WO2006027013A1 - Laserschweissen von härtbarem stahl mit einer relativen pendelbewegung des laserstrahles bezüglich der schweisslinie - Google Patents

Laserschweissen von härtbarem stahl mit einer relativen pendelbewegung des laserstrahles bezüglich der schweisslinie Download PDF

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welding
laser beam
steel
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Rolf Cremerius
Thomas Pullen
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Gkn Driveline International Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a weld with respect to hardenable steel, wherein this weld is preferably used to form a philge ⁇ technical connection of at least two components for Drehmoment ⁇ transmission.
  • beam welding for machine components made of hardenable steels is already known. Objects in which their application is possible and expedient, are all available by beam welding method, mechanically, cyclically or dynamically highly loaded components that at least partially consist of curable steels because of a local Versch dipbelas ⁇ or are tempered because of their high mechanical stress. Beam welding methods can also be used particularly advantageously in connection with the production of a wide variety of, in particular rotationally symmetrical, force transmission elements, pressurized hollow bodies, etc. Preferred field of application is the automotive and mechanical engineering, primarily the automotive industry.
  • So-called carbon steels with a carbon content of at least 0.25% and low-alloy steels with carbon contents above 0.2% are only conditionally conventionally weldable (hereinafter also referred to as “hardenable steels") Carbon caused hardening in the weld and the heat-affected zone which leads to cracks due to different alloying elements.
  • the caking and subsequent cracking is caused by the formation of poorly deformable, little or even self-tempered martensite or bainite which are unable to form to plastically degrade the high transient voltages occurring during cooling.
  • a beam welding method for welding hardenable steels wherein in addition to the temperature influence by the beam welding itself, a defined preheating of the steel to be welded ver ⁇ is proposed.
  • a short-time heat treatment is carried out as the sole preheating. This becomes possible when the heating depth, the heating time, the peak temperature of the temperature-time cycle and the quenching speed are selected within narrow limits.
  • the heating depth before beam welding starts is set to reach 1 to 5 times the weld depth.
  • the energy exposure duration itself, the induction power and frequency and, to a lesser extent, the peak temperature of the preheating cycle serve as free parameters for setting the heating depth.
  • the beam welding is described by means of laser, wherein the preheating is carried out inductively.
  • the object of the present invention is to at least partially alleviate the technical problems described with reference to the prior art.
  • a laser welding method is to be specified with which hardenable steels can be processed such that crack formation as a result of the self-quenching of the steel occurs, at least to a significantly reduced extent, preferably even completely avoided.
  • the welding process should be simple and fast be feasible and in particular can be easily integrated into a series production with short cycle times.
  • a compound of components for torque transmission from hardenable steel is to be specified, which can be transmitted in particular for the transmission of torques or forces, as they occur in the drive train of an automobile.
  • the method according to the invention for producing a weld seam in hardenable steel comprises at least the following steps: a) positioning a laser beam to form a weld line; b) heating portions of the steel by means of the laser beam, wherein the laser beam is guided along a welding path that is longer than the welding line; c) cooling the heated portions of the steel.
  • a "weld” describes a re-solidified region of the hardenable steel that has previously been brought into a molten state as a result of the action of heat by the laser beam
  • the weld seam can have further constituents, in particular if a filler material is used to produce the weld seam.
  • the weld essentially follows a desired weld line.
  • welding line refers to the final course of the weld seam.
  • the laser beam is generated and brought into contact with the hardenable steel.
  • the steel heats up in the region of the point of impact of the laser beam.
  • the energy interaction or melting effect depends in particular on the laser power, residence time of the laser beam at one location (so-called welding or feed rate), the design of the laser beam (for example laser beam dimension, focus radius, etc.) and the power density distribution on the workpiece.
  • the protective and working gases used and their supply furthermore influence the formation of a plasma and thus also the introduction of energy into the workpiece.
  • welding path is meant, in particular, the path actually traveled by the laser beam on the surface of the hardenable steel, which means in other words that the path energy required for welding is effected by an extension of the welding path.
  • the energy of the laser beam is preferably set in such a way that a depth welding effect appears.
  • the intensity of the laser is thus set in a range of greater than 10 6 W / cm 2 [watts per square centimeter], in particular in a range from MO 6 W / cm 2 to 2-10 7 W / cm 2 .
  • the absorbed laser radiation heats the material to such an extent that it melts and reached the evaporation temperature.
  • a recoil pressure which generates the outflowing metal vapor at the phase transition, a Dampfkapil- lar is formed. This capillary allows a deep penetration of the laser radiation into the material.
  • the energy of the laser radiation is preferably absorbed by the melt film surface of the capillary and possibly additionally by inverse Bremsstrahlung within the plasma and introduced via heat conduction into the material.
  • An equilibrium state between the recoil pressure of the metal vapor and the congestion pressure of the melt flow makes it possible to permanently maintain the capillary during the welding process.
  • the introduced path energy is influenced in such an advantageous manner that preheating or secondary heating can be dispensed with and nevertheless welds can be produced which withstand high dynamic loads. This can be explained by the fact that the cooling rates of the melt in the edge of the weld seam towards the center of the weld can be reduced and the undesired effect of cracking or pore formation is avoided.
  • the cooling of the heated portions of the steel is usually carried out without wei ⁇ tere technical measures on the ambient air, under certain circumstances, however, a protective gas can be provided to support the quality of the weld just in terms of pore formation or cracking on.
  • step b) comprises a relative movement of the laser beam with respect to the welding line at a feed rate, wherein this relative movement is superimposed by a secondary movement.
  • the relative movement of the laser beam with respect to the weld line can be generated as a result of a movement of the laser and / or the component to be provided with the weld seam.
  • feed rate is meant the speed component of the relative movement pointing in the direction of the weld line, for example, if a round component is provided with a weld, with a fixed laser directed at the rotating component, the feed rate of the relative movement is determined by the This feed rate is regularly constant during the entire welding process, but it can also vary with changing component geometries (eg different heat dissipation, different material thickness, different weld thickness, etc.) during a welding operation
  • the feed rate is in this case, for example, in a range of 0.5 m / min to 5.0 m / min [meters per minute].
  • a secondary movement will now be realized.
  • the secondary movement being performed by the laser beam. It is possible to move the laser beam generating laser itself, but it is often technically easier to deflect the laser beam, for example by using mirrors or the like, so that it performs the desired secondary movement.
  • the secondary movement is a pendulum movement with respect to the welding line.
  • the pendulum movement can be carried out in the direction of the weld line, but is preferably a pendulum movement, which is carried out obliquely or transversely to the weld line.
  • a pendulum movement By means of such a pendulum movement, a higher thermal energy can be achieved in the edge region of the weld seam (for example due to the inertia of a vibrating mirror deflecting the laser beam in the reversal points), thereby reducing the cooling rates in the edge region of the weld in the hardenable steel. As a result, the cracking is reduced to a considerable extent.
  • the secondary movement during the formation of the weld varies.
  • the secondary movement can be described, for example, with an amplitude, a middle position, a frequency, etc. Due to the possibility of varying precisely these parameters at least partially and optionally temporarily during the formation of the weld, it is possible to react to the component mass ratios, heat conduction, etc. that prevail in the vicinity of the weld seam. Thus, a targeted cooling of the hardenable steel in the region of the weld seam can be adjusted again. Furthermore, a lateral movement of the beam axis perpendicular to the weld line with formation of a radial circular weld path possible.
  • Lateral movement means, in particular, a component of the relative movement which, in the case described here, consequently comprises a component of motion pointing in the circumferential direction and a component of movement pointing in the lateral direction.
  • angle the beam axis by which is meant, in particular, a non-perpendicular impingement of the laser beam on the surface of the workpiece.
  • the angle preferably acute angle between Strahl ⁇ direction and welding line can be ge in welding direction and / or transverse thereto forms.
  • an impact of the laser radiation on the weld layer can never be brought about in the direction of larger mass accumulations or higher carbon content of the component.
  • the jet waist shape changes from round to oval, which can be additionally adapted to the power density. Accordingly, there is an energy input with which the cooling rates in the critical component areas can be further reduced.
  • the laser beam penetrates the hardenable steel at least temporarily.
  • This is preferably a so-called “deep-hole welding” or “keyhole welding”, in which case components are considered which, for example, have a wall thickness in the range from 2.0 to 10.0 mm.
  • the weld is produced with a width of at least 1.0 mm [millimeters].
  • the weld has a width of at least 1.5 mm or even at least 3.0 mm. This weld is made thicker compared to normal laser welds, which is caused for example due to a pendulum movement transversely or obliquely to the weld line.
  • the width of the weld is to be determined, in particular, near the surface of the steel from which the weld was made. In the event that a weld penetrating the component has been performed, the width on the opposite side is in a range which may be significantly smaller than the above-mentioned width.
  • the weld seam is produced for the technical joining of at least two components.
  • cohesive connections of several components of hardenable steel can be produced, which can withstand high dynamic alternating loads. It is possible that the two components of different, but nevertheless curable steels um ⁇ grasp. It is also possible that, for example, only one of the components has a hardenable steel. In this case, for example, the variation possibilities of the secondary movement can be utilized to compensate for different thermal behavior of the components to be added.
  • weld by radial round welding.
  • This refers to a welding process in which hollow sections are used to produce a weld seam that is closed over the circumference. The laser is thereby moved in the radial direction all around the component or components relatively.
  • One Such method is useful, for example, in the frontal connection of hollow shafts or similar components.
  • connection of at least two components for transmitting torque from hardenable steel is now also proposed, wherein the connection is at least one weld seam, produced by the method according to the invention described above.
  • connection has proved particularly advantageous if at least one of the components of a hollow shaft with a wall thickness in the range of 2.0 mm to 10.0 mm.
  • both components in the area around the connection have a structure which is similar to that of a hollow shaft.
  • both hollow shafts are present with a wall thickness in this area, wherein an end-side connection is performed.
  • the weld is formed over the entire wall thickness.
  • a permanent connection can be generated, for example, by deep hole welding by means of a laser.
  • connection and adjacent subregions of the components are carried out without cracking.
  • crack-free it is meant that the compound does not exhibit so-called macro-cracks, ie cracks that are of a size that are visible to the naked eye Smaller, so-called micro cracks (the length of these cracks is often only in the Range of a grain diameter of the material and they are only using microscopic (metallographic) methods recognizable) occur only to an acceptable extent.
  • a “crack” in the present sense is a limited material separation with predominantly two-dimensional expansion, which can occur in the weld deposit, in the heat-affected zone and / or in the base material, in particular due to intrinsic stresses.
  • the weld seam designed according to the invention in particular withstands the following loads:
  • the compound has a ductility in the range from 250 HV to 650 HV, in particular in the range from 400 HV to 600 HV.
  • the connection or weld according to the hardness test method of Vickers leads to the above-mentioned result.
  • the preferred use of the method or the compound in the automotive sector For this reason, a vehicle comprising an engine with a drive system is proposed, where the drive system components have torque transmission and at least two components have been welded together using a method according to the invention, or the vehicle has a connection according to the invention.
  • FIG. 2 shows an embodiment variant of the connection in cross section of joined components
  • FIG. 5 shows a third embodiment variant of a welding path
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment variant of a welding path
  • Fig. 7 schematically a drive system of a vehicle.
  • the illustrations in the figures are schematic and can only be used to a limited extent to illustrate the actual size ratios.
  • Fig. 1 shows schematically and in perspective a component 7, with respect to which a weld 1 is formed.
  • the laser beam 2 emerging from the laser 21 is first positioned to the welding line 3.
  • the laser 2 is activated, portions of the steel are heated by means of the laser beam 2.
  • the component 7 is set in rotation 22.
  • the laser beam 2 is now guided along a welding path 5, which is longer than the welding line 3. By superimposing a secondary movement, the energy required for this purpose is introduced.
  • FIG. 2 shows schematically and in a cross-section a welding connection 8, which was produced according to the described method.
  • the connection 8 is designed as a continuous weld 1 plus two components 7 arranged adjacent to one another.
  • the component 7 shown on the left has a rotationally symmetrical hollow profile.
  • the right component 7 also has a tube-like portion, which, however, merges into a solid end piece.
  • Both components 7 comprise a hardenable steel. Due to different dimensions of the weld seam 1 adjacent components 7 is also a different thermal behavior to be expected that can be compensated by the method described here.
  • the components 7 in subregions 4 are heated by a laser 2 (not shown) so that the steel at least partially passes into a melt-like state.
  • a secondary movement is allows a reduced cooling rate in the sections 4, so that the cracking is avoided.
  • the secondary movement also causes relatively large welds 1 are generated, for example, with a width 6 in the range of 1.5 to 3.0 mm.
  • the weld 1 was designed as a radial circumferential seam, this extending over the entire wall thickness 9 of the components 7.
  • the secondary movement 14 is realized with a substantially one-dimensional pendulum motion perpendicular to the feed rate 13.
  • a variation is achieved in that the feed rate 13 and / or the amplitude 23 of the secondary movement 14 is changed. This can be discussed on different thermal behavior of the components 7 in the weld 1.
  • FIG. 5 again illustrates a secondary movement 14, which is carried out substantially perpendicular to the feed rate 13.
  • the amplitude 23 of the secondary movement 14 is changed, the feed rate 13 remains the same.
  • the central shaft 24 of the secondary movement 14 is offset from the welding line 3.
  • FIG. 6 illustrates a lateral movement 26 of the beam axis 2 perpendicular to the welding line 3 when forming a radial round welding path 5.
  • a second welding path 5 is formed immediately adjacent to the first welding path 5 without interrupting the relative movement.
  • a weld which forms in a flowing transition forms an overlapping weld
  • the laser 21 is oriented at an angle 26 to the surface of the components or the weld 1, that is not perpendicular thereto.
  • This agent can also be used for the targeted introduction of welding energy into the components 7.
  • all four wheels 16 are driven by a motor 11.
  • a gear 17 can be seen.
  • an axle 17 can be seen.
  • Side shafts 15 serve to drive the wheels 16.
  • the connection between the gears 17 is provided by a cardan shaft arrangement which comprises two shafts 19. This is additionally supported by an approximately centrally arranged intermediate storage 20 on the floor assembly of the vehicle 10.
  • the articulated shaft arrangement has a first articulation 18 in the form of a constant-velocity fixed joint arranged close to the front transmission 17.
  • a second joint 18 is provided centrally in the form of a constant-velocity fixed joint.
  • a third joint 18 in the form of a constant velocity fixed joint is arranged, which via connecting means with the transmission 17 is connected to the rear axle.
  • the shafts 19 or propeller shaft sections rotate at a speed which is greater than that introduced into the manual transmission or automatic transmission by the engine 11.
  • the gear reduction takes place in the region of the rear transmission 17 near the rear axle. While, for example, the shafts 19 and the associated joints 18 have to execute speeds of up to 10,000 rpm, the rotational speeds of the side shafts 15 for driving the wheels are in the order of magnitude of up to 2,500 rpm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht (1) in härtbaren Stahl umfassend zumindest die folgenden Schritte: Positionieren eines Laserstrahles (2) zu einer Schweißlinie (3); Erhitzen von Teilbereichen (4) des Stahls mittels des Laserstrahls (2), wobei der Laserstrahl (2) entlang einer Schweißbahn (5) geführt wird, die länger ist als die Schweißlinie (3); Abkühlen der erhitzten Teilbereiche (4) des Stahls. Bei diesem Schweißverfahren werden rissfreie Schweißverbindungen realisiert, wobei auf eine Sekundärerwärmung des härtbaren Stahls verzichtet wird. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet solcher Schweißnähte (1) liegt bei der Verbindung von Komponenten des Antriebsstranges von Automobilen.

Description

Laserschweißen von härtbarem Stahl
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht bezüglich härtbaren Stahl, wobei diese Schweißnaht bevorzugt zur Ausbildung einer füge¬ technischen Verbindung von mindestens zwei Komponenten zur Drehmoment¬ übertragung dient.
Der Einsatz von Strahlschweißen für Maschinenbauteile aus härtbaren Stählen ist bereits bekannt. Objekte, bei denen ihre Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind alle durch Strahlschweißverfahren fügbare, mechanisch, zyklisch oder dynamisch hoch belasteten Bauteile, die wegen einer lokalen Verschweißbelas¬ tung zumindest partiell aus härtbaren Stählen bestehen oder die wegen ihrer hohen mechanischen Belastung vergütet sind. Besonders vorteilhaft können Strahl¬ schweißverfahren auch im Zusammenhang mit der Herstellung verschiedenster, insbesondere rotationssymmetrischer Kraftübertragungselemente, druckbeauf¬ schlagte Hohlkörper, etc. eingesetzt werden. Bevorzugtes Einsatzgebiet ist der Fahrzeug- und Maschinenbau, vorrangig der Automobilbau.
So genannte Kohlenstoffstähle mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,25 % und niedrig legierte Stähle mit Kohlenstoffgehalten oberhalb von 0,2 % sind nur bedingt konventionell schweißbar (nachfolgend auch als „härtbare Stäh¬ le" bezeichnet). Die Ursache dafür besteht in der durch den Kohlenstoff bewirkten und durch verschiedene Legierungselemente verstärkten Aufhärtung in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone, die zu Rissen führt. Die Aufhaltung und nachfolgende Rissbildung kommt zustande durch die Bildung von nur wenig verformungsfähigem, nicht oder wenig selbst angelassenem Martensit oder Bainit, die nicht in der Lage sind, die während der Abkühlung auftretenden hohen Tran- sientenspannungen plastisch abzubauen. Während konventionelle Schweißverfahren in der Regel eine relativ niedrige Leis¬ tungsdicht aufweisen, die zu relativ kleinen Erwärmungsgeschwindigkeiten, gro߬ flächiger Wärmeeinbringung und voluminösen Schweißnähten fuhren, kann das durch den Einsatz eines Strahlschweißverfahrens wie das Laser- oder Elektronen- strahlschweißen aufgrund der bis zur einigen Größenordnungen höheren Leis¬ tungsdichte vermieden werden.
Aus der EP 0 925 140 Bl ist ein Strahlschweißverfahren zum Schweißen von härtbaren Stählen bekannt, wobei neben der Temperatureinwirkung durch das Strahlschweißen selbst zusätzlich eine definierte Vorerwärmung des zu ver¬ schweißenden Stahls vorgeschlagen wird. Insbesondere wird eine Kurzzeitwär¬ mebehandlung als alleiniges Vorwärmen durchgeführt. Das wird möglich, wenn die Erwärmungstiefe, die Aufheizdauer, die Spitzentemperatur des Temperatur- Zeit-Zyklus und die Abschreckungsgeschwindigkeit in eng definierten Grenzen gewählt wird. Die Erwärmungstiefe vor Beginn des Strahlschweißens wird dabei so eingestellt, dass sie das 1- bis 5-fache der Schweißnahttiefe erreicht. Als freie Parameter zur Einstellung der Erwärmungstiefe dienen die Energieeinwirkungs¬ dauer selbst, die Induktionsleistung und -frequenz und in geringem Maße die Spitzentemperatur des Vorwärmzyklus. Als bevorzugte Variante ist das Strahl¬ schweißen mittels Laser beschrieben, wobei das Vorwärmen induktiv vorgenom¬ men wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen technischen Probleme zumindest teilweise zu lindern. Ins¬ besondere ist ein Laserschweißverfahren anzugeben, mit dem härtbare Stähle so bearbeitet werden können, dass eine Rissbildung in Folge der Selbstabschreckung des Stahls zumindest in deutlich reduziertem Umfang auftritt, bevorzugt sogar vollständig vermieden wird. Dabei soll das Schweißverfahren einfach und schnell durchführbar sein und sich insbesondere auch leicht in eine Serienfertigung mit kurzen Taktzeiten integrieren lassen. Außerdem soll eine Verbindung von Kom¬ ponenten zur Drehmomentübertragung aus härtbarem Stahl angegeben werden, die insbesondere zur Übertragung von Drehmomenten bzw. Kräften, wie sie im Antriebsstrang eines Automobils auftreten, sicher übertragen kann.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer so hergestellten Verbindung von mindestens zwei Komponenten zur Drehmomentübertragung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden kön¬ nen, und zu weiteren Ausgestaltungen der Erfindung führen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht in härtbaren Stahl umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Positionieren eines Laserstrahls zu einer Schweißlinie; b) Erhitzen von Teilbereichen des Stahls mittels des Laserstrahls, wobei der Laserstrahl entlang einer Schweißbahn geführt wird, die länger ist als die Schweißlinie; c) Abkühlen der erhitzten Teilbereiche des Stahls.
Unter einer „Schweißnaht" wird ein wiedererstarrter Bereich des härtbaren Stahls beschrieben, der infolge der Temperatureinwirkung durch den Laserstrahl zuvor in einen schmelzförmigen Zustand gebracht wurde. Die Schweißnaht kann weitere Bestandteile aufweisen, insbesondere wenn zur Erzeugung der Schweißnaht ein Zusatzwerkstoff eingesetzt wird. Die Schweißnaht folgt im wesentlichen einer gewünschten Schweißlinie. Mit „Schweißlinie" ist also mit anderen Worten der letztendliche Verlauf der Schweißnaht gemeint. Gemäß Schritt a) wird nun der den Laserstrahl erzeugende Laser bzw. der Laserstrahl bezüglich der Schweißlinie positioniert bzw. ausge- richtet. Dabei ist es unerheblich, ob der Laser zu dem Bauteil ausgerichtet wird oder umgekehrt.
Nun wird der Laserstrahl generiert und mit dem härtbaren Stahl in Kontakt ge¬ bracht. Dabei erhitzt sich der Stahl im Bereich des Auftreffpunkts des Laser- Strahls. Die Energiewechselwirkung bzw. Schmelzwirkung hängt insbesondere von der Laserleistung, Verweildauer des Laserstrahls an einem Ort (so genannte Schweiß- oder Vorschubgeschwindigkeit), der Ausgestaltung des Laserstrahls (z.B. Laserstrahlabmessung, Fokusradius, etc.) und der Leistungsdichteverteilung am Werkstück ab. Die eingesetzten Schutz- und Arbeitsgase sowie deren Zufuhr beeinflusst weiterhin die Ausbildung eines Plasmas und somit auch die Energie¬ einbringung in das Werkstück.
Nun wird hier vorgeschlagen, dass der Laserstrahl entlang einer Schweißbahn geführt wird, die länger ist als die Schweißlinie. Mit „Schweißbahn" ist insbeson- dere der tatsächlich vom Laserstrahl abgefahrene Weg auf der Oberfläche des härtbaren Stahls gemeint. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die zum Schweißen erforderliche Streckenenergie durch eine Verlängerung der Schwei߬ bahn bewirkt wird.
Dabei wird die Energie des Laserstrahls bevorzugt so eingestellt, dass ein Tiefen- schweißeffekt auftaucht. Die Intensität des Lasers wird somit in einem Bereich von größer 106 W/cm2 [Watt pro Quadratzentimeter], insbesondere in einem Be¬ reich von MO6 W/cm2 bis 2-107 W/cm2, eingestellt. Oberhalb dieser Intensität erwärmt die absorbierte Laserstrahlung das Material soweit, dass dieses schmilzt und die Verdampfungstemperatur erreicht. Durch einen Rückstoßdruck, den der abströmende Metalldampf beim Phasenübergang erzeugt, wird eine Dampfkapil- lare ausgebildet. Diese Kapillare ermöglicht ein tiefes Eindringen der Laserstrah¬ lung in das Material. Die Energie der Laserstrahlung wird je nach Dampfdichte und Ionisationsgrad des Metalldampfes bevorzugt an der Schmelzfilmoberfläche der Kapillare und ggf. zusätzlich durch inverse Bremsstrahlung innerhalb des Plasma absorbiert und über Wärmeleitung in das Material eingeleitet. Ein Gleich¬ gewichtszustand zwischen dem Rückstoßdruck des Metalldampfes und dem Stau¬ druck der Schmelzströmung ermöglicht die dauerhafte Aufrechterhaltung der Ka¬ pillare während des Schweißprozesses. Dadurch lassen sich Schweißnahtaspekt¬ verhältnisse (Verhältnis von Tiefe zu Breite der Schweißnaht) erzielen, deren Werte wesentlich größer als 1 sind, beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 4 Der aus der Dampfkapillare ausströmende Metalldampf, wird durch den Einsatz eines Schutzgas gekühlt, um Energieverluste der einfallenden Laserstrahlung durch inverse Bremsstrahlung oder Brechung zu minimieren. Als "inverse Brems¬ strahlung" wird der Intensitätsverlust der Laserstrahlung beim Durchdringen des Oberflächenplasmas infolge der Beschleunigung von freien Elektronen durch Ab¬ sorption von Photonenenergie bezeichnet. Zur Erzeugung des Laserstrahls wird bevorzugt ein CO2-Laser eingesetzt.
Aufgrund der Tatsache, dass der Laserstrahl einen größeren Bereich als die tat¬ sächliche Schweißlinie überstreicht, wird die eingebrachte Streckenenergie in so vorteilhafter Weise beeinflusst, dass auf ein Vorwärmen bzw. Sekundärwärmen verzichtet werden kann und gleichwohl Schweißnähte erzeugbar sind, die hohen dynamischen Beanspruchungen standhalten. Dies ist damit zu begründen, dass die Abkühlgeschwindigkeiten der Schmelze in der Schweißnahtflanke zur Schwei߬ nahtmitte hin reduziert werden können und der unerwünschte Effekt der Riss¬ bzw. Porenbildung vermieden wird. Das hat nun beispielsweise den Vorteil, dass die Ausbildung einer solchen Schweißnaht in härtbaren Stahl mit einem Kohlen- stoffgehalt oberhalb von 0,3 % oder sogar oberhalb von 0,5 % in einer Fertigungs¬ linie direkt und schnell geschweißt werden kann, wobei einerseits auf häufig vor¬ handene Bearbeitungsstationen zurückgegriffen werden kann und eine zeitintensi¬ ve Vorwärmung bzw. Sekundärwärmung vermieden wird.
Das Abkühlen der erhitzten Teilbereiche des Stahls erfolgt in der Regel ohne wei¬ tere technische Maßnahmen an der Umgebungsluft, unter Umständen kann jedoch noch ein Schutzgas bereitgestellt werden, um die Qualität der Schweißnaht gerade im Hinblick auf die Porennbildung bzw. Rissbildung weiter zu unterstützen.
Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens umfasst Schritt b) eine Relativbewe¬ gung des Laserstrahls bezüglich der Schweißlinie mit einer Vorschubgeschwin¬ digkeit, wobei diese Relativbewegung von einer Sekundärbewegung überlagert wird. Die Relativbewegung des Laserstrahls bezüglich der Schweißlinie kann in- folge einer Bewegung des Lasers und/oder des mit der Schweißnaht zu versehen¬ de Bauteil generiert werden. Mit „Vorschubgeschwindigkeit" ist dabei die Ge- schwindigkeitskomponente der Relativbewegung gemeint, die in Richtung der Schweißlinie zeigt. Wird beispielsweise ein rundes Bauteil mit einer Schweißnaht versehen, wobei ein feststehender Laser auf das rotierende Bauteil gerichtet ist, so wird die Vorschubgeschwindigkeit der Relativbewegung durch die Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Bauteils bestimmt. Diese Vorschubgeschwindigkeit ist regelmäßig während des gesamten Schweißprozesses konstant. Sie kann jedoch gerade auch bei sich ändernden Bauteilgeometrien (z.B. unterschiedliche Wärme¬ ableitung, unterschiedliche Materialdicke, unterschiedliche Schweißnahtdicke,...) während eines Schweißvorganges variieren, um die Streckenenergie entsprechend ein einstellen zu können. Die Vorschubgeschwindigkeit liegt hierbei z.B. in einem Bereich von 0,5 m/min bis 5,0 m/min [Meter pro Minute]. Zusätzlich zu dieser Relativbewegung wird nun eine Sekundärbewegung verwirk¬ licht. Auch hierbei ist es grundsätzlich unerheblich, ob diese durch den Laser oder das Bauteil realisiert wird, bevorzugt ist jedoch ein Prozess, wobei die Sekundär¬ bewegung vom Laserstrahl ausgeführt wird. Dabei ist es möglich, den Laserstrahl erzeugenden, Laser selbst zu bewegen, es ist aber vielfach technisch einfacher, den Laserstrahl beispielsweise durch Einsatz von Spiegeln oder ähnlichem abzu¬ lenken, so dass er die gewünschte Sekundärbewegung ausführt.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sekundärbewe- gung eine Pendelbewegung bezüglich der Schweißlinie ist. Die Pendelbewegung kann in Richtung der Schweißlinie ausgeführt werden, bevorzugt ist jedoch eine Pendelbewegung, die schräg bzw. quer zur Schweißlinie ausgeführt wird. Durch eine solche Pendelbewegung kann erreicht werden, dass im Randbereich der Schweißnaht eine höhere thermische Energie eingebracht wird (z.B. aufgrund der Trägheit eines den Laserstrahl ablenkenden Schwingspiegels in den Umkehrpunk¬ ten), wodurch die Abkühlgeschwindigkeiten im Randbereich der Schweißnaht im härtbaren Stahl reduziert werden. Dadurch wird auch die Rissbildung in erhebli¬ chem Umfang reduziert.
Außerdem wird auch vorgeschlagen, dass die Sekundärbewegung während der Ausbildung der Schweißnaht variiert. Die Sekundärbewegung lässt sich bei¬ spielsweise mit einer Amplitude, einer Mittellage, einer Frequenz, etc. beschrei¬ ben. Aufgrund der Möglichkeit, genau diese Parameter zumindest teilweise und gegebenenfalls zeitweise während der Ausbildung der Schweißnaht zu variieren, kann auf die gerade im Umfeld der Schweißnaht herrschenden bauteilbezogenen Massenverhältnisse, Wärmeleitung, etc. reagiert werden. Somit lässt sich wieder¬ um eine gezielte Abkühlung des härtbaren Stahls im Bereich der Schweißnaht einstellen. Weiterhin auch eine Lateralbewegung der Strahlachse senkrecht zur Schweißlinie bei Ausbildung einer radialrunden Schweißbahn möglich. Mit Lateralbewegung ist insbesondere eine Komponente der Relativbewegung gemeint, die sich in dem hier beschriebenen Fall folglich aus einer in Umfangsrichtung weisende und einer in laterale Richtung weisende Bewegungskomponente zusammensetzt. Das führt beispielsweise zu einer spiralförmigen Ausgestaltung der Schweißnaht bei einem runden Werkstück. So entsteht eine zweite Schweißbahn ohne Unterbrechung unmittelbar neben der ersten. Es bildet sich dabei ein fließender Übergang mit einer sich überschneidenden Schweißung aus, die angepasst an die vorliegenden Massenverhältnissen und werkstoffspezifischen Wärmeleitfähigkeiten zu einer erhöhten Streckenergie und somit zu gezielter Abkühlung des härtbaren Stahls im Bereich der Schweißnaht führt.
Außerdem ist ggf. noch ein Abwinkein der Strahlachse möglich, womit insbeson- dere ein nicht senkrechtes auftreffen des Laserstrahls auf die Oberfläche des Werkstücks gemeint ist. Der Winkel bevorzugt spitze Winkel zwischen Strahl¬ richtung und Schweißlinie kann in Schweißrichtung und/oder auch quer dazu ge¬ bildet werden. Damit kann ein Auftreffen der Laserstrahlung auf der Schweißli¬ nie in Richtung größerer Masseansammlungen oder höherem Kohlenstoffgehaltes des Bauteils bewirkt werden. Ebenfalls ändert sich die Strahltaillenform von rund nach oval, wodurch die Leistungsdichte zusätzlich angepasst werden kann. Dem¬ nach erfolgt eine Energieeinbringung, mit der die Abkühlgeschwindigkeiten in den kritischen Bauteilbereichen weiter reduziert werden kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens durchdringt der Laserstrahl den härtbaren Stahl zumindest zeitweise. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein sogenanntes Tiefschweißen bzw. „keyhole welding". Dabei kommen Bauteile in Betracht, die beispielsweise eine Wanddicke im Bereich von 2,0 bis 10,0 mm aufweisen. Außerdem wird weiter vorgeschlagen, dass die Schweißnaht mit einer Breite von mindestens 1,0 mm [Millimeter] erzeugt wird. Bevorzugt weist die Schweißnaht eine Breite von mindestens 1,5 mm oder sogar von mindestens 3,0 mm auf. Diese Schweißnaht ist gegenüber normalen Laser-Schweißnähten dicker ausgeführt, was beispielsweise aufgrund einer Pendelbewegung quer bzw. schräg zur Schweißlinie bewirkt wird. Als weitere Alternative ist es möglich, neben der Schweißlinie pa¬ rallele Schweißbahnen in relativ kurzem Zeitraum abzufahren um eine solche breite Schweißnaht zu generieren. Die Breite der Schweißnaht ist insbesondere nahe der Oberfläche des Stahls zu bestimmen, von der aus die Schweißung durch¬ geführt wurde. Für den Fall, dass eine das Bauteil durchdringende Schweißung durchgeführt wurde, liegt die Breite auf der abgewandten Seite in einem Bereich, der unter Umständen deutlich kleiner als die oben genante Breite ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Schweißnaht zur fügetechnischen Verbindung von mindestens zwei Komponenten erzeugt. Auf diese Weise können also stoffschlüssige Verbindungen von mehreren Komponen¬ ten aus härtbarem Stahl hergestellt werden, die auch hohen dynamischen Wech¬ selbeanspruchungen standhalten können. Dabei ist es möglich, dass die zwei Komponenten voneinander unterschiedliche, gleichwohl aber härtbare Stähle um¬ fassen. Es ist auch möglich, dass beispielsweise nur eine der Komponenten einen härtbaren Stahl aufweist. Hierbei können beispielsweise die Variationsmöglich¬ keiten der Sekundärbewegung ausgenutzt werden, unterschiedliches thermisches Verhalten der zu fügendenden Komponenten auszugleichen.
Weiter ist es vorteilhaft, die Schweißnaht durch Radialrundumschweißen zu er¬ zeugen. Damit ist ein Schweißverfahren gemeint, bei dem bei Hohlprofilen eine über den Umfang geschlossene Schweißnaht erzeugt wird. Der Laser wird dabei in radialer Richtung rundum um das Bauteil bzw. die Bauteile relativ bewegt. Ein solches Verfahren bietet sich beispielsweise bei der stirnseitigen Verbindung von Hohlwellen oder ähnlichen Bauteilen an.
Erfindungsgemäß wird nun auch eine Verbindung von mindestens zwei Kompo- nenten zur Drehmomentübertragung aus härtbarem Stahl vorgeschlagen, wobei die Verbindung mindestens eine Schweißnaht ist, hergestellt mit dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren. Die Verbindung bzw. der Verbund dieser zweier Komponenten kann beispielsweise zur Drehmomentübertragung in
Antriebssystemen eines Automobils eingesetzt werden. Damit ist die Möglichkeit geschaffen, die Komponenten nachträglich auch einem Härteprozess zuzuführen, um den dort herrschenden, insbesondere statischen, Belastungen standzuhalten.
Eine solche Verbindung hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn zu¬ mindest eine der Komponenten einer Hohlwelle mit einer Wandstärke im Bereich von 2,0 mm bis 10,0 mm ist. Bevorzugt weisen beide Komponenten im Bereich um die Verbindung herum einen Aufbau auf, der der einer Hohlwelle ähnlich ist. Bevorzugt liegen dann beide Hohlwellen mit einer Wandstärke in diesem Bereich vor, wobei eine stirnseitige Verbindung ausgeführt wird.
Gerade in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass die Schweißnaht über die gesamte Wanddicke ausgebildet ist. Hierbei kann beispielsweise durch das Tief¬ lochschweißen mittels Laser eine dauerhafte Verbindung generiert werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Verbindung sowie angrenzende Teilbereiche der Komponenten rissfrei ausgeführt sind. Mit „rissfrei" ist gemeint, dass die Verbindung keine so genannten Makro-Risse ausweist, also Risse, die eine Größe haben, dass sie mit bloßem Auge erkennbar sind. Kleinere, so genannte Mikro¬ Risse (die Länge dieser Risse liegt häufig nur im Bereich eines Korndurchmessers des Materials und sie sind nur mit mikroskopischen (metallografischen) Verfahren erkennbar) treten hierbei auch nur in einem akzeptablen Umfang auf. Ein „Riss" im vorliegenden Sinn ist eine begrenzte Werkstofftrennung mit überwiegend zweidimensionaler Ausdehnung, die im Schweißgut, in der Wärmeeinflusszone und/oder im Grundwerkstoff auftreten kann, insbesondere auf Grund von Eigen- Spannungen. Von einem „Riss" zu unterscheiden sind beispielsweise Hohlräume, Gaseinschlüsse, Poren, Lunker, Feststoffeinschlüsse oder andere Fehler einer Schweißnaht. Auch wenn selbstverständlich die von Rissen zu unterscheidenden Fehler einer Schweißnaht möglichst zu vermeiden sind, wird hier vordergründig auf die (Makro-)Rissfreiheit abgezielt, da Risse wohl die gefürchtetste und am schwersten vermeidbare Fehlerart ist, die eine nachträgliche Reparatur unumgäng¬ lich macht. Dies war bislang auch der Grund, dass hoch-kohlenstoffhaltige Stähle nur mit einer Sekundärerwärmung geschweißt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren rückt von dieser Vorstellung erstmalig ab und gewährleistet dennoch über eine große Anzahl von Schweißvorgängen eine hohe Schweißqualität.
Die eine erfindungsgemäß ausgeführte Schweißnaht hält insbesondere den fol¬ genden Belastungen stand:
- dynamische langzeitige Wechsellastbeanspruchung mit 300.000 Schwingzyklen, bei einem Moment von +/- 1100 Nm und/oder +/- 1650 Nm; und/oder
- statische Torsionsbelastung mit einem Bruchmoment kleiner oder gleich 3200 Nm.
Insbesondere im Hinblick auf den Einsatz einer solchen Verbindung im Automo- bilbau ist es bevorzugt, dass die Verbindung eine Duktilität im Bereich von 250 HV bis 650 HV aufweist, insbesondere im Bereich von 400 HV bis 600 HV. Damit ist gemeint, dass die Verbindung bzw. Schweißnaht nach dem Härteprüf¬ verfahren von Vickers zu dem vorstehend genannten Ergebnis führt. Wie bereits mehrfach angedeutet, liegt der bevorzugte Einsatz des Verfahrens bzw. der Verbindung im Automobilbereich. Aus diesem Grund wird auch ein Fahrzeug umfassend einen Motor mit einem Antriebssystem vorgeschlagen, wo¬ bei das Antriebssystemkomponenten zur Drehmomentübertragung aufweist und mindestens zwei Komponenten mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mitein¬ ander verschweißt wurden, oder das Fahrzeug eine erfindungsgemäße Verbindung aufweist.
Beispiel einer entsprechenden fügetechnischen Verbindung:
Verfahren
Figure imgf000014_0001
Verbindung
Figure imgf000015_0001
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Fi- guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders be¬ vorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf begrenzt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 : schematisch den Aufbau für eine Ausführungsvariante des Schweiß Verfah¬ rens;
Fig. 2: eine Ausfuhrungsvariante der Verbindung im Querschnitt gefügter Kom- ponenten;
Fig. 3: eine erste Ausführungsvariante einer Schweißbahn;
Fig. 4: eine zweite Ausführungsvariante einer Schweißbahn;
Fig. 5: eine dritte Ausfuhrungsvariante einer Schweißbahn;
Fig. 6: eine vierte Ausführungsvariante einer Schweißbahn; und
Fig. 7: schematisch ein Antriebssystem eines Fahrzeugs. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und können nur begrenzt zur Veranschaulichung der tatsächlichen Größenverhältnisse herangezogen werden.
Fig. 1 zeigt schematisch und perspektivisch eine Komponente 7, bezüglich der eine Schweißnaht 1 ausgebildet wird. Zur Erzeugung der Schweißnaht 1 auf der Komponente 7, die härtbaren Stahl umfasst, wird zunächst der aus dem Laser 21 austretende Laserstrahl 2 zur Schweißlinie 3 positioniert. Bei Aktivierung des Lasers 2 werden Teilbereiche des Stahls mittels des Laserstrahls 2 erhitzt. Zur Erzeugung einer Relativbewegung des Laserstrahls 2 bezüglich der Schweißlinie 3 wird die Komponente 7 in Rotation 22 versetzt. Zur Herstellung einer rissfreien Schweißnaht 1 wird nun der Laserstrahl 2 entlang einer Schweißbahn 5 geführt, die länger als die Schweißlinie 3 ist. Durch die Überlagerung einer Sekundärbe¬ wegung wird die hierfür erforderliche Streckenergie eingebracht.
Fig. 2 zeigt schematisch und in einem Querschnitt eine schweißtechnische Ver¬ bindung 8, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Die Verbin¬ dung 8 ist als durchgehende Schweißnaht 1 zuzüglich zweier, benachbart zuein¬ ander angeordneter Komponenten 7 ausgeführt. Die links dargestellte Komponen- te 7 weist ein rotationssymmetrisches Hohlprofil auf. Die rechte Komponente 7 weist ebenfalls einen rohrähnlichen Abschnitt auf, der jedoch in ein massives Endstück übergeht. Beide Komponenten 7 umfassen einen härtbaren Stahl. Auf¬ grund unterschiedlichen der Abmessungen der der Schweißnaht 1 benachbarten Komponenten 7 ist auch ein unterschiedliches thermisches Verhalten zu erwarten, dass durch das hier beschriebene Verfahren kompensiert werden kann.
Zur Ausbildung der Schweißnaht 1 werden die Komponenten 7 in Teilbereichen 4 durch einen Laser 2 (nicht dargestellt) so erhitzt, dass der Stahl zumindest teilwei¬ se in einen schmelzartigen Zustand übergeht. Durch eine Sekundärbewegung wird in den Teilbereichen 4 eine reduzierte Abkühlgeschwindigkeit ermöglicht, so dass die Rissbildung vermieden wird. Die Sekundärbewegung führt jedoch auch dazu, dass relativ große Schweißnähte 1 generiert werden, beispielsweise mit einer Breite 6 im Bereich von 1,5 bis 3,0 mm. Bei der hier dargestellten Ausführungs- Variante wurde die Schweißnaht 1 als Radialrundnaht ausgebildet, wobei sich die¬ se über die gesamte Wandstärke 9 der Komponenten 7 erstreckt.
Fig. 3 zeigt schematisch die Überlagerung der Schweißlinie 3 und der tatsächli¬ chen Schweißbahn 5. Grundsätzlich ist festzuhalten, dass trotz der Bereitstellung einer Sekundärbewegung eine einheitliche, in Richtung der Schweißlinie 3 verlau¬ fende Schweißnaht 1 gebildet wird. Diese weist eine gegenüber üblichen Schweißnähten in Folge einer Lasereinwirkung vergrößerte Breite 6 auf.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Sekundärbewegung 14 werden sowohl Bewe- gungen in Richtung der Vorschubgeschwindigkeit 13, als auch entgegengesetzt bzw. quer dazu verwirklicht.
In Fig. 4 ist die Sekundärbewegung 14 mit einer im wesentlichen eindimensiona¬ len Pendelbewegung senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit 13 verwirklicht. Eine Variation wird jedoch dadurch erreicht, dass die Vorschub geschwindigkeit 13 und/oder die Amplitude 23 der Sekundärbewegung 14 verändert wird. Damit kann auf unterschiedliches thermisches Verhalten der Komponenten 7 im Bereich der Schweißnaht 1 eingegangen werden.
Fig. 5 veranschaulicht wiederum eine Sekundärbewegung 14, die im wesentlichen senkrecht zur Vorschubgeschwindigkeit 13 ausgeführt wird. Als Besonderheit ist hier dargestellt, dass die Amplitude 23 der Sekundärbewegung 14 verändert wird, wobei die Vorschubgeschwindigkeit 13 gleich bleibt. Gleichzeitig ist die Mittella¬ ge 24 der Sekundärbewegung 14 zur Schweißlinie 3 versetzt. Fig. 6 veranschaulicht eine Lateralbewegung 26 der Strahlachse 2 senkrecht zur Schweißlinie 3 bei Ausbildung einer radialrunden Schweißbahn 5. Eine zweite Schweißbahn 5 entsteht ohne Unterbrechung der Relativbewegung unmittelbar neben der ersten Schweißbahn 5. Es bildet sich eine im fließenden Übergang, ü- berschneidende Schweißung aus. Für die Herstellung der Schweißnaht 1 bezüg¬ lich der dargestellten Komponenten 7 ist der Laser 21 mit einem Winkel 26 zur Oberfläche der Komponenten bzw. der Schweißnaht 1 ausgerichtet, also nicht senkrecht dazu. Dieses Mittel kann ebenfalls zur gezielten Einbringung von Schweißenergie in die Komponenten 7 eingesetzt werden.
Im Hinblick auf die Darstellungen von Fig. 3, 4, 5 und 6 ist darauf hinzuweisen, dass die einzelnen Ausgestaltungen der Vorschubgeschwindigkeit 13 bzw. der Sekundärbewegung 14 beliebig miteinander kombiniert werden können.
Aus Fig. 7 ist ein Antriebssystem 12 für ein vierradgetri ebenes Fahrzeug 10 er¬ kennbar. In diesem Fall werden durch einen Motor 11 alle vier Räder 16 angetrie¬ ben. Im Bereich der Vorderachse und unter dem angedeuteten Motor 11 ist ein Getriebe 17 erkennbar. Im Bereich der Hinterachse ist ebenfalls ein Achsgetriebe 17 erkennbar. Zum Antrieb der Räder 16 dienen Seitenwellen 15. Die Verbindung zwischen den Getrieben 17 wird durch eine Gelenkwellenanordnung bereitge¬ stellt, welche zwei Wellen 19 umfasst. Diese ist durch ein etwa mittig angeordne¬ tes Zwischenlager 20 zusätzlich an der Bodengruppe des Fahrzeugs 10 gelagert. Die Gelenkwellenanordnung weist in einem ersten Gelenkwellenabschnitt ein nahe zum vorderen Getriebe 17 angeordnetes erstes Gelenk 18 in Form eines Gleichlauffestgelenks auf. Zur Verbindung der beiden Gelenkwellenabschnitte ist ein zweites Gelenk 18 mittig in Form eines Gleichlauffestgelenks vorgesehen. Am Ende des zweiten Gelenkwellenabschnittes ist ein drittes Gelenk 18 in Form eines Gleichlauffestgelenks angeordnet, das über Verbindungsmittel mit dem Getriebe 17 der Hinterachse verbunden ist. Die Wellen 19 bzw. Gelenkwellenabschnitte rotieren bei den meisten Anwendungsfallen mit einer Drehzahl, die über der in das Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe durch den Motor 11 eingeleiteten lie¬ gen. Die Untersetzung erfolgt im Bereich des hinteren Getriebes 17 nahe der Hin- terachse. Während beispielsweise die Wellen 19 und die zugehörigen Gelenke 18 Drehzahlen bis 10.000 U/min ausfuhren müssen, liegen die Drehzahlen der Sei¬ tenwellen 15 zum Antrieb der Räder in der Größenordnung bis 2.500 U/min.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden bevorzugt bezüglich folgender Bauteile eingesetzt:
- Gelenkwellensystemkomponenten die gefugt werden, wie z.B.: o Rohrwelle/Vollwelle o Rohrwelle/Gelenkaußenteil o Rohrwelle/Zapfen o Rohrwelle/Gelenkinnenteil (z.B.: Nabe) o Gelenkaußenteil/Gehäusedeckel o Gelenkaußenteil/Flansch -z.B.: Getriebeflansche o Gelenkscheibe/Gelenkboden o Verschiebehülse/Wellenzapfen - Differential- / Getriebesysteme o Zahnrad/Zahnrad o Rohrwelle/Zahnrad o Gehäuse/Gehäusedeckel o Zapfen/Gehäusedeckel Bezugszeichenhste
1 Schweißnaht
2 Laserstrahl
3 Schweißlinie
4 Teilbereich
5 Schweißbahn
6 Breite
7 Komponente
8 Verbindung
9 Wandstärke
10 Fahrzeug
11 Motor
12 Antriebssystem
13 Vorschubgeschwindigkeit
14 Sekundärbewegung
15 Seitenwelle
16 Rad
17 Getriebe
18 Gelenk
19 Welle
20 Zwischenlager
21 Laser
22 Rotation
23 Amplitude
24 Mittellage
25 Lateralbewegung
26 Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erzeugung einer Schweißnaht (1) in härtbaren Stahl umfassend zumindest die folgenden Schritte: a) Positionieren eines Laserstrahles (2) zu einer Schweißlinie (3); b) Erhitzen von Teilbereichen (4) des Stahls mittels des Laserstrahls (2), wo¬ bei der Laserstrahl (2) entlang einer Schweißbahn (5) geführt wird, die länger ist als die Schweißlinie (3); c) Abkühlen der erhitzten Teilbereiche (4) des Stahls.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt b) eine Relativbewegung des Laserstrahls (2) bezüglich der Schweißlinie (3) mit einer Vorschubgeschwin- digkeit (13) umfasst, wobei diese Relativbewegung von einer Sekundärbewe¬ gung (14) überlagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Sekundärbewegung (14) eine Pen¬ delbewegung bezüglich der Schweißlinie (3) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Sekundärbewegung (14) wäh¬ rend der Ausbildung des Schweißnaht (1) variiert.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Laser- strahl (2) den härtbaren Stahl zumindest zeitweise durchdringt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwei߬ naht (1) mit einer Breite (6) von mindestens 1,0 mm erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwei߬ naht (1) zur fügetechnischen Verbindung von mindestens zwei Komponen¬ ten (7) erzeugt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwei߬ naht (1) durch Radialrundumschweißen erzeugt wird.
9. Verbindung (8) von mindestens zwei Komponenten (7) zur Drehmomentüber¬ tragung aus härtbarem Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbin- düng (8) mindestens eine Schweißnaht (1) ist, hergestellt mit einem Verfah¬ ren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verbindung (8) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Komponenten (7) eine Hohlwelle mit einer Wandstärke (9) im Be- reich von 2,0 mm bis 10,0 mm ist.
11. Verbindung (8) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (1) über die gesamte Wandstärke (9) ausgebildet ist.
12. Verbindung (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (8) sowie angrenzende Teilbereiche (4) der Komponen¬ ten (7) rissfrei ausgeführt sind.
13. Verbindung (8) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (8) eine Duktilität im Bereich von 250 HV bis 650 HV aufweist.
14. Fahrzeug (10) umfassend einen Motor (11) mit einem Antriebssystem (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (12) Komponenten (7) zur Drehmomentübertragung aufweist und mindestens zwei Komponenten (7) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 miteinander verschweißt wurden, oder dass das Fahrzeug (10) eine Verbindung (8) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 aufweist.
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