0.2 mm in order to ensure an unhindered escape of the welding fumes from the melting zone 17.
  • the flange 3 is bent approximately in a circular arc, so that - with a flange width 7 of approximately 10 mm - the maximum height 24 of the free space 1 2 formed between the flange 3 and the second metal sheet 2 is between 0.2 mm and 0.5 mm.
  • the laser beam 15 is therefore offset with respect to a crest line 25 corresponding to the maximum height 24 (indicated by dashed lines in FIG. 1 c), so that the weld path 1 6 is offset 26 with respect to the crest line 25 having.
  • connection area 6 therefore permits reproducible joining of the two metal sheets 1, 2 without highly precise positioning of the laser beam 1 5 and is therefore insensitive both to positional deviations of the laser beam 1 5 and to deviations in the geometry of the metal sheets 1, 2.
  • the laser beam 1 5 should strike the flange 3 approximately vertically, but still with good welding results even with deviations in the beam direction of up to 20 ° with respect to the flange perpendicular be achieved.
  • the position and width of the welding areas 27, 27 ' depends on the wedge angle 4 of the flange 3 and the width 28 of the free space 1 2.
  • the width 28 and maximum height 24 of the free space 12 can - as indicated by dashed lines in Figure 1 b - by moving the Clamping means 9 and the support 11 are varied: For example, a displacement of the tensioning means 9 'and the support 1T in the direction of the bottle neck 5 reduces both the width 28' and the maximum height 24 'of the free space 12'.
  • the welding result can be influenced by shifting the welding path 16 in the welding areas 27, 27 '.
  • the remaining metal sheets 1, 2 of the present batch are then welded using the suitable values for the position of the clamping means 9 and the welding path 16 determined by test welding.
  • a process-reliable and reproducible connection of all metal sheets 1, 2 of a batch can be achieved.
  • connection area does not necessarily presuppose that the entire flange shoulder 5 is in contact with the second metal sheet 2: If the laser beam 15 is guided in the welding area 27 further away from the flange shoulder 5, the flange shoulder 5 can - at least in sections - be at a distance to the second metal sheet 2, but this distance must be less than the maximum height 24 shown in FIG. 1b, which a flange 3, the flange shoulder 5 of which touches the second metal sheet, assumes in the tensioned state.
  • FIG. 2a shows a further exemplary embodiment of a connection area 6 between two metal sheets 1 and 2.
  • the first metal sheet 1 is provided with a flange 3 which, when the two metal sheets 1 and 2 are in the assembled position, projects from the second metal sheet 2 at a wedge angle 4 ′, while the flange 8 is in contact with the second metal sheet 2.
  • the two metal sheets 1, 2 are fixed to one another in the assembled position (see FIG. 2b), the flange edge 8 being attached to the contact area 10 on the second metal sheet 2 is pressed so that flange 8 and contact area 10 are firmly clamped together between the clamping means 9 and the support 1 1.
  • the free space 12 formed here between the flange 3 and the second metal sheet 2 corresponds to a gap 29 which is closed on the side fixed by the clamping means 9 and which opens in the direction of the flange shoulder 5. Between the flange edge 8 and the flange shoulder 5, the clear height of the gap 29 thus varies between a value of zero (in the area of the clamping means 9) and a maximum height 24 between the flange shoulder 5 and the area 30 on the second metal sheet 2 opposite it.
  • the two metal sheets 1, 2 are connected by laser welding, the welding path 16 in the connection region 6 running approximately parallel to the flange attachment.
  • the wedge angle 4 'between the flange 3 and the second metal sheet 2 before tightening the two metal sheets 1, 2 is in the order of magnitude between 5 ° and 10 °, so that between the clamping means 9 and the flange extension 5 there is a gradual variation in the clear height of the free space 1 2 between Flange 3 and second metal sheet 2 is present. Therefore, in this exemplary embodiment - analogously to the example in FIG. 1 - a wide welding area 27 is created, in which the laser beam 15 can be guided with good welding results. By an offset (indicated by arrows in FIG. 2b) of the clamping means 9 or the laser beam 15 and thus the welding path 16, dimensional deviations of the metal sheets 1, 2 or deviations in the laser guidance can be compensated.
  • FIG. 3a shows an embodiment in which the first metal sheet 1 is provided with a flange 3 which has a curvature 31 running approximately parallel to the flange shoulder 5.
  • both the flange edge 8 and the flange shoulder 5 are in contact with the second metal sheet 2 and enclose with this wedge angle 4,4 '.
  • the two metal sheets 1, 2 are firmly clamped to one another in the assembled position, the flange edge 8 being fixed on the contact area 10 of the second metal sheet 2 with the aid of clamping means 9 and support 11.
  • the free space 12 formed here between the flange 3 and the second metal sheet 2 corresponds to a tube 32 with an approximately triangular cross section, which has a maximum height 24 in the region of the curvature 31.
  • the clear height of the tube 32 decreases in the direction of the flange edge 8 and the flange extension 5.
  • the position and width of the welding areas 27, 27 ' is determined by the width of the flange 3, the size of the wedge angles 4,4' and the positioning of the clamping medium 9.
  • the flange shoulder 5 can also be tightened by means of tensioning means 9 ', as indicated by dashed lines in FIG. 3a.
  • FIG. 4a finally shows two metal sheets 1, 1 ', both of which are provided with flanges 3, 3', in the area in which they are to be connected by laser welding.
  • the two flange attachments 5.5' touch, while the two flanges 3.3 'enclose a wedge angle 4 which is between approximately 5 ° and 10 ° before tightening.
  • a clamping means 9 is used, with the aid of which the two flange edges 8, 8' can be clamped in a defined position relative to one another and approximated to one another.
  • the clamping means 9" is provided with two steps 33, 34, step 33 fixing the flange 8 'on the support 11, while step 34 bends the flange 8 in the direction of the flange 8'.
  • the distance 35 between the two stages 33, 34 is selected such that the wedge angle 4 assumes a value between approximately 1 ° and 3 ° after the two metal sheets 1, 1 'have been braced.
  • the wedge angle 4 between the two metal sheets 1, 1 ' is thus reduced by the clamping, a wide welding region 27' being formed in the vicinity of the flange attachments 5,5 ', in which the welding path 16 of the welding laser 14 is guided.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verbindung zweier beschichteter Metallbleche (1, 2) mit Hilfe des Laserstrahl-Schweißens. Mindestens eines der beiden Metallbleche (1) weist einen Flansch auf, mit Hilfe dieses Metallblech auf dem anderen befestigt wird. In Zusammenbaulage der beiden Metallbleche ragt der Flansch um einen Keilwinkel (4, 4') vom zweiten Metallblech ab und wird mit Hilfe von Spannmitteln (9) so auf dem zweiten Metallblech (2) fixiert, daß zwischen Flansch und zweitem Metallblech ein flacher Freiraum (12) entsteht. Dieser Freiraum gestattet das schnelle Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone des Schweißlasers. Andererseits ist der Freiraum so flach, daß - auch bei Abweichungen des Schweißlasers von der idealen Schweißbahn - ein annähernd gleicher Abstand zwischen Flansch und zweitem Metallblech vorliegt; somit gewährleistet diese Gestaltung der Verbindungsbereiche zwischen den beiden Metallblechen eine weitgehende Unabhängigkeit des Schweißergebnisses von Bauteilungenauigkeiten und Abweichungen in der Laserführung.

Description

Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche
Die Erfindung betrifft einen Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche zur Verbindung mit Hilfe des Laserstrahl-Schweißens sowie ein Verfahren zum Laserstrahl- Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche.
Das Laserstrahlschweißen stellt - insbesondere in bezug auf Festigkeit der Schweißnaht und Gewichtsersparnis bei der Auslegung des Fügebereiches - ein vorteilhaftes Fügeverfahren zum Verbinden von Metallblechen dar und wird daher in der Automobilindustrie verstärkt zum Verschweißen von Karosserieblechen und Strukturbauteilen eingesetzt. Beim Laserstrahlschweißen treten jedoch Probleme auf, wenn die zu verschweißenden Metallbleche mit einem korrosionsschützenden Werkstoff beschichtet sind, dessen Schmelzpunkt deutlich niedriger liegt als derjenige des Metallblechs: In diesem Fall verdampft der Beschichtungsstoff während des Laserstrahlschweißens, die entweichende Dämpfe gelangen in das flüssiggewordene Schmelzbad und führen zu einer porösen und/oder verunreinigten Schweißnaht, die die an sie gestellten Festigkeitsanforderungen nicht verläßlich erfüllen kann. Um eine porenfreie Schweißung mit guter Nahtqualität zu erreichen, muß daher vor der Verschweißung die Beschichtung lokal entfernt werden, oder es müssen im Fügebereich der Metallbleche Freiräume vorgesehen werden, in die die gasförmigen Beschichtungsstoffe entweichen können.
Zur Lösung dieser Entgasungsproblematik wird in der gattungsbildenden EP 1 78 394 A2 vorgeschlagen, zwei auf Überlapp miteinander zu verschweißende, ansonsten voneinander abragende Metallbleche zunächst mit Hilfe von Spannmitteln in der Umgebung der Schweißnaht relativ zueinander zu fixieren und dann entlang der Spannmittel zu verschweißen. Durch das gegenseitige Abragen der beiden Bleche außerhalb des Überlappungsbereiches entsteht zwischen den Blechen einen Freiraum, der mit der externen Umgebung in Strömungsverbindung steht und ein Entweichen der Beschichtungsdämpfe gestattet. Allerdings wächst der Freiraum und somit der Abstand der beiden Bleche mit wachsender Entfernung von den Spannmitteln schnell an. Um eine qualitativ hochwertige, reproduzierbare Schweißnaht zu erzeugen, ist daher eine hochgenaue - und somit sehr aufwendige - Steuerung der Laserbahn notwendig, die sicherstellen muß, daß entlang der gesamten Schweißnaht der Abstand der zu verschweißenden Bleche einen näherungsweise konstanten Wert hat. Bei toleranzbehafteten Bauteilen ist die Geometrie der Bleche relativ zueinander und somit auch dieser Abstand zusätzlichen Schwankungen ausgesetzt, die durch die Laserführung nur mit hohem Aufwand zu kompensieren wären. Weitere in der EP 1 78 394 A2 dargestellte Ausführungsbeispiele, die z.B. die Herstellung einer hochgenau dimensionierten Sicke auf einem der Blechteile oder das Einbringen eines zusätzlichen Blechstreifens als Abstandshalter im Überlappungsbereich vorschlagen, sind ebenfalls zu aufwendig, um für den Großserieneinsatz geeignet zu sein.
In der EP 337 1 82 A2 wird vorgeschlagen, die beiden miteinander zu verschweißenden Metallbleche im Verbindungsbereich entlang der Schweißnaht mit sickenförmigen Krümmungen zu versehen, so daß die beiden Bleche mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufeinanderstoßen; hierdurch entstehen beidseitig der Schweißnaht Freiräume, die die entweichenden Beschichtungsdämpfe aufnehmen können. Allerdings sind die hierfür notwendigen eng benachbarten konvexen und konkaven Krümmungen aus fertigungstechnischen Gründen nur auf sehr dünnen Blechen zu realisieren. Weiterhin weisen die beiden Bleche, bedingt durch die geometrische Ausgestaltung der Freiräume, bereits in unmittelbarer Nachbarschaft der Schweißnaht erhebliche Abstände auf; daher ist - wie in den in der EP 1 78 394 A2 beschriebenen Verfahren - zur Erreichung einer qualitativ hochwertigen, reproduzierbaren Schweißnaht eine hochgenaue, aufwendige und teuere Steuerung der Laserbahn notwendig, um den Laser - unabhängig von Schwankungen in der Teilegeometrie - genau entlang der Berührungskontur der Bleche zu führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche so zu gestalten, daß die Metallbleche - unabhängig von Schwankungen in der Teilegeometrie - in diesem Verbindungsbereich einfach, kostengünstig und großserientauglich mit Hilfe des Laserstrahlschweißens verbunden werden können. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, großserientaugliches Verfahren zum Erzeugen einer qualitativ hochwertigen, reproduzierbaren Laserschweißnaht beim Überlappschweißen beschichteter Metallbleche vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 1 und der Verfahrensansprüche 6 und 7 gelöst. Danach ist der Verbindungsbereich der beschichteten Metallbleche so ausgestaltet, daß eines der Bleche einen Flansch aufweist, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche vor dem Verschweißen keilförmig gegenüber dem zweiten Metallblech abragt. Zwischen Flansch und zweitem Metallblech wird somit ein keilförmiger Freiraum gebildet. Mit Hilfe eines Spannmittels, das im Berandungsbereich des Flansches angreift, wird der Flansch des ersten Metallbleches nun auf das zweite Metallblech gedrückt und die beiden Metallbleche in dieser Relativlage fixiert. Hierbei wird auch der ursprüngliche keilförmige Freiraum in seiner Lage fixiert und - in Abhängigkeit von der gewählten Ausgestaltung des Flansches - geometrisch modifiziert. Werden nun die beiden beschichteten Metallbleche mit Hilfe einer Laserschweißnaht verbunden, die entlang des Flanschbereiches geführt wird, so können die während des Schweißvorganges freiwerdenden Metalldämpfe durch den Freiraum entweichen. Somit entsteht eine porenfreie, durchgängige Schweißnaht hoher Qualität.
Die vorgeschlagene Gestaltung des Verbindungsbereiches gewährleistet eine hohe Toleranz des Schweißverfahrens gegenüber Schwankungen in den Bauteilgeometrien: Mit Hilfe des Spannmittels kann nämlich der keilförmig das zweite Metallblech überlappende Flansch so auf dem zweiten Metallblech fixiert werden, daß zwischen den Blechen ein Spalt definierter Gesamthöhe entsteht. Die Höhe dieses Spaltes wiederum ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Schweißnaht, weil einerseits die zu verbindenden Bleche möglichst dicht beieinanderliegen müssen, um ein gutes Verbinden der Bleche mittels des Schweißlasers zu gewährleisten, andererseits aber auch genügend Freiraum zum Entweichen der Dämpfe bereitgestellt werden muß. Durch Erhöhung der Haltekraft oder durch Verschieben des Spannmittels kann die Höhe dieses Spaltes einfach und schnell variiert werden (siehe Anspruch 6). Somit können Schwankungen in der Geometrie der zu verbindenden Metallbleche ausgeglichen und eine gleichbleibende Qualität der Laserschweißnaht sichergestellt werden.
Alternativ können die beiden Metallbleche - ohne Berücksichtigung der Schwankungen in der Bauteilgeometrie - mit Hilfe des Spannmittels in einer a priori fest vorgegebenen Geometrie zueinander fixiert werden. Die dabei aufgrund der Bauteiltoleranzen auftretenden unterschiedlichen Spalthöhen zwischen den beiden Blechen können durch eine seitliche Verschiebung der Laserschweißbahn so kompensiert werden, daß der Abstand der Bleche in Laserrichtung möglichst gering ist und ein gutes Schweißergebnis erzielt wird (siehe Anspruch 7).
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbindungsbereiches der beiden Metallbleche in Form eines Flansches, der keilförmig vom gegenüberliegenden Blech abragt und mit Hilfe eines Spannmittels relativ zu diesem Blech fixiert wird, gewährleistet somit die Herstellung reproduzierbar hochwertiger Schweißnähte im Großserieneinsatz: Schwankungen in der Bauteilgeoometπe können durch Anpassung der Lage bzw. Spannkraft der Spannmittel und/oder Lage der Laserschweißnaht schnell und einfach kompensiert werden. Andererseits entspricht im fixierten Zustand der Freiraum zwischen den Blechen einem Spalt, dessen Höhe über die Breite des Flasches hinweg in geringem Maße und kontinuierlich variiert. Bei Schwankungen in der Strahlführung trifft der Schweißlaser daher auf Bereiche, in denen die zu schweißenden Bleche einen ähnlich geringen Abstand aufweisen wie entlang der Idealbahn. Das erfindungsgemäße Schweißverfahren ist somit stabil gegenüber Schwankungen in der Laserführung und benötigt keine aufwenige, hochgenaue Bahnsteuerung, um ein gutes, reproduzierbares Schweißergebnis sicherzustellen. Durch seine Unempfmdlichkeit sowohl gegenüber Bauteilschwankungen als auch gegenüber der Positionierung des Schweißlasers eignet sich das Verfahren daher gut zum reproduzierbaren, kostengünstigen Laserverschweißen beschichteter Metallbleche im Großseπenem- satz.
Eine besonders vorteilhafte Gestaltung des Verbindungsbereiches der beiden Bleche ergibt sich, wenn der Keilwinkel des Flansches gegenüber dem zweiten Blech vor dem Spannen zwischen 5° und 10° beträgt, wenn die beiden Bleche im Verbindungsbereich also nur sehr schwach gegeneinander geneigt sind (siehe Anspruch 5): Dann entsteht nämlich nach dem Fixieren mit dem Spannmittel im Verbmdungsbereich einerseits ein ausreichend großer Freiraum zur Aufnahme der Schweißdämpfe; andererseits variiert im Verbindungsbereich der Abstand der Bleche zueinander nur in geringem Maße, so daß eine hohe Toleranz gegenüber Schwankungen in der Laserführung gegeben ist.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung ist der Flansch näherungsweise eben. Der Verbindungsbereich ist so gestaltet, daß in Zusammenbaulage der beiden Bleche der Flanschansatz des ersten Bleches auf dem zweiten Blech aufliegt und von dort aus keilförmig vom zweiten Blech abragt (siehe Anspruch 2). Durch das Spannmittel wird die abragende Flanschberandung auf das zweite Blech gedrückt, wobei durch die Eigenspannung des Blechs ein bogenförmiger Spalt zur Aufnahme der Schweißdämpfe entsteht, dessen Höhe und Breite leicht und schnell durch Verschieben des Spannmittels variiert werden kann. Alternativ ist der Flansch so geformt, daß in Zusammenbaulage der beiden Bleche die Flanschberandung des ersten Bleches auf dem zweiten Blech aufliegt und von dort aus keilförmig vom zweiten Blech abragt (siehe Anspruch 3). Die aufliegende Flanschberandung wird mit Hilfe des Spannmittels flächenhaft auf das zweite Blech gedrückt, wodurch der Keilspalt zwischen Flansch und zweitem Blech in seiner Höhe und Breite schnell durch Verschieben des Spannmittels variiert werden kann. Eine besonders günstige Ausgestaltung des Verbindungsbereiches entsteht, wenn der Flansch eine parallel zum Flanschansatz verlaufende Wölbung aufweist, so daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche zwischen Flansch und zweitem Metallblech ein konkaver Hohlraum ausgebildet ist (siehe Anspruch 4). Die Breite und Höhe dieses Hohlraumes ist einerseits durch die Wölbung des Flansches bestimmt, kann aber andererseits durch Einwirkung des Spannmittels auf die Flanschberandung modifiziert werden, so daß hierbei eine sehr genaue und stabile Einstellung der Spaltgeometrie möglich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche ...
Fig. 1 a ... in Zusammenbaulage, wobei der Flanschansatz des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt; Fig. 1 b ... während der Fixierung des zweiten Metallbleches mit Hilfe von Spannmitteln;
Fig. 1 c ... während des Verschweißens der beiden Metallbleche;
Fig. 2 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche ...
Fig. 2a ... in Zusammenbaulage, wobei die Flanschberandung des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt; Fig. 2b ... während des Verschweißens der beiden Metallbleche;
Fig. 3 eine Ansicht zweier entlang eines Flansches miteinander zu verschweißender Metallbleche ... Fig. 3a ... in Zusammenbaulage, wobei sowohl Flanschansatz als auch Flanschberandung als auch des einen Metallbleches das zweite Metallblech berührt;
Fig. 3b ... während des Verschweißens der beiden Metallbleche;
Fig. 4 eine Ansicht zweier entlang zweier Flansche miteinander zu verschweißender Metallbleche ... Fig. 4a ... in Zusammenbaulage, wobei die beiden Flanschansätze einander berühren;
Fig. 4b ... während des Verschweißens der beiden Metallbleche;
Figur 1 a zeigt zwei Metallbleche 1 und 2, die mit Hilfe des Laserstrahlschweißens zu einem Verbundwerkstück gefügt werden sollen. Das erste Metallblech 1 ist hierfür mit einem Flansch 3 versehen, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche 1 und 2 unter einem Keilwinkel 4 vom zweiten Metallblech 2 abragt, während der Flanschansatz 5 in Berührungskontakt zum zweiten Metallblech 2 steht. Der Flansch 3 des ersten Metallblechs 1 überlappt mit dem zweiten Metallblech 2 in einem Verbindungsbereich 6, in dem die beiden Metallbleche 1 ,2 durch Laserschweißen verbunden werden sollen. Der Flansch 3 hat über seine gesamte Länge ninweg eine näherungsweise konstante Breite 7, so daß die Flanschberandung 8 näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verläuft.
Vor dem Verschweißen werden die beiden Metallbleche 1 ,2 - wie in Figur 1 b gezeigt - in Zusammenbaulage zueinander fixiert. Die Flanschberandung 8 des Flansches 3 auf dem ersten Metallblech 1 wird mit Hilfe von Spannmitteln 9 auf einen der Flanschberandung 8 gegenüberliegenden Kontaktbereich 10 auf dem zweiten Metallblech 2 gepreßt, so daß Flanschberandung 8 und Kontaktbereich 10 gemeinsam zwischen dem Spannmittel 9 und einer das zweite Metallblech 9 im Kontaktbereich 10 stützenden Auflage 1 1 fest eingespannt sind. Durch die Eigenspannung des metallischen Werkstoffs des ersten Metallblechs 1 entsteht dabei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metallblech 2 ein Freiraum 1 2, der einer flachen, beidseitig geschlossenen Röhre 13 entspricht.
Die fest eingespannten Metallbleche 1 ,2 werden nun - wie in Figur 1 c dargestellt - mit Hilfe eines Schweißlasers 14 miteinander verbunden. Der Laserstrahl 1 5 wird hierbei auf dem Flansch 3 entlang einer räumlichen Schweißbahn 1 6 geführt, die sich zwischen Flanschberandung 8 und Flanschansatz 5 befindet und näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verläuft. In der Schmelzzone 1 7 wird der Werkstoff der beiden Metallbleche 1 ,2 durch den Laserstrahl 1 5 lokal aufgeschmolzen. Sind die Metallbleche 1 ,2 mit einer niedrigschmelzenden Beschichtung versehen, so entstehen hierbei Beschichtungsdämpfe, die durch den Freiraum 1 2 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 aus der Schmelzzone 1 7 weggeleitet werden. Der Freiraum 12 gewährleistet daher ein kontrolliertes Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone 1 7, verhindert ein Ausdampfen durch die Schmelze auf die Oberseite 1 8 des Flansches 3 bzw. die Unterseite 19 des zweiten Metallblechs 2 und unterbindet somit die Entstehung von Löchern und Lunkern in der Schmelzzone 1 7. Die Metallbleche 1 ,2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel Karosseriebleche, deren Dicken 20,21 zwischen etwa 0.5 mm und etwa 3 mm liegen. Die Breite 22 des Verbindungsbereiches 6 liegt zwischen 8 mm und 1 5 mm, so daß auf dem Flansch 3 ausreichend Platz sowohl für die Spannmittel 9 als auch für die Schweißbahn 1 6 vorhanden ist. Um eine gute Schweißverbindung der beiden Metallbleche 1 ,2 durch den Laserstrahl 1 5 sicherzustellen, sollte der Abstand 23 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 am Ort der Schweißbahn 1 6 - je nach gewählter Laserleistung - den Betrag von 0.1 - 0.2 mm nicht übersteigen. Andererseits sollte die Maximalhöhe 24 des Freiraums 1 2 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 mindestens 0.2 mm betragen, um ein ungehindertes Entweichen der Schweißdämpfe aus der Schmelzzone 1 7 zu gewährleisten. Um diesen beiden Anforderungen gerecht zu werden, wird für den Keilwinkel 4, den der Flansch 3 des ersten Metallblechs 1 mit dem zweiten Metallblech 2 vor Verspannen des Flansches 3 durch die Spannmittel 9 einschließt, ein Wert zwischen 5° und 10° gewählt; dieser Winkel 4 ist somit in Figur 1 a - 1 c überhöht dargestellt. Beim Niederdrücken des Flansches 3 durch das Spannmittel 9 wird der Keilwinkel 4 verringert, so daß der Keilwinkel 4 im fixierten Zustand zwischen 1 ° und 3° beträgt. Gleichzeitig wird der Flansch 3 annähernd kreisbogenförmig gebogen, so daß - bei einer Flanschbreite 7 von etwa 10 mm - die Maximalhöhe 24 des zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 gebildeten Freiraums 1 2 zwischen 0.2 mm und 0.5 mm liegt. Zur Erreichung einer guten Schweißverbindung zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 wird daher der Laserstrahl 1 5 gegenüber einer der Maximalhöhe 24 entsprechenden (in Figur 1 c gestrichpunktet angedeuteten) Scheitellinie 25 versetzt geführt, so daß die Schweißbahn 1 6 einen Versatz 26 gegenüber der Scheitellinie 25 aufweist. Wegen des kleinen Keilwinkels 4 des Flansches 3 variiert die Höhe des Freiraums 12 zwischen Spannmittel 9 und Scheitellinie 25 sehr allmählich; die Bedingung eines geringen Abstands zwischen den beiden Metallblechen 1 ,2 in der Schmelzzone 17 kann daher in breiten, in Figur 1 c schraffiert markierten, Schweißbereichen 27,27' erfüllt werden, in denen die Schweißbahn 1 6 zur Erreichung einer guten Schweißverbindung geführt werden muß. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbindungsbereiches 6 gestattet daher ein reproduzierbares Fügen der beiden Metallbleche 1 ,2 ohne hochgenaue Positionierung des Laserstrahls 1 5 und ist somit unempfindlich sowohl gegenüber Lageabweichungen des Laserstrahls 1 5 als auch gegenüber Abweichungen in der Geometrie der Metallbleche 1 ,2. Um Leistungsverluste aufgrund von Reflexionen des Laserstrahls 1 5 an der Flanschoberseite 1 8 zu vermeiden, sollte der Laserstrahl 1 5 näherungsweise senkrecht auf den Flansch 3 auftreffen, wobei jedoch auch mit Abweichungen der Strahlrichtung von bis zu 20° gegenüber der Flansch-Senkrechten noch gute Schweißergebnisse erzielt werden. Die Lage und Breite der Schweißbereiche 27,27' hängt ab vom Keilwinkel 4 des Flansches 3 und der Breite 28 des Freiraums 1 2. Die Breite 28 und Maximalhöhe 24 des Freiraums 12 können - wie in Figur 1 b gestrichelt angedeutet - durch ein Verschieben der Spannmittel 9 und der Auflage 1 1 variiert werden: So bewirkt ein Verschub der Spannmittel 9' und der Auflage 1 T in Richtung Flaschansatz 5 eine Verringerung sowohl der Breite 28' als auch der Maximalhöhe 24' des Freiraums 12'. Dies kann zu einer Einstellung der Schweißbereiche 27,27' und somit - bei festgelegter Schweißbahn 1 6 des Schweißlasers 14 - zu einer Optimierung des Schweißergebnisses genutzt werden: Werden nämlich bei der Probeschweißung des Verbindungsbereiches 6 zweier Metallbleche 1 ,2 einer neuen Charge Lunker bzw. Löcher in der Schmelzzone 1 7 festgestellt, so kann durch Verschieben der Spannmittel 9 der Freiraum 12 vergrößert (und somit mehr Raum zum Entweichen der Schweißdämpfe zur Verfügung gestellt) werden. Wird andererseits ein unzureichendes Verbinden der beiden Metallbleche 1 ,2 festgestellt, so kann durch Verschieben der Spannmittel 9 der Freiraum 1 2 verringert und somit entlang der Schweißbahn 1 6 der Schweißabstand 23 verkleinert werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann das Schweißergebnis durch ein Verschieben der Schweißbahn 1 6 in den Schweißbereichen 27,27' beeinflußt werden. Mit den durch Probeschweißung ermittelten geeigneten Werte für die Lage der Spannmittel 9 und der Schweißbahn 1 6 werden dann die restlichen Metallbleche 1 ,2 der vorliegenden Charge geschweißt. Somit kann durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Verbindungsbereiches 6 der beiden Metallbleche 1 ,2 und eine geeignete Wahl und Positionierung der Spannmittel 9 bzw. des Laserstrahls 1 5 eine prozeßsichere und reproduzierbare Verbindung aller Metallbleche 1 ,2 einer Charge erreicht werden.
Die Realisierung des erfindungsgemäßen Verbindungsbereiches setzt nicht notwendigerweise voraus, daß der gesamte Flanschansatz 5 in Berührungskontakt mit dem zweiten Metallblech 2 steht: Wird der Laserstrahl 1 5 in dem dem Flanschansatz 5 fernerliegenden Schweißbereiches 27 geführt, so kann der Flanschansatz 5 - zumindest abschnittsweise - einen Abstand zum zweiten Metallblech 2 aufweisen, wobei dieser Abstand jedoch geringer sein muß als die in Figur 1 b dargestellte Maximalhöhe 24, die ein Flansch 3, dessen Flanschansatz 5 das zweite Metallblech berührt, im gespannten Zustand einnimmt.
Figur 2a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungsbereiches 6 zwischen zwei Metallblechen 1 und 2. In diesem Fall ist das erste Metallblech 1 mit einem Flansch 3 versehen, der in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche 1 und 2 unter einem Keilwinkel 4' vom zweiten Metallblech 2 abragt, während die Flanschberandung 8 in Berührungskontakt zum zweiten Metallblech 2 steht. Vor dem Verschweißen werden die beiden Metallbleche 1 ,2 in Zusammenbaulage zueinander fixiert (siehe Figur 2b), wobei die Flanschberandung 8 mit Hilfe von Spannmitteln 9 auf den Kontaktbereich 10 auf dem zweiten Metallblech 2 gedrückt wird, so daß Flanschberandung 8 und Kontaktbereich 10 gemeinsam zwischen den Spannmitteln 9 und der Auflage 1 1 fest eingespannt sind. Der hierbei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metallblech 2 gebildete Freiraum 12 entspricht einem Spalt 29, der auf der durch das Spannmittel 9 fixierten Seite geschlossen ist und der sich in Richtung des Flanschansatzes 5 hin öffnet. Zwischen Flanschberandung 8 und Flanschansatz 5 variiert die lichte Höhe des Spalts 29 also zwischen einem Wert Null (im Bereich der Spannmittel 9) und einer Maximalhöhe 24 zwischen dem Flanschansatz 5 und dem ihm gegenüberliegenden Bereich 30 auf dem zweiten Metallblech 2. Die beiden Metallbleche 1 ,2 werden durch Laserschweißen verbunden, wobei die Schweißbahn 16 im Verbindungsbereich 6 näherungsweise parallel zum Flanschansatz verläuft. Der Keilwinkel 4' zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 beträgt vor dem Verspannen der beiden Metallbleche 1 ,2 in der Größenordnung zwischen 5° und 10°, so daß zwischen Spannmittel 9 und Flanschansatz 5 eine allmähliche Variation der lichten Höhe des Freiraums 1 2 zwischen Flansch 3 und zweitem Metallblech 2 vorliegt. Daher entsteht in diesem Ausführungsbeispiel - analog zum Beispiel der Figur 1 - ein breiter Schweißbereich 27, in dem der Laserstrahl 1 5 mit guten Schweißergebnissen geführt werden kann. Durch einen (in Figur 2b durch Pfeile angedeuteten) Versatz der Spannmittel 9 oder des Laserstrahls 1 5 und somit der Schweißbahn 1 6 können Maßabweichungen der Metallbleche 1 ,2 bzw. Abweichungen in der Laserführung kompensiert werden.
Figur 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem das erste Metallblech 1 mit einem Flansch 3 versehen ist, der eine näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verlaufende Wölbung 31 aufweist. In Zusammenbaulage dieses Metallblechs 1 mit dem zweiten Metallblech 2 befinden sich hier sowohl die Flanschberandung 8 als auch der Flanschansatz 5 in Berührungskontakt mit dem zweiten Metallblech 2 und schließen mit diesem Keilwinkel 4,4' ein. Die beiden Metallbleche 1 ,2 werden, wie in Figur 3b gezeigt, in Zusammenbaulage zueinander fest eingespannt, wobei die Flanschberandung 8 mit Hilfe von Spannmitteln 9 und Auflage 1 1 auf dem Kontaktbereich 1 0 des zweiten Metallblechs 2 fixiert wird. Der hierbei zwischen dem Flansch 3 und dem zweiten Metallblech 2 gebildete Freiraum 1 2 entspricht einer Röhre 32 mit näherungsweise dreieckigem Querschnitt, die im Bereich der Wölbung 31 eine Maximalhöhe 24 hat. In Richtung zur Flanschberandung 8 und zum Flanschansatz 5 hin nimmt die lichte Höhe der Röhre 32 ab. Beim Verschweißen der beiden Metallbleche 1 ,2 wird der Schweißlaser 14 entlang der Schweißbahn 1 6 geführt, die wie in den obigen Beispielen im Verbindungsbereich 6 liegt und näherungsweise parallel zum Flanschansatz 5 verläuft. Analog zu Figur 1 c entstehen auch hier wieder zwei Schweißbereiche 27,27' in denen der Laserstrahl 1 5 mit gutem Schweißergebnis geführt werden kann. Die Lage und Breite der Schweißbereiche 27,27' wird bestimmt durch die Breite des Flansches 3, die Größe der Keilwinkel 4,4' und die Positionierung der Spann- mittel 9. - Alternativ zur Fixierung der Flanschberandung 8 durch die Spannmittel 9 kann - wie in Figur 3a gestrichelt angedeutet - auch der Flanschansatz 5 durch Spannmittel 9' festgespannt werden.
Figur 4a schließlich zeigt zwei Metallbleche 1 ,1 ', die beide mit Flanschen 3,3' versehen sind, im Bereich derer sie durch Laserschweißen verbunden werden sollen. In Zusammenbaulage der Metallbleche 1 ,1 ' berühren sich die beiden Flanschansätze 5,5', während die beiden Flansche 3,3' einen Keilwinkel 4 einschließen, der vor dem Verspannen zwischen etwa 5° und 1 0° liegt. Zur Fixierung der beiden Metallbleche 1 ,1 ' zueinander wird - wie in Figur 4b gezeigt - ein Spannmittel 9" verwendet, mit Hilfe dessen die beiden Flanschberandungen 8,8' in einer definierten Lage zueinander eingespannt und einander angenähert werden können. Das Spannmittel 9" ist hierbei mit zwei Stufen 33,34 versehen, wobei Stufe 33 die Flanschberandung 8' auf der Auflage 1 1 fixiert, während Stufe 34 die Flanschberandung 8 in Richtung der Flanschberandung 8' biegt. Der Abstand 35 der beiden Stufen 33,34 ist so gewählt, daß der Keilwinkel 4 nach dem Verspannen der beiden Metallbleche 1 ,1 ' einen Wert zwischen etwa 1 ° und 3° einnimmt. Durch die Einspan- nung wird somit der Keilwinkel 4 zwischen den beiden Metallblechen 1 ,1 ' verringert, wobei in der Nähe der Flanschansätze 5,5' ein breiter Schweißbereich 27' entsteht, in dem die Schweißbahn 1 6 des Schweißlasers 14 geführt wird.
.oOo.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche zur Verbindung mit Hilfe des Laserstrahl-Schweißens,
- wobei die beiden Metallbleche mit Hilfe eines Spannmittels relativ zueinander fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß mindestens eines der Metallbleche (1,T) einen Flansch (3,3') aufweist, der im Verbindungsbereich (6) der beiden Metallbleche (1,2,1 ') einen Keilwinkel (4,4') mit dem zweiten Metallblech (2,1 ') einschließt,
- daß zwischen Flansch (3,3') und zweitem Metallblech (2,1 ') ein Freiraum (12) ausgebildet ist, dessen Breite und Höhe durch das Spannmittel (9,9', 9") einstellbar ist.
2. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1,2,1 ') der Flanschansatz (5) des ersten Metallblechs (1) das zweite Metallblech (2,1') berührt, während die Flanschberandung (8) des ersten Metallblechs (1) von dem zweiten Metallblech (2,1') abragt.
3. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1,2) die Flanschberandung (8) des ersten Metallblechs (1) das zweite Metallblech (2) berührt, während der Flanschansatz (5) des ersten Metallblechs (1) von dem zweiten Metallblech (2) abragt.
4. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (3) einen näherungsweise parallel zum Flanschansatz (5) verlaufenden Wölbung (31) aufweist, so daß in Zusammenbaulage der beiden Metallbleche (1,2) zwischen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) ein konkaver Hohlraum (32) ausgebildet ist.
5. Verbindungsbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (4,4') zwischen Flansch (3,3') und zweitem Metallblech (2,1 ') vor dem Verspannen der beiden Metallbleche (1 ,2,1 ') im Bereich zwischen 5° und 10° liegt.
6. Verfahren zum Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche mit Hilfe einer Laser- Schweißvorrichtung,
- wobei die beiden Metallbleche durch ein Spannmittel relativ zueinander fixierbar sind,
- und wobei der Verbindungsbereich eines der Metallbleche als Flansch ausgebildet ist, der in Zusammenbaulage der Metallbleche mit dem Verbindungsbereich des anderen Metallblechs einen Keilwinkel einschließt, dadurch gekennzeichnet,
- daß die beiden Metallbleche (1 ,2,1 ') so gegenseitig zueinander positioniert werden, daß der Flansch (3) des ersten Metallblechs (1) mit dem Verbindungsbereich (6,3') des zweiten Metallblechs (2,1 ') überlappt,
- daß dann der äußere Berandungsbereich (8) des Flansches (3) des ersten Metallblechs (1) mit Hilfe des Spannmittels (9,9") auf das zweite Metallblech (2,1') gedrückt wird,
- und Lage und Kraftausübung des Spannmittels (9,9") so eingestellt werden, daß ein im Verbindungsbereich (6) zwischen den beiden Metallblechen (1,2,1') gebildeter Freiraum (12) entlang der Schweißbahn (16) eine vordefinierte Höhe (23) und Breite (28) hat,
- daß dann die Metallbleche (1,2,1 ') im Verbindungsbereich (6) mit einem entlang der Schweißbahn (16) geführten Laserstrahl (15) verschweißt werden.
7. Verfahren zum Verschweißen zweier beschichteter Metallbleche mit Hilfe einer Laser- Schweißvorrichtung,
- wobei die beiden Metallbleche durch ein Spannmittel relativ zueinander fixierbar sind, - und wobei der Verbindungsbereich eines der Metallbleche als Flansch ausgebildet ist, der in Zusammenbaulage der Metallbleche mit dem Verbindungsbereich des anderen Metallblechs einen Keilwinkel einschließt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
- daß die beiden Metallbleche (1 ,2,1 ') so gegenseitig zueinander positioniert werden, daß der Flansch (3) des ersten Metallblechs (1 ) mit dem Verbindungsbereich (6,3') des zweiten Metallblechs (2,1 ') überlappt,
- daß dann der äußere Berandungsbereich (8) des Flansches (3) des ersten Metallblechs (1 ) mit Hilfe des Spannmittels (9,9") auf das zweite Metallblech (2) gedrückt wird, wobei ein Freiraum (1 2) zwischen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) entsteht,
- und mit Hilfe eines Schweißlasers (14) die beiden Metallbleche (1 ,2,1 ') im Verbindungsbereich (6,3') verschweißt werden,
- wobei der Schweißlaser (14) so entlang dem Verbindungsbereich (6,3') geführt wird, daß der Abstand (23) zwischen Flansch (3) und zweitem Metallblech (2) am Schweißort einen vordefinierten Wert hat.
.oOo.
PCT/EP2000/006491 1999-08-12 2000-07-08 Verbindungsbereich zweier beschichteter metallbleche WO2001012378A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19938082A DE19938082B4 (de) 1999-08-12 1999-08-12 Verbindungsbereich zweier beschichteter Metallbleche
DE19938082.1 1999-08-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001012378A1 true WO2001012378A1 (de) 2001-02-22

Family

ID=7918070

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/006491 WO2001012378A1 (de) 1999-08-12 2000-07-08 Verbindungsbereich zweier beschichteter metallbleche

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19938082B4 (de)
WO (1) WO2001012378A1 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1236535A2 (de) * 2001-03-02 2002-09-04 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und zum Klemmen der Bleche
EP1238748A2 (de) * 2001-03-02 2002-09-11 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und Einspannvorrichtung dafür
EP1350591A1 (de) * 2002-04-02 2003-10-08 Luciano Migliori Spannvorichtung für Laserschweissen
EP1454702A1 (de) * 2003-03-03 2004-09-08 Dana Corporation Verfahren zum Laserschweissen von verzinkten Stahlblechen
CN102245342A (zh) * 2008-12-09 2011-11-16 标致·雪铁龙汽车公司 尤其用于将汽车门框板组装到所述门衬上的通过激光焊接组装两个板的装置和方法
US20140076866A1 (en) * 2011-06-03 2014-03-20 Mario Gramsch Method and device for joining components by means of energy beam welding
CN108393632A (zh) * 2018-04-03 2018-08-14 南通振华重型装备制造有限公司 一种保证大梁真法兰焊接尺寸的固定工装

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10062157A1 (de) * 2000-12-14 2002-06-20 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Fixierung von zwei Bauteilen
DE10208374B4 (de) * 2002-02-27 2005-12-22 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Verbindungsverfahren für ein mehrschaliges Metallgehäuse
DE10237796B3 (de) * 2002-08-17 2004-02-26 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Besäumen eines Blechteils
DE102008038372A1 (de) * 2008-08-19 2010-02-25 Dura Automotive Body & Glass Systems Gmbh Verfahren zum Laserschweißen von beschichteten Werkstücken
DE102008054040A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Audi Ag Verfahren zur Herstellung von Blechverbindungen durch Nahtschweißen
DE102010041863B4 (de) 2010-10-01 2019-01-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einem Blechbauteil

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6127189A (ja) * 1984-07-17 1986-02-06 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ溶接方法
EP0178394A2 (de) * 1984-09-20 1986-04-23 PRIMA INDUSTRIE S.p.A. Verfahren zum Laserschweissen von abgeschirmten Metallplatten mittels niedriger Temperatur verdampfender Materialien
FR2600923A1 (fr) * 1986-07-02 1988-01-08 Steelweld France Procede de soudage en recouvrement d'aciers revetus au moyen d'un faisceau d'energie
EP0337182A2 (de) * 1988-04-14 1989-10-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Verbindungsbereich zweier beschichteter Dünnbleche
US4916284A (en) * 1989-05-08 1990-04-10 General Motors Corporation Method of making hemmed joints utilizing laser welding
US5626776A (en) * 1993-10-21 1997-05-06 Morris Holmes & Co. Flangeless fuel tank

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4219549C2 (de) * 1992-06-15 1994-07-28 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zum Schweißen von Werkstücken

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6127189A (ja) * 1984-07-17 1986-02-06 Mitsubishi Electric Corp レ−ザ溶接方法
EP0178394A2 (de) * 1984-09-20 1986-04-23 PRIMA INDUSTRIE S.p.A. Verfahren zum Laserschweissen von abgeschirmten Metallplatten mittels niedriger Temperatur verdampfender Materialien
FR2600923A1 (fr) * 1986-07-02 1988-01-08 Steelweld France Procede de soudage en recouvrement d'aciers revetus au moyen d'un faisceau d'energie
EP0337182A2 (de) * 1988-04-14 1989-10-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft, Patentabteilung AJ-3 Verbindungsbereich zweier beschichteter Dünnbleche
US4916284A (en) * 1989-05-08 1990-04-10 General Motors Corporation Method of making hemmed joints utilizing laser welding
US5626776A (en) * 1993-10-21 1997-05-06 Morris Holmes & Co. Flangeless fuel tank

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 176 (M - 491) 20 June 1986 (1986-06-20) *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6703583B2 (en) 2001-03-02 2004-03-09 Comau Spa Method and system for laser welding of two or more overlapped metal sheets, and device for clamping the sheets used in this method
EP1238748A2 (de) * 2001-03-02 2002-09-11 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und Einspannvorrichtung dafür
EP1236535A3 (de) * 2001-03-02 2003-09-03 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und zum Klemmen der Bleche
EP1238748A3 (de) * 2001-03-02 2003-09-03 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und Einspannvorrichtung dafür
US6693254B2 (en) 2001-03-02 2004-02-17 Comau S.P.A. Method and system for laser welding of two or more overlapped metal sheets, and sheet clamping device used in this method
EP1236535A2 (de) * 2001-03-02 2002-09-04 COMAU S.p.A. Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweissen von zwei oder mehr überlappenden Blechen und zum Klemmen der Bleche
EP1350591A1 (de) * 2002-04-02 2003-10-08 Luciano Migliori Spannvorichtung für Laserschweissen
US6812428B2 (en) 2002-04-02 2004-11-02 Luciano Migliori Clamping device for laser welding
EP1454702A1 (de) * 2003-03-03 2004-09-08 Dana Corporation Verfahren zum Laserschweissen von verzinkten Stahlblechen
CN102245342A (zh) * 2008-12-09 2011-11-16 标致·雪铁龙汽车公司 尤其用于将汽车门框板组装到所述门衬上的通过激光焊接组装两个板的装置和方法
US20140076866A1 (en) * 2011-06-03 2014-03-20 Mario Gramsch Method and device for joining components by means of energy beam welding
CN108393632A (zh) * 2018-04-03 2018-08-14 南通振华重型装备制造有限公司 一种保证大梁真法兰焊接尺寸的固定工装
CN108393632B (zh) * 2018-04-03 2024-03-26 上海振华重工(集团)股份有限公司南通分公司 一种保证大梁真法兰焊接尺寸的固定工装

Also Published As

Publication number Publication date
DE19938082A1 (de) 2001-03-15
DE19938082B4 (de) 2005-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0771605B1 (de) Laserschweissverfahren für beschichtete Stahlbleche
DE69628917T2 (de) Verfahren zum überlappschweissen mittels eines höheren energiedichte aufweisenden strahlungsbündels
EP1005944B1 (de) Laserstrahl-Schweissverfahren für Überlappnähte an beschichteten Blechen
EP3572179B1 (de) Verfahren zum verschweissen von bauteilen und eine anwendung des verfahrens
DE102011054540B4 (de) Laser-überlappschweissverfahren für teile aus verzinktem stahlblech
WO2001012378A1 (de) Verbindungsbereich zweier beschichteter metallbleche
WO2017089126A1 (de) Verfahren zum remote-laserstrahlschweissen mit überlagerter oszillationbewegung des laserstrahles
EP4045223B1 (de) Laserschweissverfahren für eckverbindungen von werkstückteilen
EP0942794A1 (de) Verfahren zur herstellung eines formteiles sowie nach diesem hergestelltes formteil
DE102005004787A1 (de) Laserschweißnaht mit verkleinertem Endkrater und Verfahren zu deren Herstellung
DE19705278C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Laserschweißen
EP3436214B1 (de) Bauteilanordnung mit entgasungshohlraum zwischen zwei überlappenden blechen und verfahren zum laserstrahlschweissen
EP2551050B1 (de) Verfahren zum Schweißen von dünnwandigen Rohren mittels Spitzentemperaturanlassschweißen
DE19932415C1 (de) Verfahren zum Laserstrahlschweißen einer Kfz-Tür oder Kfz-Klappe
DE102016222402A1 (de) Verfahren zum Verschweißen von Bauteilen mittels Laserstrahlung und Verwendung des Verfahrens
EP2020285A2 (de) Bauteilanordnung
EP1084787B1 (de) Fügestelle für laserverschweisste Bauteile
EP1486285B1 (de) Laserschweissverfahren zur Herstellung eines Getriebeschaltelements aus Metall
DE10218986B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffbehälters, sowie ein danach hergestellter Kraftstoffbehälter
DE102014009737A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbzeuges und einer Verbindung sowie ein Halbzeug nach dem Herstellungsverfahren
DE102004008108B4 (de) Überlappstoß zum Schweißen von beschichteten Werkstücken
DE19926796A1 (de) Schweißteil und Schweißverfahren
DE10237796B3 (de) Verfahren zum Besäumen eines Blechteils
DE10261507A1 (de) Verfahren zum Laserschweißen und lasergeschweißtes Bauteil
WO2005087571A1 (de) Fahrzeugrahmen

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BR 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

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