WO2008125573A1 - Gas and coolant nozzle - Google Patents

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WO2008125573A1
WO2008125573A1 PCT/EP2008/054305 EP2008054305W WO2008125573A1 WO 2008125573 A1 WO2008125573 A1 WO 2008125573A1 EP 2008054305 W EP2008054305 W EP 2008054305W WO 2008125573 A1 WO2008125573 A1 WO 2008125573A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle
gas
coolant
welding
guide channel
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/054305
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Detlef Meyer
Werner Staudinger
Michael Mues
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Steel Ag filed Critical Thyssenkrupp Steel Ag
Publication of WO2008125573A1 publication Critical patent/WO2008125573A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/146Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing a liquid

Definitions

  • the invention relates to a device for feeding gas and coolant into the process zone during welding, in particular during laser welding, with at least one gas nozzle with a gas guide channel and at least one coolant nozzle with a coolant guide channel, wherein the gas guide channel of the gas nozzle is arranged such that the gas stabbing the process zone is supplied and the Kuhlffenduse is arranged so that it is in thermal contact with the Gasduse and cooling of the gas nozzle takes place.
  • the invention relates to a method for laser welding of components, in particular sheets or strips.
  • the weld quality is particularly important. This is determined on the one hand by the heat transfer and on the other hand by a good cooling of the weld in order to avoid thermal expansion effects of the sheets.
  • gas and Kuhlschdusen which supply the process zone to increase the heat input on the one hand an inert gas, preferably helium, and on the other hand cool the weld by a coolant, usually a gas-water mixture, sluggish to the welding direction
  • the gas supply is usually stinging, ie in the welding direction or opposite to the transport direction of the sheets to be welded.
  • German Patent Application DE 195 37 924 A1 discloses a nozzle for supplying process gas and coolant to the process zone during laser welding, the gas nozzle of which has a gas guide channel and its coolant nozzle a coolant guide channel, the gas being supplied to the process zone in a piercing manner and the weld behind the process zone is cooled by the supply of cooling agents.
  • the achieved with the known device welding speeds however, no longer meet today's cost-effectiveness requirements, especially if not technically difficult
  • the present invention has the object to provide a generic device for disposal, which allows high process reliability welding or laser welding of critical materials at high speed.
  • the invention has for its object to propose an advantageous laser welding process.
  • the above-described object is achieved for a generic device for supplying gas and Kuhlkar in the process zone during welding, in particular during laser welding characterized in that the Kuhlstoffduse having a Kuhlstoffbowungskanal Kuhlstoffaust ⁇ ttsbohrung, wherein the Kuhlstoffaus Stammsbohrung runs in Kuhlstoffaustrittscardi opposite to the welding direction and ends in an outer groove of Kuhlstoffduse.
  • the Kuhleffenduse Kuhl is further improved in that the groove is disposed on the Kuhlstoffduse immediately opposite the weld and runs from the Kuhlstoffaustrittso réelle opposite to the welding direction.
  • the coolant curtain forming in this case automatically wets the weld seam, on the other hand, as a result the coolant curtain increases as the coolant flow rate increases in the opposite direction to the welding direction.
  • the cooling can be easily adapted to the welding speed with little use of coolant.
  • the coolant guide channel of the coolant nozzle extends at least partially parallel to the gas guide channel of the gas nozzle, it can be cooled particularly effectively, as a result of which the density of the gases supplied to the process zone can be kept constant. This additionally improves the process reliability of the welding or laser welding.
  • the design of the Kuhlstoffvorhangs is further improved by the fact that the angle between the Kuhlstoffungskanal and Kuhlstoffaustrittsbohrung 20 ° to 50 °, preferably 30 ° to 40 ° amounts.
  • the inventive device allows the use of mixed gases as process gases in that the angle between the gas and / or Kuhlffenduse to be welded sheet or component amounts to 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °.
  • the angle that is more acute than the use of helium is due to the increased density of the mixed gases, for example consisting of argon, helium and carbon dioxide or oxygen.
  • the gas nozzle and / or the Kuhlffenduse are constructed of a Dusenkorper and a losbarbar attached to this Dusenendstuck, which are preferably pinned together.
  • the Dusenendkorper in its geometry and its distance from the process zone of welding has a significant Eml on the plasma shielding in the welding process and thus on the Emkopplung, for example, the laser power in the material.
  • Inert gas tuned Dusenendkorper be used.
  • an altered process gas mixture can thus also be taken into account.
  • the optional pinning of the Dusenendkorpers with the Dusenkorper a particularly accurate positioning of Dusenendkorpers is achieved even after a change of Dusenendkorpers.
  • the gas nozzle and / or the coolant nozzle consist of a highly thermally conductive metal, in particular copper or a copper alloy. Copper has the advantage that it is also easily machinable.
  • An optimal cooling of the gas nozzle by the coolant nozzle is achieved in that the gas nozzle are integral with the coolant nozzle or its nozzle body and / or nozzle end pieces.
  • the cross-sectional area of the gas guide channel is at least 10 mm 2 , preferably at least 25 mm 2 .
  • a cross-sectional area of at least 10 mm 2 pure helium can also be used as the process gas.
  • Optimal for the use of mixed gases as process gases is a cross-sectional area of at least 25 mm 2 . Relative to a circular cross-section of
  • Gas outlet means that the diameter is at least 3.5 mm or at least 6 mm.
  • the gas outlet opening of the gas nozzle may have any cross-sectional shapes. Preference is given to circular, oval or polygonal cross-sectional shapes.
  • an adapter plate is provided as a nozzle holder, which preferably has receptacles for the Justageffen.
  • the adapter plate is also suitable to provide, for example, the supply of gas and coolant with quick couplings, so that a very fast, reliable exchange of the nozzle body can be done with the nozzle end.
  • the nozzle body including nozzle end piece can be easily adjusted.
  • the object indicated above is achieved by a method for laser welding of components, in particular metal sheets, using the device according to the invention.
  • the laser welding speed can be increased despite reduced coolant consumption.
  • the cost of the inventive method for welding components or sheets can be reduced by using a mixed gas comprising helium, argon and carbon dioxide or oxygen.
  • This mixed gas is significantly cheaper to manufacture, since a smaller proportion of helium is included.
  • An increase in cost-effectiveness can be achieved according to a next embodiment of the method according to the invention in that the
  • Laser welding speed is at least 8 to 10 m / min. In particular when using mixed gases, such a high laser welding speed has not yet been reliably achieved.
  • sheets of a soft, high or very high strength steel alloy in particular a steel alloy type 22MnB5 are welded, wherein the sheets preferably have a coating, in particular an Al-Si coating.
  • Soft steel alloys are in principle easier to weld than high-strength or ultra-high-strength steel alloys.
  • the high and ultra-high strength steel alloys as well as the steel alloy type 22MnB5 do not have such good welding properties. But they are preferred due to their excellent strength and deformation properties in the body, mostly coated, used.
  • coatings such as aluminum-silicon (Al-Si) coating negatively affect the welding process.
  • Al-Si aluminum-silicon
  • the high process reliability in laser welding using the device according to the invention enables the welding of the latter, coated High-speed metal sheets using mixed gases as the process gas.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an apparatus according to the invention for supplying gas and coolant into the process zone during welding in a lateral cross-sectional view
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention for feeding gas and coolant into the process zone during welding in a lateral cross-sectional view with a sectional plane in the welding direction.
  • the apparatus 1 for supplying gas and coolant into the process zone during welding consists of a gas nozzle 2 with a gas guide channel 3 and a below The gas nozzle 2 is arranged with respect to the welding direction A so that the gas flowing through the gas guide channel 3 process gas of the welding zone S stabbing, ie opposite to the transport direction T of the sheets 6 is supplied.
  • the beam path of a laser welding beam is shown with L, which causes the welding of the sheets 6 in the process zone S.
  • the coolant nozzle 4 is arranged so that the gas nozzle 2 is cooled by the coolant flowing through the coolant guide channel 5, for example water, the gas nozzle 2. This results in that the density of the gas medium, which flows through the gas guide channel 3, can be kept constant during the laser welding.
  • the process gas is particularly important to control the plasma shield and thus the heat input during laser welding. Due to the constant density of the gases, process reliability is therefore increased.
  • the coolant guide channel 5 of the coolant nozzle has a coolant outlet bore 7, which will be described in detail later in detail. This coolant outlet bore extends opposite to the welding direction A or in the transport direction T of the plates 6.
  • the coolant nozzle 4 is intended to effect a particularly effective cooling of the weld seam of the plates 6.
  • This configuration of the coolant outlet bore 7, depending on the medium flowing through a coolant curtain 9 is generated, which is in the transport direction T on the weld the sheets 6 extends.
  • the size of the coolant curtain 9 is influenced by the flow rate of the coolant.
  • the coolant curtain 9 can be extended by increasing the flow rate in the transport direction T. This is necessary, for example, if the
  • the groove 8 of the coolant nozzle 4 is preferably, as in the illustrated embodiment, arranged directly opposite the weld, so that the coolant curtain 9 can be positioned exactly above the weld.
  • the angle ⁇ between the coolant guide channel 5 and the coolant outlet bore 7 is between 20 ° and 50 °, preferably between 30 ° and 40 °.
  • the gas nozzle 2 and the coolant nozzle 4 are made in one piece from a single piece of metal, to increase the flexibility with respect to the use of different process gases or laser welding conditions, the device 1 has a nozzle end 10, a nozzle body 11 and an adapter plate 12.
  • the nozzle end 10 is connected via screws 13 and 14 to the nozzle body 11.
  • the nozzle end piece is pinned to improve the positioning accuracy thereof with the nozzle body 11 via pins not shown in FIG.
  • adjustment means 15, 16 and the associated receptacles 17 and 18 are provided in the nozzle body 11 and in the adapter plate 12.
  • Fig. 1 only two screws 15,16 are shown as adjusting means, but usually at least three screws are provided to allow adjustment in all three spatial directions.
  • quick-release couplings 19 and 20 are provided to allow a particularly rapid replacement of the device according to the invention. All transitions between the adapter plate 12, nozzle body 11 and nozzle end 10 are sealed via not shown O-rings, so that no gas or coolant losses occur.
  • the embodiment of a device for supplying gas and coolant into the process zone during welding is designed for the use of mixed gases instead of pure helium.
  • the angle ⁇ between the sheets 6 to be welded and the gas nozzle 2 is 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °. Due to this shallow inlet angle ⁇ of the process gas, the density of the mixed gas, which is significantly larger compared to helium, is taken into account.
  • the embodiment of the invention also has a larger cross-sectional area of the gas guide channel 3. This is in the illustrated embodiment about 28 mm 2 , which corresponds to a diameter of the gas guide channel 3 of 6 mm.
  • welding speeds of more than 8 to 10 m / min have been achieved in practice, even if critical welding steel alloys, such as 22MnB5 steel alloys were welded. This was achieved in particular using mixed gases, which consist of a gas mixture of helium, argon and carbon dioxide or oxygen.
  • the cross-sectional view of the tip of the nozzle end 10 is additionally shown in detail in FIG.
  • the gas guide channel 3 and the coolant guide channel 5 extend parallel to one another in the area of the tip of the nozzle end piece, with the coolant nozzle 4 resting directly on the gas nozzle 2. In the present case this is achieved in that the gas nozzle 2 and the coolant nozzle 4 are integral.
  • Coolant guide channel 5 is in welding direction A, i. closed in the gas outlet direction and formed as a blind hole. The beginning of the bottom of the blind hole and aligned in the direction of transport A.
  • Coolant outlet bore 7 terminates at the other end in an outer groove 8 of the coolant nozzle 4.
  • This transition to the outer surface of the coolant nozzle 4 allows the coolant curtain to run along the coolant nozzle 4, for example, as the flow rate of coolant increases, rather than tearing it off. As a result, a stronger wetting of the weld with coolant is achieved and the cooling effect is enhanced.
  • Fig. 3 now shows a plan view of the nozzle end 10 of the embodiment of Fig. 1 of the device according to the invention for supplying gas and coolant in the process zone during welding.
  • the screws 13, 14, with which the nozzle end 10 is screwed to the nozzle body 11 can be seen.
  • FIG. 3 shows that the nozzle end piece has been produced from a single piece of metal, so that the heat transfer between the coolant nozzle 4 and the gas nozzle 2 is optimized and effective cooling of the process gas by the coolant nozzle 4 can take place.
  • both the nozzle body 11 and the nozzle end 10 is constructed of a material with very good heat conduction, for example copper or a copper alloy.

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Abstract

The invention relates to a device (1) for supplying gas and coolant to the process zone during welding, particularly laser welding, comprising at least one gas nozzle (2) having a gas conducting channel (3) and at least one coolant nozzle (4) arranged beneath the gas nozzle, the coolant nozzle having a coolant conducting channel (5), wherein the gas conducting channel (3) of the gas nozzle (2) is arranged such that the gas is fed to the process zone (S) in a piercing manner and the coolant nozzle (4) is arranged such that it is in thermal contact with the gas nozzle (2) and cooling of the gas nozzle (2) occurs. The aim of providing a generic device, which allows high process reliability when welding, or laser welding, critical materials at high speed, is achieved in that the coolant nozzle (4) has a coolant outlet bore (7) connected to the coolant conducting channel (5), wherein the coolant outlet bore (7) runs counter to the welding direction (A) in the coolant outlet direction and ends in an outer groove (8) of the coolant nozzle (4).

Description

Gas- und Kühlmitteldüse Gas and coolant nozzle
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zufuhren von Gas und Kuhlmittel in die Prozesszone wahrend des Schweißens, insbesondere wahrend des Laserschweißens, mit mindestens einer Gasduse mit einem Gasfuhrungskanal und mindestens einer Kuhlmittelduse mit einem Kuhlmittelfuhrungskanal, wobei der Gasfuhrungskanal der Gasduse so angeordnet ist, dass das Gas stechend der Prozesszone zugeführt wird und die Kuhlmittelduse so angeordnet ist, dass diese in Warmekontakt mit der Gasduse steht und eine Kühlung der Gasduse erfolgt. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen, insbesondere Blechen oder Bandern.The invention relates to a device for feeding gas and coolant into the process zone during welding, in particular during laser welding, with at least one gas nozzle with a gas guide channel and at least one coolant nozzle with a coolant guide channel, wherein the gas guide channel of the gas nozzle is arranged such that the gas stabbing the process zone is supplied and the Kuhlmittelduse is arranged so that it is in thermal contact with the Gasduse and cooling of the gas nozzle takes place. In addition, the invention relates to a method for laser welding of components, in particular sheets or strips.
Beim Schweißen oder Laserschweißen von Blechen, welche beispielsweise für den Karosseriebau verwendet werden, kommt der Schweißnahtqualitat eine besonders hohe Bedeutung zu. Diese wird einerseits bestimmt durch den Warmeemtrag und andererseits durch eine gute Kühlung der Schweißnaht, um Warmedehnungseffekte der Bleche zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind aus dem Stand der Technik Gas- und Kuhlmitteldusen bekannt, welche der Prozesszone zur Steigerung des Warmeeintrags einerseits ein Inertgas, vorzugsweise Helium, zufuhren und andererseits die Schweißnaht durch ein Kuhlmittel, zumeist ein Gas-Wasser- Gemisch, schleppend zur Schweißrichtung abkühlen. Die Gaszufuhrung erfolgt zumeist stechend, d.h. in Schweißrichtung bzw. entgegengesetzt zur Transportrichtung der zu verschweißenden Bleche. Beispielsweise ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 37 924 Al eine Düse zur Zufuhrung von Prozessgas und Kuhlmittel zur Prozesszone beim Laserschweißen bekannt, deren Gasduse einen Gasfuhrungskanal und deren Kuhlmittelduse einen Kuhlmittelfuhrungskanal aufweist, wobei das Gas stechend der Prozesszone zugeführt wird und hinter der Prozesszone die Schweißnaht durch die Zufuhrung von Kuhlmitteln gekühlt wird. Die mit der bekannten Vorrichtung erreichten Schweißgeschwindigkeiten entsprechen jedoch nicht mehr den heutigen Wirtschaftlichkeitserfordernissen, insbesondere dann nicht, wenn prozesstechnisch schwierigereWhen welding or laser welding sheet metal, which are used for example for the body shop, the weld quality is particularly important. This is determined on the one hand by the heat transfer and on the other hand by a good cooling of the weld in order to avoid thermal expansion effects of the sheets. For this purpose, known from the prior art gas and Kuhlmitteldusen, which supply the process zone to increase the heat input on the one hand an inert gas, preferably helium, and on the other hand cool the weld by a coolant, usually a gas-water mixture, sluggish to the welding direction , The gas supply is usually stinging, ie in the welding direction or opposite to the transport direction of the sheets to be welded. For example, German Patent Application DE 195 37 924 A1 discloses a nozzle for supplying process gas and coolant to the process zone during laser welding, the gas nozzle of which has a gas guide channel and its coolant nozzle a coolant guide channel, the gas being supplied to the process zone in a piercing manner and the weld behind the process zone is cooled by the supply of cooling agents. The achieved with the known device welding speeds, however, no longer meet today's cost-effectiveness requirements, especially if not technically difficult
Stahllegierungen, wie beispielsweise Stahllegierungen vom Typ 22MnB5 verschweißt werden sollen. Darüber hinaus waren die bisher bekannten Vorrichtungen auf die Verwendung von Helium als Inertgas beschrankt. Helium ist allerdings ein sehr teueres Inertgas, dessen Einsatz nach Möglichkeit minimiert werden sollte.Steel alloys, such as 22MnB5 steel alloys to be welded. In addition, the previously known devices were limited to the use of helium as an inert gas. Helium, however, is a very expensive inert gas whose use should be minimized wherever possible.
Gleiches gilt für die aus der deutschenThe same applies to those from the German
Offenlegungsschπft DE 197 08 047 Al bekannte Vorrichtung zum Zufuhren von Gas und Kuhlmittel in die Prozesszone wahrend des Laserschweißens, welche zur Kühlung der Schweißnaht eine geschlitzte Düse zum Aufbringen eines Gas-Wasser-Gemisches auf die Schweißnaht aufweist.Offenlegungsschπft DE 197 08 047 Al known device for supplying gas and Kuhlmittel in the process zone during the laser welding, which has a slotted nozzle for applying a gas-water mixture to the weld to cool the weld.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemaße Vorrichtung zur Verfugung zu stellen, welche bei hoher Prozesssicherheit ein Schweißen bzw. ein Laserschweißen von kritischen Werkstoffen mit hoher Geschwindigkeit zulasst. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Laserschweißverfahren vorzuschlagen.Proceeding from this, the present invention has the object to provide a generic device for disposal, which allows high process reliability welding or laser welding of critical materials at high speed. About that In addition, the invention has for its object to propose an advantageous laser welding process.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für eine gattungsgemaße Vorrichtung zum Zufuhren von Gas und Kuhlmittel in die Prozesszone wahrend des Schweißens, insbesondere wahrend des Laserschweißens dadurch gelost, dass die Kuhlmittelduse eine mit dem Kuhlmittelfuhrungskanal verbundene Kuhlmittelaustπttsbohrung aufweist, wobei die Kuhlmittelaustrittsbohrung in Kuhlmittelaustrittsrichtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung verlauft und in einer äußeren Nut der Kuhlmittelduse endet.According to a first teaching of the present invention, the above-described object is achieved for a generic device for supplying gas and Kuhlmittel in the process zone during welding, in particular during laser welding characterized in that the Kuhlmittelduse having a Kuhlmittelfuhrungskanal Kuhlmittelaustπttsbohrung, wherein the Kuhlmittelaustrittsbohrung runs in Kuhlmittelaustrittsrichtung opposite to the welding direction and ends in an outer groove of Kuhlmittelduse.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass das Kuhlmittel an der Kuhlmittelaustπttsoffnung aufgrund der vorhandenen Nut einen parallel zur Schweißnaht verlaufenden Kuhlmittelvorhang bildet, welcher bei verringertem Einsatz an Kuhlmittel eine hervorragende Kühlung der Schweißnaht erzielt, wobei sehr gute SchrumpfSpannungen am Schweißstoß erreicht werden. Da die Kuhlmittelzufuhrung, vorzugsweise wird als Kuhlmittel Wasser verwendet, schleppend zur Schweißrichtung erfolgt, wird das Wasser nicht in die Prozesszone eingebracht. Damit wird die Prozesssicherheit des Schweißens bzw. des Laserschweißens deutlich erhöht. Die Ursache für das gute Kuhlverhalten bei gleichzeitig geringer Durchflussmenge an Kuhlmittel wird darin gesehen, dass sich bereits bei geringen Kuhlmitteldurchflussmengen aufgrund der Nut an der Kuhlmittelduse ein relativ großer Kuhlmittelvorhang ausbildet. Dieser ändert seine Große abhangig von der Kuhlmitteldurchflussmenge . Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Kuhlverhalten der Kuhlmittelduse dadurch weiterverbessert, dass die Nut an der Kuhlmittelduse unmittelbar gegenüberliegend der Schweißnaht angeordnet ist und von der Kuhlmittelaustrittsoffnung aus entgegengesetzt zur Schweißrichtung verlauft. Einerseits benetzt der sich ausbildende Kuhlmittelvorhang in diesem Fall automatisch die Schweißnaht, andererseits vergrößert sich hierdurch der Kuhlmittelvorhang bei steigender Kuhlmitteldurchflussmenge entgegengesetzt zur Schweißrichtung. Die Kühlung kann bei geringem Einsatz an Kuhlmittel einfach an die Schweißgeschwindigkeit angepasst werden.It has surprisingly been found that the coolant at the Kuhlmittelaustπttsoffnung forms a parallel to the weld extending Kuhlmittelvorhang due to the existing groove, which achieves excellent cooling of the weld with reduced use of coolant, with very good shrinkage stresses are achieved at the weld joint. Since the Kuhlmittelzufuhrung, preferably used as Kuhlmittel water, sluggish to the welding direction, the water is not introduced into the process zone. This significantly increases the process reliability of welding or laser welding. The reason for the good Kuhlverhalten while low flow rate of coolant is seen in the fact that even at low Kuhlmitteldurchflussmengen due to the groove on the Kuhlmittelduse a relatively large Kuhlmitt curtain forms. This changes its size depending on the coolant flow rate. According to a first embodiment of the present invention, the Kuhlemittelduse Kuhlverhalten is further improved in that the groove is disposed on the Kuhlmittelduse immediately opposite the weld and runs from the Kuhlmittelaustrittsoffnung opposite to the welding direction. On the one hand, the coolant curtain forming in this case automatically wets the weld seam, on the other hand, as a result the coolant curtain increases as the coolant flow rate increases in the opposite direction to the welding direction. The cooling can be easily adapted to the welding speed with little use of coolant.
Ein Entlanglaufen des Kuhlmittelvorhangs unterhalb der Kuhlmittelduse und damit dessen Vergrößerung ohne ein Abreißen des Kuhlmittelvorhangs von der Kuhlmittelduse wird dadurch erleichtert, dass die Nut an dem der Kuhlmittelaustrittsoffnung gegenüberliegenden Ende eine Fase aufweist.A running along the Kuhlmittelvorhangs below the Kuhlmittelduse and thus its enlargement without tearing the Kuhlmittelvorhangs of Kuhlmittelduse is facilitated by the fact that the groove has a chamfer at the opposite end of Kuhlmittelaustrittsoffnung.
Verlauft der Kuhlmittelfuhrungskanal der Kuhlmittelduse zumindest teilweise parallel zum Gasfuhrungskanal der Gasduse, kann diese besonders effektiv gekühlt werden, wodurch die Dichte der der Prozesszone zugefuhrten Gase konstant gehalten werden kann. Dies verbessert die Prozesssicherheit des Schweißens bzw. Laserschweißens zusätzlich.If the coolant guide channel of the coolant nozzle extends at least partially parallel to the gas guide channel of the gas nozzle, it can be cooled particularly effectively, as a result of which the density of the gases supplied to the process zone can be kept constant. This additionally improves the process reliability of the welding or laser welding.
Weiter verbessert wird die Ausbildung des Kuhlmittelvorhangs dadurch, dass der Winkel zwischen dem Kuhlmittelfuhrungskanal und der Kuhlmittelaustrittsbohrung 20° bis 50°, vorzugsweise 30° bis 40° betragt.The design of the Kuhlmittelvorhangs is further improved by the fact that the angle between the Kuhlmittelfuhrungskanal and Kuhlmittelaustrittsbohrung 20 ° to 50 °, preferably 30 ° to 40 ° amounts.
Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemaße Vorrichtung den Einsatz von Mischgasen als Prozessgasen dadurch, dass der Winkel zwischen der Gas- und/oder Kuhlmittelduse zum zu verschweißenden Blech bzw. Bauteil 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30° betragt. Der gegenüber der Verwendung von Helium spitzerer Winkel ist auf die vergrößerte Dichte der Mischgase, beispielsweise bestehend aus Argon, Helium und Kohlendioxid oder Sauerstoff, zurückzuführen .In addition, the inventive device allows the use of mixed gases as process gases in that the angle between the gas and / or Kuhlmittelduse to be welded sheet or component amounts to 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °. The angle that is more acute than the use of helium is due to the increased density of the mixed gases, for example consisting of argon, helium and carbon dioxide or oxygen.
Vorzugsweise sind die Gasduse und/oder die Kuhlmittelduse aus einem Dusenkorper und einem an diesem losbar befestigten Dusenendstuck aufgebaut, welche vorzugsweise miteinander verstiftet sind. Der Dusenendkorper in seiner Geometrie und sein Abstand zur Prozesszone des Schweißens hat einen wesentlichen Emfluss auf die Plasmaabschirmung im Schweißprozess und damit auf die Emkopplung beispielsweise der Laserleistung in das Material. Insofern kann durch den losbaren Dusenendkorper eine auf das Material, die Laserleistung und das eingesetzte Prozessbzw. Inertgas abgestimmter Dusenendkorper verwendet werden. Beispielsweise kann so auch einer veränderten Prozessgasmischung Rechnung getragen werden. Durch das optionale Verstiften des Dusenendkorpers mit dem Dusenkorper wird eine besonders genaue Positionierung des Dusenendkorpers auch nach einem Wechsel des Dusenendkorpers erzielt.Preferably, the gas nozzle and / or the Kuhlmittelduse are constructed of a Dusenkorper and a losbarbar attached to this Dusenendstuck, which are preferably pinned together. The Dusenendkorper in its geometry and its distance from the process zone of welding has a significant Emfluss on the plasma shielding in the welding process and thus on the Emkopplung, for example, the laser power in the material. In this respect, the losbaren Dusenendkorper on the material, the laser power and the process used. Inert gas tuned Dusenendkorper be used. For example, an altered process gas mixture can thus also be taken into account. The optional pinning of the Dusenendkorpers with the Dusenkorper a particularly accurate positioning of Dusenendkorpers is achieved even after a change of Dusenendkorpers.
Liegt die Kuhlmittelduse zumindest im Bereich des Dusenendstucks unmittelbar an der Gasduse an, kann eine besonders effektive Kühlung der Gasdüse durch das Kühlmittel erreicht werden. Wie bereits ausgeführt, stabilisiert dies den Schweißprozess weiter.If the Kuhlmittelduse at least in the area of Dusenendstucks directly to the Gasduse on, can particularly effective cooling of the gas nozzle can be achieved by the coolant. As already stated, this further stabilizes the welding process.
Zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen Gasdüse und Kühlmitteldüse bestehen die Gasdüse und/oder die Kühlmitteldüse aus einem hoch wärmeleitfähigen Metall, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung. Kupfer hat dabei den Vorteil, dass es zudem noch leicht mechanisch bearbeitbar ist.To improve the heat conduction between the gas nozzle and the coolant nozzle, the gas nozzle and / or the coolant nozzle consist of a highly thermally conductive metal, in particular copper or a copper alloy. Copper has the advantage that it is also easily machinable.
Eine optimale Kühlung der Gasdüse durch die Kühlmitteldüse wird dadurch erreicht, dass die Gasdüse zusammen mit der Kühlmitteldüse oder deren Düsenkörper und/oder Düsenendstücke einstückig sind.An optimal cooling of the gas nozzle by the coolant nozzle is achieved in that the gas nozzle are integral with the coolant nozzle or its nozzle body and / or nozzle end pieces.
Vorzugsweise beträgt die Querschnittsfläche des Gasführungskanals, insbesondere im Bereich des Gasaustritts mindestens 10 mm2, vorzugsweise mindestens 25 mm2. Bei einer Querschnittsfläche von mindestens 10 mm2 kann auch reines Helium als Prozessgas eingesetzt werden. Optimal für die Verwendung von Mischgasen als Prozessgase ist eine Querschnittsfläche von mindestens 25 mm2. Bezogen auf einen kreisförmigen Querschnitt derPreferably, the cross-sectional area of the gas guide channel, in particular in the region of the gas outlet, is at least 10 mm 2 , preferably at least 25 mm 2 . With a cross-sectional area of at least 10 mm 2 , pure helium can also be used as the process gas. Optimal for the use of mixed gases as process gases is a cross-sectional area of at least 25 mm 2 . Relative to a circular cross-section of
Gasaustrittsöffnung bedeutet dies, dass der Durchmesser mindestens 3,5 mm oder mindestens 6 mm beträgt. Die Gasaustrittsöffnung der Gasdüse kann beliebige Querschnittsformen aufweisen. Bevorzugt werden kreisförmige, ovale oder mehreckige Querschnittsformen.Gas outlet means that the diameter is at least 3.5 mm or at least 6 mm. The gas outlet opening of the gas nozzle may have any cross-sectional shapes. Preference is given to circular, oval or polygonal cross-sectional shapes.
Da die Gas- und Kühlmitteldüse besonders genau ausgerichtet werden muss, um eine optimale Prozesskontrolle zu erzielen, ist es vorteilhaft, wenn zur Ausrichtung der Gas- und/oder Kühlmitteldüse Justagemittel vorgesehen sind.Since the gas and coolant nozzle must be precisely aligned in order to achieve optimum process control, it is advantageous if for Alignment of the gas and / or coolant nozzle Justagemittel are provided.
Ein besonders leichter Austausch der Gas- und/oder Kühlmitteldüse kann dadurch gewährleistet werden, dass als Düsenhalterung eine Adapterplatte vorgesehen ist, welche vorzugsweise Aufnahmen für die Justagemittel aufweist. Die Adapterplatte eignet sich zudem dazu, beispielsweise die Zuführungen von Gas- und Kühlmittel mit Schnellkupplungen zu versehen, so dass ein sehr schnelles, prozesssicheres Wechseln des Düsenkörpers mit dem Düsenendstück erfolgen kann. Über die Justagemittel, welche in der Adapterplatte aufgenommen werden, kann der Düsenkörper samt Düsenendstück einfach justiert werden.A particularly easy replacement of the gas and / or coolant nozzle can be ensured that an adapter plate is provided as a nozzle holder, which preferably has receptacles for the Justagemittel. The adapter plate is also suitable to provide, for example, the supply of gas and coolant with quick couplings, so that a very fast, reliable exchange of the nozzle body can be done with the nozzle end. About the Justagemittel, which are received in the adapter plate, the nozzle body including nozzle end piece can be easily adjusted.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zum Laserschweißen von Bauteilen, insbesondere Blechen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst. Wie bereits ausgeführt, kann bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Laserschweißen die Laserschweißgeschwindigkeit trotz reduziertem Kühlmittelverbrauch vergrößert werden.According to a second teaching of the present invention, the object indicated above is achieved by a method for laser welding of components, in particular metal sheets, using the device according to the invention. As already stated, when using the device according to the invention in laser welding, the laser welding speed can be increased despite reduced coolant consumption.
Die Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verschweißen von Bauteilen oder Blechen können dadurch reduziert werden, dass ein Mischgas, aufweisend Helium, Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff, verwendet wird. Dieses Mischgas ist in seiner Herstellung deutlich kostengünstiger, da ein geringerer Anteil an Helium enthalten ist. Eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit kann gemäß einer nächsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht werden, dass dieThe cost of the inventive method for welding components or sheets can be reduced by using a mixed gas comprising helium, argon and carbon dioxide or oxygen. This mixed gas is significantly cheaper to manufacture, since a smaller proportion of helium is included. An increase in cost-effectiveness can be achieved according to a next embodiment of the method according to the invention in that the
Laserschweißgeschwindigkeit mindestens 8 bis 10 m/min beträgt. Insbesondere bei der Verwendung von Mischgasen wurden derartig hohe Laserschweißgeschwindigkeit prozesssicher bisher noch nicht erzielt.Laser welding speed is at least 8 to 10 m / min. In particular when using mixed gases, such a high laser welding speed has not yet been reliably achieved.
Vorteile ergeben sich dadurch, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Bleche aus einer weichen, hoch- oder höchstfesten Stahllegierung, insbesondere einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5 verschweißt werden, wobei die Bleche vorzugsweise eine Beschichtung, insbesondere eine Al-Si-Beschichtung aufweisen. Weiche Stahllegierungen lassen sich prinzipiell besser schweißen als hoch- bzw. höchstfeste Stahllegierungen. Vorteile ergeben sich aber bei diesen Stahllegierungen durch das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der gesteigerten Prozesssicherheit, die höhere Schweißgeschwindigkeiten zulässt und den verringerten Kosten. Die hoch- und höchstfesten Stahllegierungen sowie die Stahllegierung vom Typ 22MnB5 haben nicht so gute Schweißeigenschaften. Sie werden aber aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeits- und Verformungseigenschaften bevorzugt im Karosseriebau, zumeist beschichtet, eingesetzt. Allerdings wirken sich Beschichtungen, wie beispielsweise ein Aluminium-Silizium (Al-Si) -Beschichtung, negativ auf den Schweißprozess aus. Gleiches gilt, jedoch im verminderten Maße, für elo- oder feuerverzinkte Bleche. Die hohe Prozesssicherheit beim Laserschweißen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht das Verschweißen der zuletzt genannten, beschichteten Bleche mit hoher Schweißgeschwindigkeit unter Verwendung von Mischgasen als Prozessgas.Advantages result from the fact that, according to a further embodiment of the method according to the invention sheets of a soft, high or very high strength steel alloy, in particular a steel alloy type 22MnB5 are welded, wherein the sheets preferably have a coating, in particular an Al-Si coating. Soft steel alloys are in principle easier to weld than high-strength or ultra-high-strength steel alloys. However, advantages arise with these steel alloys by the method according to the invention due to the increased process reliability, which allows higher welding speeds and the reduced costs. The high and ultra-high strength steel alloys as well as the steel alloy type 22MnB5 do not have such good welding properties. But they are preferred due to their excellent strength and deformation properties in the body, mostly coated, used. However, coatings such as aluminum-silicon (Al-Si) coating negatively affect the welding process. The same applies, but to a lesser extent, for elo- or hot-dip galvanized sheets. The high process reliability in laser welding using the device according to the invention enables the welding of the latter, coated High-speed metal sheets using mixed gases as the process gas.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren weiterzubilden und auszugestalten. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die den Patentansprüchen 1 und 14 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt inThere are now a variety of ways to further develop and design the device according to the invention or the inventive method. For this purpose, on the one hand reference is made to the patent claims 1 and 14 subordinate claims, on the other hand to the description of an embodiment of a device in conjunction with the drawing. The drawing shows in
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens in einer seitlichen Querschnittsansicht,1 shows an embodiment of an apparatus according to the invention for supplying gas and coolant into the process zone during welding in a lateral cross-sectional view,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung dieFig. 2 in an enlarged view the
Querschnittsansicht der Spitze des Düsenendstücks des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 sowieCross-sectional view of the tip of the nozzle end of the embodiment of FIG. 1 and FIG
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Düsenendstück des3 is a plan view of the nozzle end of the
Ausführungsbeispiels aus Fig. 1.Embodiment of FIG. 1.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Zuführen von Gas und Kühlmitteln in die Prozesszone während des Schweißens in einer seitlichen Querschnittsansicht mit einer Schnittebene in Schweißrichtung dargestellt. Die Vorrichtung 1 zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens besteht aus einer Gasdüse 2 mit einem Gasführungskanal 3 und einer unterhalb der Gasdüse angeordnete Kühlmitteldüse 4 mit einem Kühlmittelführungskanal 5. Die Gasdüse 2 ist in Bezug auf die Schweißrichtung A so angeordnet, dass das durch den Gasführungskanal 3 strömende Prozessgas der Schweißzone S stechend, d.h. entgegengesetzt zur Transportrichtung T der Bleche 6 zugeführt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist mit L der Strahlengang eines Laserschweißstrahls dargestellt, welcher in der Prozesszone S das Verschweißen der Bleche 6 bewirkt. Die Kühlmitteldüse 4 ist so angeordnet, dass die Gasdüse 2 durch das durch den Kühlmittelführungskanal 5 durchfließende Kühlmittel, beispielsweise Wasser, die Gasdüse 2 gekühlt wird. Dies führt dazu, dass die Dichte des Gasmediums, welches durch den Gasführungskanal 3 strömt, während des Laserschweißens konstant gehalten werden kann. Das Prozessgas ist insbesondere wichtig um die Plasmaabschirmung und damit den Wärmeenergieeintrag beim Laserschweißen zu steuern. Aufgrund der konstanten Dichte der Gase wird deshalb die Prozesssicherheit gesteigert. Der Kühlmittelführungskanal 5 der Kühlmitteldüse weist eine Kühlmittelaustrittsbohrung 7 auf, welche später im Detail noch genau beschrieben wird. Diese Kühlmittelaustrittsbohrung verläuft entgegengesetzt zur Schweißrichtung A bzw. in Transportrichtung T der Bleche 6. Die Kühlmitteldüse 4 soll eine besonders effektive Kühlung der Schweißnaht der Bleche 6 bewirken. Hierzu endet erfindungsgemäß, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt, dieFIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention for feeding gas and coolant into the process zone during welding in a lateral cross-sectional view with a sectional plane in the welding direction. The apparatus 1 for supplying gas and coolant into the process zone during welding consists of a gas nozzle 2 with a gas guide channel 3 and a below The gas nozzle 2 is arranged with respect to the welding direction A so that the gas flowing through the gas guide channel 3 process gas of the welding zone S stabbing, ie opposite to the transport direction T of the sheets 6 is supplied. In the present embodiment, the beam path of a laser welding beam is shown with L, which causes the welding of the sheets 6 in the process zone S. The coolant nozzle 4 is arranged so that the gas nozzle 2 is cooled by the coolant flowing through the coolant guide channel 5, for example water, the gas nozzle 2. This results in that the density of the gas medium, which flows through the gas guide channel 3, can be kept constant during the laser welding. The process gas is particularly important to control the plasma shield and thus the heat input during laser welding. Due to the constant density of the gases, process reliability is therefore increased. The coolant guide channel 5 of the coolant nozzle has a coolant outlet bore 7, which will be described in detail later in detail. This coolant outlet bore extends opposite to the welding direction A or in the transport direction T of the plates 6. The coolant nozzle 4 is intended to effect a particularly effective cooling of the weld seam of the plates 6. To this ends according to the invention, as shown in the present embodiment, the
Kühlmittelaustrittsbohrung in einer äußeren Nut 8 der Kühlmitteldüse 4. Durch diese Konfiguration der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 wird abhängig vom durchfließenden Medium ein Kühlmittelvorhang 9 erzeugt, welcher sich in Transportrichtung T über die Schweißnaht der Bleche 6 erstreckt. Die Größe des Kühlmittelvorhanges 9 wird durch die Durchflussmenge des Kühlmittels beeinflusst. Beispielsweise kann der Kühlmittelvorhang 9 durch eine Vergrößerung der Durchflussmenge in Transportrichtung T verlängert werden. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn dieCoolant outlet bore in an outer groove 8 of the coolant nozzle 4. This configuration of the coolant outlet bore 7, depending on the medium flowing through a coolant curtain 9 is generated, which is in the transport direction T on the weld the sheets 6 extends. The size of the coolant curtain 9 is influenced by the flow rate of the coolant. For example, the coolant curtain 9 can be extended by increasing the flow rate in the transport direction T. This is necessary, for example, if the
Schweißgeschwindigkeiten erhöht werden. Die Nut 8 der Kühlmitteldüse 4 ist vorzugsweise, wie auch im dargestellten Ausführungsbeispiel unmittelbar gegenüber der Schweißnaht angeordnet, so dass der Kühlmittelvorhang 9 exakt über der Schweißnaht positioniert werden kann.Welding speeds are increased. The groove 8 of the coolant nozzle 4 is preferably, as in the illustrated embodiment, arranged directly opposite the weld, so that the coolant curtain 9 can be positioned exactly above the weld.
Der Winkel α zwischen dem Kühlmittelführungskanal 5 und der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 beträgt zwischen 20° und 50°, bevorzugt zwischen 30° und 40°. Zur besseren Wärmeübertragung sind die Gasdüse 2 und die Kühlmitteldüse 4 einstückig aus einem einzigen Stück Metall gefertigt, wobei zur Vergrößerung der Flexibilität im Hinblick auf die Verwendung unterschiedlicher Prozessgase bzw. Laserschweißbedingungen die Vorrichtung 1 ein Düsenendstück 10, einen Düsenkörper 11 und eine Adapterplatte 12 aufweist. Das Düsenendstück 10 ist über Schrauben 13 und 14 mit dem Düsenkörper 11 verbunden. Zusätzlich ist das Düsenendstück zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit desselben mit dem Düsenkörper 11 über in Fig. 1 nicht dargestellte Stifte verstiftet.The angle α between the coolant guide channel 5 and the coolant outlet bore 7 is between 20 ° and 50 °, preferably between 30 ° and 40 °. For better heat transfer, the gas nozzle 2 and the coolant nozzle 4 are made in one piece from a single piece of metal, to increase the flexibility with respect to the use of different process gases or laser welding conditions, the device 1 has a nozzle end 10, a nozzle body 11 and an adapter plate 12. The nozzle end 10 is connected via screws 13 and 14 to the nozzle body 11. In addition, the nozzle end piece is pinned to improve the positioning accuracy thereof with the nozzle body 11 via pins not shown in FIG.
Wie bereits ausgeführt, ist die Zuführung des Prozessgases und die anschließende Kühlung entscheidend für die Qualität der Schweißnaht der verschweißten Bleche. Um eine Justage der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auf einfache Weise zu ermöglichen, sind in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Justagemittel 15, 16 sowie die zugehörigen Aufnahmen 17 und 18 im Düsenkörper 11 sowie in der Adapterplatte 12 vorgesehen. In Fig. 1 sind lediglich zwei Stellschrauben 15,16 als Justagemittel dargestellt, üblicherweise sind jedoch mindestens drei Stellschrauben vorgesehen, um eine Justage in alle drei Raumrichtungen zu ermöglichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zudem Schnellspannkupplungen 19 und 20 vorgesehen, um eine besonders schnelle Auswechslung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen. Alle Übergänge zwischen Adapterplatte 12, Düsenkörper 11 und Düsenendstück 10 sind über nicht dargestellte O-Ringe abgedichtet, so dass keine Gas- oder Kühlmittelverluste auftreten.As already stated, the supply of the process gas and the subsequent cooling is decisive for the quality of the welded seam of the welded sheets. To allow an adjustment of the device 1 according to the invention in a simple manner, are in the embodiment shown in FIG. 1 adjustment means 15, 16 and the associated receptacles 17 and 18 are provided in the nozzle body 11 and in the adapter plate 12. In Fig. 1, only two screws 15,16 are shown as adjusting means, but usually at least three screws are provided to allow adjustment in all three spatial directions. In the illustrated embodiment also quick-release couplings 19 and 20 are provided to allow a particularly rapid replacement of the device according to the invention. All transitions between the adapter plate 12, nozzle body 11 and nozzle end 10 are sealed via not shown O-rings, so that no gas or coolant losses occur.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens ist für die Verwendung von Mischgasen anstelle von reinem Helium ausgebildet. Hierzu beträgt der Winkel ß zwischen den zu verschweißenden Blechen 6 und der Gasdüse 2 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30°. Durch diesen flachen Eintrittswinkel ß des Prozessgases wird die Dichte des Mischgases, welche im Vergleich zu Helium deutlich größer ist, berücksichtigt. Im Vergleich zu den für den Einsatz von Helium optimierten Gasdüsen, weist das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel außerdem eine größere Querschnittsfläche des Gasführungskanals 3 auf. Diese beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 28 mm2, was einem Durchmesser des Gasführungskanals 3 von 6 mm entspricht .The embodiment of a device for supplying gas and coolant into the process zone during welding, illustrated in FIG. 1, is designed for the use of mixed gases instead of pure helium. For this purpose, the angle β between the sheets 6 to be welded and the gas nozzle 2 is 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °. Due to this shallow inlet angle β of the process gas, the density of the mixed gas, which is significantly larger compared to helium, is taken into account. Compared to the optimized for the use of helium gas nozzles, the embodiment of the invention also has a larger cross-sectional area of the gas guide channel 3. This is in the illustrated embodiment about 28 mm 2 , which corresponds to a diameter of the gas guide channel 3 of 6 mm.
Mit dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wurden in der Praxis Schweißgeschwindigkeiten von mehr als 8 bis 10 m/min, erreicht, selbst wenn kritisch zu schweißende Stahllegierungen, wie beispielsweise Stahllegierungen vom Typ 22MnB5 verschweißt wurden. Dies gelang insbesondere unter Verwendung von Mischgasen, welche aus einem Gasgemisch aus Helium, Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff bestehen.With the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, welding speeds of more than 8 to 10 m / min have been achieved in practice, even if critical welding steel alloys, such as 22MnB5 steel alloys were welded. This was achieved in particular using mixed gases, which consist of a gas mixture of helium, argon and carbon dioxide or oxygen.
Die Querschnittsansicht der Spitze des Düsenendstücks 10 ist zusätzlich in Fig. 2 detailliert dargestellt. Der Gasführungskanal 3 und der Kühlmittelführungskanal 5 verlaufen im Bereich der Spitze des Düsenendstücks parallel zueinander, wobei die Kühlmitteldüse 4 unmittelbar an der Gasdüse 2 anliegt. Vorliegend wird dies dadurch erreicht, dass die Gasdüse 2 und die Kühlmitteldüse 4 einstückig sind. DerThe cross-sectional view of the tip of the nozzle end 10 is additionally shown in detail in FIG. The gas guide channel 3 and the coolant guide channel 5 extend parallel to one another in the area of the tip of the nozzle end piece, with the coolant nozzle 4 resting directly on the gas nozzle 2. In the present case this is achieved in that the gas nozzle 2 and the coolant nozzle 4 are integral. Of the
Kühlmittelführungskanal 5 ist in Schweißrichtung A, d.h. in Gasaustrittsrichtung verschlossen und als ein Sackloch ausgebildet. Die am Boden des Sacklochs beginnende und in Transportrichtung A ausgerichteteCoolant guide channel 5 is in welding direction A, i. closed in the gas outlet direction and formed as a blind hole. The beginning of the bottom of the blind hole and aligned in the direction of transport A.
Kühlmittelaustrittsbohrung 7 endet mit dem anderen Ende in einer äußeren Nut 8 der Kühlmitteldüse 4. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Geschwindigkeit des austretenden Kühlmittels verringert wird und sich zwischen dem Ende der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 und der Kühlmitteldüse 4 selbst ein nach unten hängender Kühlmittelvorhang 9, welcher in Fig. 2 nicht dargestellt ist, bei Durchfluss des Kühlmittels durch den Kühlmittelführungskanal 5 ergibt. Die Pfeile in Fig. 2 deuten im Kühlmittelführungskanal die Bewegungsrichtung des Kühlmittels, vorzugsweise Wasser an. Ebenso ist in dem Gasführungskanal 3 die Richtung des Gasaustritts durch einen Pfeil dargestellt. Um die Ausbildung des Kühlmittelvorhangs zu bessern, weist die Nut 8 der Kühlmitteldüse 4 gegenüberliegend der Kühlmittelaustrittsbohrung 7 eine Fase 21 auf. Dieser Übergang zur äußeren Fläche der Kühlmitteldüse 4 ermöglicht, dass der Kühlmittelvorhang beispielsweise bei Vergrößerung der Durchflussmenge an Kühlmittel entlang der Kühlmitteldüse 4 entlang läuft und nicht abreißt. Dadurch wird eine stärkere Benetzung der Schweißnaht mit Kühlmittel erreicht und die Kühlwirkung verstärkt.Coolant outlet bore 7 terminates at the other end in an outer groove 8 of the coolant nozzle 4. By this arrangement it is achieved that the speed of the exiting coolant is reduced and between the end of the coolant outlet bore 7 and the coolant nozzle 4 itself a downwardly hanging coolant curtain 9, which is not shown in Fig. 2, results in flow of the coolant through the coolant guide channel 5. The arrows in Fig. 2 indicate in the coolant guide channel, the direction of movement of the coolant, preferably water. Likewise, in the gas guide channel 3, the direction of the gas outlet is shown by an arrow. In order to improve the design of the coolant curtain, the groove 8 of the coolant nozzle 4, opposite the coolant outlet bore 7, has a chamfer 21. This transition to the outer surface of the coolant nozzle 4 allows the coolant curtain to run along the coolant nozzle 4, for example, as the flow rate of coolant increases, rather than tearing it off. As a result, a stronger wetting of the weld with coolant is achieved and the cooling effect is enhanced.
Fig. 3 zeigt nun eine Draufsicht auf das Düsenendstück 10 des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zuführen von Gas und Kühlmittel in die Prozesszone während des Schweißens. Zu erkennen sind zunächst die Schrauben 13, 14, mit welchen das Düsenendstück 10 mit dem Düsenkörper 11 verschraubt ist.Fig. 3 now shows a plan view of the nozzle end 10 of the embodiment of Fig. 1 of the device according to the invention for supplying gas and coolant in the process zone during welding. First, the screws 13, 14, with which the nozzle end 10 is screwed to the nozzle body 11 can be seen.
Zusätzlich sind die Stifte 22, 23 dargestellt, mit welchem der Düsenkörper 11 mit dem Düsenendstück 10 verstiftet ist. Hierdurch wird eine sehr exakte Positionierung des Düsenendstücks relativ zum Düsenkörper 11 erreicht. Schließlich zeigt die Fig. 3, dass das Düsenendstück aus einem einzigen Stück Metall hergestellt worden ist, so dass der Wärmeübertrag zwischen der Kühlmitteldüse 4 und der Gasdüse 2 optimiert ist und eine effektive Kühlung des Prozessgases durch die Kühlmitteldüse 4 erfolgen kann. Vorzugsweise ist sowohl der Düsenkörper 11 als auch das Düsenendstück 10 aus einem Material mit sehr guter Wärmeleitung, beispielsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung aufgebaut. Es können aber auch durchaus andere Werkstoffe zur Herstellung des Düsenkörpers 11, der Adapterplatte 12 und des Düsenendstücks 10 verwendet werden . In addition, the pins 22, 23 are shown, with which the nozzle body 11 is pinned to the nozzle end piece 10. As a result, a very exact positioning of the nozzle end piece is achieved relative to the nozzle body 11. Finally, FIG. 3 shows that the nozzle end piece has been produced from a single piece of metal, so that the heat transfer between the coolant nozzle 4 and the gas nozzle 2 is optimized and effective cooling of the process gas by the coolant nozzle 4 can take place. Preferably, both the nozzle body 11 and the nozzle end 10 is constructed of a material with very good heat conduction, for example copper or a copper alloy. However, it is also quite possible to use other materials for producing the nozzle body 11, the adapter plate 12 and the nozzle end piece 10.

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E PATENT AT SPRU
1. Vorrichtung (1) zum Zufuhren von Gas und Kuhlmittel in die Prozesszone wahrend des Schweißens, insbesondere wahrend des Laserschweißens, mit mindestens einer Gasduse (2) mit einem Gasfuhrungskanal (3) und mindestens einer unterhalb der Gasduse angeordneten Kuhlmittelduse (4) mit einem KühlmittelfuhrungskanalAnspruch [en] A device (1) for feeding gas and coolant into the process zone during welding, in particular during laser welding, with at least one gas nozzle (2) having a gas guide channel (3) and at least one coolant nozzle (4) arranged below the gas nozzle Kühlmittelfuhrungskanal
(5), wobei der Gasfuhrungskanal (3) der Gasduse (2) so angeordnet ist, dass das Gas stechend der Prozesszone(5), wherein the Gasfuhrungskanal (3) of the gas nozzle (2) is arranged so that the gas piercing the process zone
(S) zugeführt wird und die Kuhlmittelduse (4) so angeordnet ist, dass diese in Warmekontakt mit der Gasduse (2) steht und eine Kühlung der Gasduse (2) erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Kuhlmittelduse (4) eine mit dem Kuhlmittelfuhrungskanal (5) verbundene Kuhlmittelaustπttsbohrung (7) aufweist, wobei die Kuhlmittelaustrittsbohrung in(S) is supplied and the Kuhlmittelduse (4) is arranged so that it is in thermal contact with the Gasduse (2) and a cooling of the Gasduse (2), characterized in that the Kuhlmittelduse (4) with the Kuhlmittelfuhrungskanal (5 ) Kuhlmittelaustπttsbohrung (7), wherein the Kuhlmittelaustrittsbohrung in
Kuhlmittelaustrittsnchtung entgegengesetzt zur Schweißrichtung (A) verlauft und in einer äußeren NutKuhlmittelaustrittsnchtung opposite to the welding direction (A) runs and in an outer groove
(8) der Kuhlmittelduse (4) endet.(8) the coolant nozzle (4) ends.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Nut (8) an der Kuhlmittelduse (4) unmittelbar gegenüberliegend der Schweißnaht angeordnet ist und von der Kuhlmittelaustπttsoffnung (7) aus entgegengesetzt zur Schweißrichtung (A) verlauft. 2. Device according to claim 1, characterized in that the groove (8) on the Kuhlmittelduse (4) is arranged directly opposite the weld and from the Kuhlmittelaustπttsoffnung (7) from opposite to the welding direction (A) runs.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Nut (8) an dem der Kühlmittelaustrittsöffnung gegenüberliegenden Ende eine Fase (21) aufweist.3. A device according to claim 1 or 2, d a d u r c h e c e n e c e s e s, e e s the groove (8) at the opposite end of the coolant outlet opening has a chamfer (21).
4. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Kühlmittelführungskanal (5) der Kühlmitteldüse (4) zumindest teilweise parallel zum Gasführungskanal (3) der Gasdüse (2) verläuft.4. Device according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h e k e n e c e s e, s t a s s the coolant supply channel (5) of the coolant nozzle (4) at least partially parallel to the gas guide channel (3) of the gas nozzle (2).
5. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Winkel (α) zwischen dem Kühlmittelführungskanal5. Device according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h e c e n e c e s e s, the angle (α) between the coolant guide channel
(4) und der Kühlmittelaustrittsbohrung (7) 20° bis 50°, vorzugsweise 30° bis 40° beträgt.(4) and the coolant outlet bore (7) is 20 ° to 50 °, preferably 30 ° to 40 °.
6. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Winkel (ß) zwischen der Gas- und/oder Kühlmitteldüse (2, 4) zu den verschweißenden Bauteilen oder Blechen (6) 10° bis 40°, vorzugsweise 20° bis 30° beträgt .6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the angle (ß) between the gas and / or coolant nozzle (2, 4) to the welded components or sheets (6) 10 ° to 40 °, preferably 20 ° to 30 °.
7. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gasdüse und/oder die Kühlmitteldüse (2, 4) aus einem Düsenkörper (11) und einem an diesem lösbar befestigten Düsenendstück (10) aufgebaut sind, welche vorzugsweise miteinander verstiftet sind. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas nozzle and / or the coolant nozzle (2, 4) of a nozzle body (11) and a releasably secured thereto nozzle end piece (10) are constructed, which are preferably pinned together.
8. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Kühlmitteldüse (4) zumindest im Bereich des Düsenendstücks (10) unmittelbar an der Gasdüse (2) anliegt .8. Device according to one of claims 1 to 7, d a d u r c h e c e n e c e s in that the coolant nozzle (4) rests directly against the gas nozzle (2) at least in the area of the nozzle end piece (10).
9. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gasdüse und/oder die Kühlmitteldüse (2, 4) zumindest teilweise aus einem hoch wärmeleitfähigen Metall, vorzugsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, bestehen.9. Device according to claim 1, wherein the gas nozzle and / or the coolant nozzle (2, 4) consist at least partially of a highly thermally conductive metal, preferably copper or a copper alloy.
10. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Gasdüse (2) zusammen mit der Kühlmitteldüse (4) oder deren Düsenkörper (11) und/oder Düsenendstücke (10) einstückig ist.10. The apparatus as claimed in claim 1, wherein the gas nozzle is integrated in one piece with the coolant nozzle or its nozzle body and / or nozzle end pieces.
11. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Querschnittsfläche des Gasführungskanals (5) , insbesondere im Bereich des Gasaustritts mindestens 10 mm2, vorzugsweise mindestens 25 mm2 beträgt.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the cross-sectional area of the gas guide channel (5), in particular in the region of the gas outlet at least 10 mm 2 , preferably at least 25 mm 2 .
12. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zur Ausrichtung der Gas- und/oder Kühlmitteldüse (2, 4) Justagemittel (15, 16) vorgesehen sind.12. Device according to one of claims 1 to 11, d a d u c h e c e n e c e s e s, e s s s for alignment of the gas and / or coolant nozzle (2, 4) adjustment means (15, 16) are provided.
13. Vorrichtung einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Düsenhalterung eine Adapterplatte (12) vorgesehen ist, welche vorzugsweise Aufnahmen für die Justagemittel (15, 16) aufweist.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that provided as a nozzle holder, an adapter plate (12) is, which preferably has receptacles for the adjustment means (15, 16).
14. Verfahren zum Laserschweißen von Blechen und Bändern unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13.14. A method for laser welding of sheets and strips using a device according to one of claims 1 to 13.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Prozessgas ein Mischgas aufweisend Helium, Argon und Kohlendioxid oder Sauerstoff verwendet wird.15. The process of claim 14, wherein a mixed gas comprising helium, argon and carbon dioxide or oxygen is used as the process gas.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Laserschweißgeschwindigkeit mindestens 8 bis16. The method of claim 14 or 15, wherein said laser welding speed is at least 8 to 15 seconds
10 m/min beträgt.10 m / min.
17. Verfahren einem der Ansprüche 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Bleche aus einer weichen, hoch- oder höchstfesten Stahllegierung, insbesondere einer Stahllegierung vom Typ 22MnB5 verschweißt werden, wobei die Bleche vorzugsweise eine Beschichtung, insbesondere eine Al- Si-Beschichtung aufweisen. 17. Method according to claim 14, wherein the sheets are welded from a soft, high or very high strength steel alloy, in particular a steel alloy of the 22MnB5 type, wherein the sheets preferably have a coating, in particular an AlSi coating.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6378885B2 (en) * 2014-01-27 2018-08-22 株式会社アマダホールディングス Laser processing apparatus and laser processing method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19537924A1 (en) * 1994-10-18 1996-05-02 Thyssen Industrie Method and appts. for cooling a weld seam region during laser welding
DE19708047A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-10 Thyssen Stahl Ag Method and device for the continuous welding of strips or sheets led to butt by means of a laser beam

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02293061A (en) * 1989-05-08 1990-12-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nozzle
JPH10277766A (en) * 1997-04-03 1998-10-20 Amada Co Ltd High speed piercing method and laser beam machining head used in the method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19537924A1 (en) * 1994-10-18 1996-05-02 Thyssen Industrie Method and appts. for cooling a weld seam region during laser welding
DE19708047A1 (en) * 1997-02-28 1998-09-10 Thyssen Stahl Ag Method and device for the continuous welding of strips or sheets led to butt by means of a laser beam

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